廃棄物の流れから小さなプラスチックを救出する

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プラスチック汚染が拡大し続け、生態系や野生生物に対するリスクが増大する中、メーカーは新たなプラスチックを環境から排除するという野心的な取り組みを始めている。 米国プラスチック協定に署名する人が増えている。この協定は、プラスチック包装の100パーセントを再利用可能、リサイクル可能、または堆肥化可能にし、2025年までにその50パーセントを効果的にリサイクルまたは堆肥化することを約束している。

しかし、小型の使い捨てプラスチックを大量に製造している企業にとって、これらのポケットサイズの物体は、リサイクル目標を実現するための大きな障壁となっています。

「歯ブラシ、旅行用サイズの歯磨き粉のチューブ、旅行用サイズのシャンプー ボトルなどのアイテムについて考えてみましょう」と、マサチューセッツ工科大学化学工学部博士課程 2 年生のアレクシス ホッケンは言います。 「それらは結局のところ、現在のリサイクルインフラの隙間をすり抜けてしまうのです。つまり、自宅のリサイクル箱に入れても、分別施設まではたどり着くかもしれませんが、実際に分別することになると、決して分別されないのです」ラインの最後でリサイクルプラスチックのベールにします。」

現在、消費者製品企業 5 社からなるグループが MIT と協力して、最小のプラスチック製品をリサイクル チェーン内に留めることができる分別プロセスの開発に取り組んでいます。 コルゲート・パルモリーブ、プロクター・アンド・ギャンブル、エスティ・ローダー・カンパニーズ、ロレアル、ハレオンなどの企業はいずれも、「小型」プラスチック、つまり少なくとも二次元で長さが2インチ未満の製品を大量に製造している。 ブラッド・オルセン、アレクサンダーおよび I. マイケル・カッサー ​​(1960 年) 化学工学教授との共同研究。 デジレ・プラタ、土木・環境工学准教授。 MIT 環境ソリューション イニシアチブ。 これらの企業は、大規模な試験や商業開発のためにリサイクル施設に導入するためのプロトタイプの分別技術を模索しています。

オルセンの研究室で働くホッケンは、関係するリサイクル システムの複雑さを理解するようになりました。 材料回収施設 (MRF) では、あらゆる形状、サイズ、材質の製品を処理し、それらをガラス、金属、紙、またはプラスチックの純粋な流れに分類することが期待されています。 リサイクル プロジェクトに取り組むホッケン氏の最初のステップは、オルセン氏とプラタ氏とともにメイン州ポートランドにある MRF の 1 つを視察することでした。

「文字通りプラスチックがベルトコンベアから落ちてくるのが見えました」と彼女は言う。 「ツアーを終えて、なんてことだろうと思いました。改善できることはたくさんあります。私たちがこの業界に与えられる影響はたくさんあります。」

プラスチックの設計から管理まで

ホッケンさんはエンジニアリングの分野で働きたいと常に思っていました。 アリゾナ州スコッツデールで育った彼女は、生物医療機器を設計する電気技師である父親と一緒に職場で時間を過ごすことができました。 「彼がエンジニアとして働いているのを見て、彼がこれらの本当に重要な問題をどのように解決しているのかを見て、間違いなく私の興味を引き起こしました」と彼女は言います。 「学部の学位を取得する時期が来たとき、父がキャリアの中で日々取り組んでいたのを見て、エンジニアリングを選択することは非常に簡単な決断でした。」

アリゾナ州立大学では化学工学を専攻し、ポリマーの研究を始め、最終製品の挙動を微調整するのに役立つ 3D プラスチック プリンティング用の添加剤の組み合わせを考案しました。 しかし、彼女は毎日プラスチックを扱っていても、自分の仕事が環境に及ぼす影響について考えることはほとんどありませんでした。

「そして、ASU での最終学年の春に、持続可能性というレンズを通してポリマーについての授業を受講しました。それで本当に目が開かれました」とホッケンは回想します。 このクラスは、持続可能な高分子材料と製造のためのバイオデザインセンターの所長であり、持続可能なプラスチックの分野で著名な専門家であるティモシー・ロング教授によって教えられました。 「最初のセッションでは、彼がプラスチック危機を取り巻く本当に恐ろしい事実をすべて説明してくれたので、私はその分野をもっと調べたいと強く思うようになりました。」

翌年、MIT でホッケン氏はオルセン氏を顧問に迎え、当初からプラスチックの持続可能性に焦点を当てました。

「MIT に来て、3 か月以上アリゾナ州の外に出たのは初めてでした」と彼女は言います。 「本当に楽しかったです。ケンブリッジとボストン地域に住むのが大好きです。研究室の仲間が大好きです。私が理解しようとしている科学についてアドバイスをくれたり、ただ励ましてくれたり、みんながとても協力的です。少し落ち込んでいたら話してください。」

リサイクルへの挑戦

今日のプラスチック研究の多くは、自然生態系に吸収されやすい生分解性のものや、溶かして再鋳造した後も特性をより良く保持するリサイクル性の高い材料など、新しい材料の作成に重点を置いています。

しかしホッケン氏は、すでに製造しているプラ​​スチックを処理するためのより良い方法が非常に必要であるとも考えています。 「生分解性で持続可能なポリマーは非常に重要な手段であり、確実にさらに追求されるべきだと思いますが、それがすべてのプラスチック包装材に普遍的に実現されるまでには、まだ程遠いのです」と彼女は言う。 従来のプラスチックが大量に工場から排出される限り、それがプラスチック汚染の山に積み重なるのを防ぐ革新的な方法が必要です。 ホッケンさんはプロジェクトの 1 つで、失われた強度を利用してゴムに似た有用で柔軟な素材を製造する、再生プラスチックの新しい用途を考え出そうとしています。

小型リサイクル事業もこれに該当します。 このプロジェクトを支援する企業は、MIT チームに対し、自社の製品を現在製造されているものとまったく同じように扱うよう要求しました。特に、競合他社も同様の梱包材を使用しており、MIT チームが考案するソリューションでもそれらをカバーする必要があるためです。

課題は大きい。 プロジェクトの開始にあたり、参加企業は仕分けプロセスを通過する必要がある幅広い小型製品を MIT チームに送りました。 これらには、リップクリーム、デオドラント、錠剤、シャンプーなどの容器や、歯ブラシやフロスピックなどの使い捨てツールが含まれます。 「私が予想する制約、つまり問題は、形状がどれほど変化するかということです」とホッケン氏は言います。 「フロスピックと歯ブラシは形状が大きく異なります。」

また、すべてが同じ種類のプラスチックでできているわけでもありません。 多くはポリエチレン テレフタレート (PET、リサイクル ラベル システムのタイプ 1) または高密度ポリエチレン (HDPE、タイプ 2) で作られていますが、サンプル製品には 7 つのリサイクル カテゴリのほぼすべてが含まれています。 チームのソリューションはそれらすべてに対処する必要があります。

もう 1 つの障害は、大規模な MRF での選別プロセスがすでに非常に複雑であり、設備に多大な投資を必要とすることです。 廃棄物の流れは通常、ガラスを粉砕して破片を収集する「ガラス ブレーカー スクリーン」を通過します。 一連の回転ゴム星が二次元の物体を引き出し、紙やボール紙を集めます。 さまざまな金属を引き付けたり反発したりする磁石と渦電流のシステム。 最後に、赤外線分光法を使用してさまざまな種類のプラスチックを識別し、空気ジェットでさまざまなシュートからプラスチックを吹き飛ばす一連の光学選別機です。 MRF は、安価でこの精緻な流れに簡単に適合できるものでない限り、追加の選別機を導入することに興味を持ちません。

「私たちは、現在のテクノロジーや現在のインフラストラクチャに後付けできるものを作成することに興味があります」とホッケン氏は言います。

共有ソリューション

「リサイクルは、競争前に協力が必要となる非常に良い例です」と、サステナビリティ・コンソーシアム（TSC）の集団行動マネージャー、ジェニファー・パークは言う。彼は小型フォーマットのリサイクル可能性について企業関係者と協力し、このプロジェクトのスポンサーの招集を手伝ってきた。プロジェクトを企画し、その貢献を組織します。 「これらの製品を製造する企業は、自社だけでシステム全体を移行することはできないことを認識しています。何がリサイクル可能で何がリサイクルできないのかを一貫させることが、混乱を回避し、大規模な影響を与える唯一の方法です。」

「さらに、消費財企業がMRFレベルのイノベーションに焦点を当てたMITのこの研究を後援していることは興味深い。彼らは、自社の持続可能性目標を前進させるためにリサイクル業界に採用されることを期待するイノベーションに投資している」 。」

ホッケン氏は、課題はあるものの、小型プラスチックがMRFの指をすり抜けないようにする技術を追求する価値は十分にあると考えている。

「これらの製品は、分別が簡単であれば、よりリサイクル可能になるでしょう」と彼女は言います。 「唯一違うのはサイズです。つまり、大きなシャンプーボトルも旅行用の小さなボトルも自宅でリサイクルできますが、小さなボトルは最終的にプラスチックの俵にできるかどうかは保証されません。それらがまだ選別ラインにある間に、それらを特にターゲットにした解決策を思いつくことができます。それらはラインの最後にあるプラスチックの俵に行き着く可能性が高く、それはプラスチック回収業者に販売され、その後、利用できるようになります。その素材を新製品に使用します。」

「TSC はこのプロジェクトと MIT とのコラボレーションに非常に興奮しています」と Park 氏は付け加えました。 「私たちのプロジェクトの関係者は、解決策を見つけることに熱心に取り組んでいます。」

このプロジェクトの詳細については、MIT Environmental Solutions Initiative のコーポレート エンゲージメント ディレクターである Christopher Noble にお問い合わせください。

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