プラスチック選別の実現によるリサイクルの高度化
芝浦工業大学 デザイン工学部教授 田邉 匡生
2023年9月21日

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世界の廃棄物処理事業社が抱える資源プラスチック回収時の問題• 巣ごもり需要による廃プラ排出が増加• 分別されてない資源プラは転売価格が安い• 爆発燃焼するリチウムイオン電池の混入

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テラヘルツ波とは？
テラヘルツ波は、透過性と直進性を併せ持ち、見えない物が見える→ プラスチックの材質を非接触で識別→ コンクリート内部の欠陥を非破壊で検出

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20年を超える研究が実現するテラヘルツ計測技術
2000～
光学結晶開発2005～
分光装置構築

半導体結晶成長2002 ﾃﾗﾍﾙﾂ光発生

2010～
非破壊検査応用2019～
廃プラ高度選別装置

コンクリート内部の鉄筋検査

塗膜下鋼板腐食腐食生成物開発したプロトタイプ

層間結合力
直接測定

AIPﾌﾟﾚｽﾘﾘｰｽ

光源製品化(株)ﾃﾗﾍﾙﾂ研究所

学術創成研究（2001～2005）
科研費・若手B（2002～2005）

NEDO産業技術研究助成（2006～2008）
科研費・若手A（2006～2007）

Zn系

Al系

多くの企業との共同研究
科研費・基盤C（2011～2013）
JST未来社会創造事業（2017～2019）

リサイクル現場での実証試験

2019 JST-SCORE（社会還元加速プログラム）

2021 JST-START（大学発新産業創出プログラム）

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2018 第4次循環型社会形成推進基本計画（閣議決定）
2019 プラスチック資源循環戦略（環境省）

リサイクル現場を視察（国内外30社以上）

着色されていてもプラの素材を識別

2035年

廃棄プラスチック
輸出できない（2018から中国が受入を制限）
燃やせない（焼却できない塩ビの分別が必要）
処分場が危険（小型リチウム電池の混入による火災）→ 国内における埋め立て地の拡大
プラに隠れているリチウム電池を検出
JST-SCOREでの活動
特願：2020-13597

使用済プラスチックを100％リユース・リサイクル
2050年 CO2排出実質ゼロ
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廃棄物処理･リサイクルの世界市場規模

3300億円（日本：11万社 × 300万円）
資源プラの転売価格（素材分別による違い）

日本例
５円/kg → 50円/kg
インド例
３ルピー/kg → 30ルピー/kg

73兆円

152兆円
日本

日本

海外
（2015）

海外（2050）
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広帯域テラヘルツ波(独自GaP光源): 0.5～7THz①

独自光源での高周波識別（3ステップ方式）より高い精度で分別できる【検出原理】
テラヘルツにおけるプラの誘電率
素材で異なる⇒透過率・反射率・吸収ピークが異なる⇒素材や添加剤による分別が実現③②T. Tanabe et. al. Opt. Photo. J 10 (2020) 265.

サブテラヘルツ
デバイス
・スマホサイズ・周波数固定・数十～百万円

特願2021-144654
特願2021-122665
特願2020-13597

素材識別

添加剤評価
ABS

0.2~0.7 THz

7210312100
4.96 mm2.95 mm50

透過率（％）

0

ポリエチレン (PE)50
3.1 mm1 mm

ポリプロピレン (PP)
0ポリスチレン (PS)

1 mm

50

0

ポリエチレンテレフタレート (PET)
0.3 mm0.125 mm5002

周波数 (THz)468飛沫防止スクリーン（単一素材）のマテリアルリサイクル
postコロナにおいて、飲食店などから大量に廃棄され、回収されるであろう対コロナ用プラ品の素材識別・分別装置を開発

各光源の計測波形

プラ板のテラヘルツ指数
光源①
検出器③光源②光源③プラ板

回収されるコロナ禍で使用されたプラスチック

検出器②
検出器①

計測結果の例（PC：ポリカーボネート）

装置外観（プロトタイプ）

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開発技術の特徴
光･材料技術に基づく独自のテラヘルツ分光技術を活用し（テラヘルツ特有の干渉現象を回避）
・小型テラヘルツ分光装置を開発 特願（2021-122665）
これまで困難だった・プラスチックの素材を識別 特願（2021-144654）
・プラスチック内の金属を検出 特願（2020-13597）
できる。

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特願2021-122665

テラヘルツ識別原理

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競合比較
色付プラ識別

添加剤
素材識別（非磁性体）

T社（ノルウェー）

×××

F研究所（ﾄﾞｲﾂ）△×△芝浦工大
（日本）

○○○

金属除去

従来からのテラヘルツ･材料研究12想定される他用途• テラヘルツ波はコンクリートに透明なことに着目すると、インフラ構造物の非破壊診断技術（コンクリート内部の空隙や鉄筋のさび）として展開することも可能。
• 上記以外に、本技術を原材料の劣化診断や生産プロセスに適用することで歩留まりを高めるメリットが大きい。
13ものの状態･劣化を診断、安全･安心、生産プロセス管理
樹脂の歪み

吸湿・酸化劣化評価

樹脂の紫外線劣化

レーザ研究 47 (2019) 6.

結晶化度（XRD測定と相関あり）

表面含水率の定量評価

プラスチックエージ 3 (2018) 72.

有機分子の結晶構造ε (cm-1 M-1)

30 D - ヒスチジン

試料作成法 A
試料作成法 B

2010(×0.5)

NDT&E Int. 43 (2010) 329.

01234Frequency (THz)56World J. Eng. Tech. 6 (2018) 268.
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実用化に向けた課題• 現在、プラスチックについて素材・添加剤識別が可能なところまで開発済み。しかし、プラスチックフィルムの多層構造識別が未解決である。
• ＪＳＴ-STARTプロジェクト（芝浦工大、東北大、静岡大）で家庭から排出された多様な廃プラの実験データを取得し、データベースを構築するとともにスーパーマーケットでの実証試験を行い、リサイクル現場に適用するための条件設定を検討している。
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３大学の分野横断的研究が実現する廃プラ高度選別装置
芝浦工大：装置設計と構築
東北大：社会ニーズ把握と社会実装
静岡大：分光モジュール製作

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透明プラスチック容器の回収モデル実証を開始

3月10-12日フレスコキクチ矢本店（宮城県東松島市）

8月4-5日ベイシア伊勢崎駅前店（群馬県伊勢崎市）

93％の識別精度を実証
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企業様への期待• ①プラスチックの素材･添加剤識別や②異物金属の検出に、本非接触検査技術が有効です。
• 検査機器開発の技術を持つ、企業様との共同研究を希望。
• 非破壊検査装置を開発されている企業様、リサイクル分野への展開を考えている企業様は、本技術の導入を是非ご検討ください。
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本技術に関する知的財産権
••
•
•

発明名称
出願番号
出願人
発明者

：物質識別装置、物質識別方法： 2021-144654：芝浦工業大学：田邉匡生

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世界にないモノづくりをめざして
社会（課題）

建築

非破壊検査

機械学習・画像処理

テラヘルツ

材料工学

化学

モノづくり

静脈経済

動脈経済

幅広い工学分野を基盤とする設計・製造・保守管理・廃棄物減量・リサイクル技術の融合
20産学連携の経歴• 2019年-2020年 JST SCORE事業に採択• 2021年-2022年 JST START事業に採択
20社を越える企業や自治体との共同研究実施

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お問い合わせ先
芝浦工業大学 研究推進室 研究企画課
ＴＥＬ 03 － 5859 － 7180
ＦＡＸ 03 － 5859 － 7181
メールアドレス
sangaku@ow.shibaura-it.ac.jp22