我が国のプラスチック技術の最新動向

吉岡 敏明
東北大学大学院環境科学研究科

2021年2月8日
循環・３Rリレーセミナー

国際化学サミット CS3 （ Chemical Sciences and Society Summit ）化学の領域で最先端の化学者が集まり，世界が直面する重要課題を取り上げて，少人数で解決に資する糸口を探り，その成果を広く公表することを目的とした会議体
参加国：日本，英国，ドイツ，中国，米国の主要化学会と各国のファンディングエー
ジェンシーの全10 機関
第1回（2009）：独国「Sunlight to power the world」
第2回（2010）：英国「Sustainable Materials」
第3回（2011）：中国「Chemistry for Better Life」
第4回（2012）：米国「Next Generation Sustainable Electronics」
第5回（2013）：成田「Efficient Utilization of Elements」
第6回（2015）：独国「Chemistry and Water」
第7回（2016）：中国「 Solar Energy & Photonics for a Sustainable Future 」
第8回（2019）：英国「Science to Enable Sustainable Plastics」

国際化学サミット 8th CS3 Science to Enable Sustainable Plastics の概要
日 時：2019 年11 月10～13 日
場 所：ロンドンの王立化学協会のBurlington House
参加国：日本，英国，ドイツ，中国の各化学会と各国のファンディングエージェンシーの8機関
メインテーマ「Science to Enable Sustainable Plastics」
サブテーマとして・New plastics
・Recyclability of plastics
・Degradation of plastics
・Measuring the impact of plastics
分科会毎にキーノート（KN）ポジショントークが3～4 件
総勢約35 名で3 日間にわたり議論。
議長：C. Williams（Oxford Univ.)
日本側：高原淳（九大）、佐藤浩太郎（東工大）、吉岡敏明（東北大）、沼田圭司（理研・現京大）、日向博文（愛媛大）、澤本光男(中部⼤)「 Recyclability of plastics（リサイクル）」分科会
KN ：吉岡敏明（東北大）
動脈産業と静脈産業の統合とケミカルリサイクルの促進
1. 廃プラスチック処理の状況（リサイクル，焼却，埋め立て）
2. プラスチックリサイクルのカテゴリ（機械的，化学的（供給原料），エネルギー回収）
およびその位置付け
3. 実用的なケミカルリサイクルプロセスの概要
4. 動脈産業および静脈産業との将来の統合
M. Biesalski（独・ Tech. Univ. Darmstadt）
接着剤や紙のコーティングが紙のリサイクルを非常に困難にしているA white paper from the 8 th Chemical Sciences
and Society Summit (CS3)
Chinese Chemical Society (CCS)
the German Chemical Society (GDCh)
the Chemical Society of Japan (CSJ)
the Royal Society of Chemistry (RSC)
the National Science Foundation of China (NSFC)
the German Research Foundation (DFG)
the Japan Science and Technology Agency (JST)the UK Engineering and Physical Sciences ResearchCouncil (EPSRC).

Japan
Atsushi Takahara (Chair)
Hirofumi Hinata
Keiji Numata
Kotaro SatohToshiaki Yoshioka
Satoshi Miyashita
Ryoji Nakamura
Mitsuo Sawamoto

Kyushu UniversityEhime University
RIKEN Center for Sustainable Resource Science
Tokyo Institute of Technology
Thoku University
Japan Science and Technology Agency (JST)Japan Science and Technology Agency (JST)Chemical Society of Japan (CSJ)

5

「New plastics（新規高分子）」分科会

環境負荷，リサイクルを考慮した高分子設計が重要であるということ，オンデマンドの分解，つまり，分解したいときに外部刺激で分解させるために必要な高分子化学を構築すべき

「 Recyclability of plastics（リサイクル）」分科会
 ポリマーのリサイクルにはマテリアルリサイクルだけでなく，多様なリサイクルで対応する必要性を提言。
 中でも，ケミカルリサイクルは産業界全体で考えても大きなポテンシャルを持っている。
 ポリマーのリサイクルを考える際には，以下の3 つのレベルでの戦略が必要である。
1. ポリマーを「単一」成分の純粋なポリマーに物理的に分離し，製品へのさらなる処理または有用な素材として使用するための化学分離法の開発
2. 「単一」成分のプラスチックを貴重な化学物質またはモノマーにリサイクルするため，高効率的な化学プロセスの開発（ハロゲン含有ポリマーを含む）。
3. ポリマー複合系を有用な物質に連続的かつ選択的にケミカルリサイクルするための新しい化学反応の開発。
（＋オンデマンド分解高分子の開発）

「Degradation of plastics（分解性）」の分科会
生分解を中心に議論
1. 生分解の場合，分解機構，そして，分解産物が自然界に与える影響を考慮した評価および基礎研究が必要である。
2. 特に注意するべき点としては，「モノマーに分解すれば良い」，「99% が分解すれば良い」，というものではなく，すべての要素が天然物質に分解されることを化学的に示すことが必要。
3. Biodegradation というのは，誤解を招く可能性があり、Environmental degradation という記述が良いのではないかという議論に。
4. 提言には，Environmental degradationplastics（EDP）という記述を残した。
5. 現状，一般的に生分解性と呼ばれる高分子は物性が悪く，ポリエチレンなどのレベルまで達していないため，実用レベルまで物性を向上させるための研究が必要不可欠である。
6. 安全性に関しては，ポリオレフィンなどには酸化防止剤などの添加物が多く含まれているため，添加物の安全性も含めた議論が必要であることにも言及した。

Manufacturers for synthetic BDP and their ambitious planmanufacturers

20192025 planscale(1000 t)

PLA(polylactic acid)

Natureworks(USA)
Total Cobion(Thailand)
Hisun(China)

14075
15300
15050PBAT(polybutylene adipicterephthalate)

BASF(Germany)
Kingfa(China)
Tunhe(China)
Jinhui(China)

70756030150200
100100PBS(polybutylene succinate)Showa(Japan)
Tunhe(China)
Xinfu(China)

360
2010050100

3
Total: Ca. 750

Ca. 1250

BDP

Boda(China)
PPC(polypropylene carbonate)

PHA(polyhydroxyl alkanonate)

Tianan(China)

Ref. Plastics: 360 m ton; PE:100 m ton; PP: 60 m ton in 2019

４つの分科会の共通認識背景となる基礎科学の確立，学際的な領域（高分子科学，環境学，毒性学，化学工学，海洋物理学など）の研究者の育成と社会への啓発の機会の積極的な展開である。

各サブテーマの代表
司会BBC 環境レポーターL. Foster

パネルディスカッション
BBCの世界公開世界にライブ配信「Plastics are here to stay. How can the chemical sciences make themfully sustainable?」
各サブテーマの代表
司会BBC 環境レポーターL. Foster欧州における廃プラケミカルリサイクルリサイクル技術開発状況
開発企業等

場所

技術概要

投資・規模

・BASF
・Quantafuel・Vitol S.A.

・デンマーク・ドイツ他• 熱分解オイルを製造• スチームクラッカーで廃プラを分解し、エチレンとプロピレンを生成

2,000万€16,000t/y・Sabic、・Plastic Energy

オランダ• 金属等を除去（ソーティング）し、（LDPE、HDPE、PP、PS）を熱分解で炭化水素に転換。

2030年までに45億ドル
2021年商業稼働

・Peel Environmental
・Powerhouse Energy
・マンチェスター大学

英国内11か所• マテリアルリサイクルに不向きなプラスチックを主な原料として水素を製造する施設を開発

11の施設で1億3,000万£
最大25t/d/uni

Shellグループ
・Air Liquide
・Nouryon
・Enerkemオランダ• 前処理した廃プラおよびその他の混合廃棄物（バイオ系）から約22万トンのメタノールを製造。

約2億£・Borealis
・OMV

オーストリア• プラスチックを400℃以上に加熱し、溶媒を加え、加圧して分解油を抽出

1,000万£毎時2,000㎏

・Neste・Remondis
・Borealis・ドイツ・フィンランド

• 水素処理によりプロパンを製造し、プロパンから脱水素を行いPPの原料を製造。

年間20万t以上

・Lyondell・Basell・カールスルーエ工科大学

イタリア• 多層フィルムなどのマテリアルリサイクルが困難とされる廃プラスチックを、触媒分解で化学原料を製造。

年間36万thttps://www.bkv-gmbh.de/infothek/studien.html

11欧州におけるケミカルリサイクルリサイクル技術の動向
https://www.bkv-gmbh.de/infothek/studien.html

ガス化①セメントキルンで使用される流動床技術②British Gas-Lurgi（BGL）方式のガス化装置③噴流式ガス化技術④溶融炉技術熱分解①将来的な技術革新が期待できる最も興味深い要素技術と期待②ケミカルリサイクルとして技術実装するには、さらに投資が必要。
③関連する技術が市場で成立するには、5年～15年かかる。
12欧州におけるケミカルリサイクルリサイクル技術のコスト推計
https://www.bkv-gmbh.de/infothek/studien.html

１）家庭ごみの熱分解処理を行う場合
183 ～ 274 €/ton（技術開発費と材料費のみ）
ナフサ代替として合成ガスまたは熱分解油の販売収入を考慮すると100 ～ 180 €/ton（廃棄物発電プラントにおけるエネルギーリカバリーとほぼ同等のコスト？）

２）ケミカルリサイクルプロセスに投入できるようにする前処理コスト
容器包装プラの場合
前処理コストは、23〜33 €/ton

ASRの場合、約28 €/ton（金属成分が含有による選別が必要なため）
BGLおよび流動床ガス化装置の場合投入されるプラの細破砕のため追加コストが必要。

13

生分解性プラスチック/バイオベース（マス）プラスチック

非生分
解性

化石由来＋バイオマス由来

バイオマス由来

生分解性プラスチック

バイオベース生分解性プラスチック

生分解性バイオプラスチック

PVA, PGA
ポリブチレンアジペート/テレフタレート、ポリエチレンテレフタ
レートサクシネート、
その他

Bio-PBS
ポリ乳酸ブレンド・PBAT
スターチブレンド・ポリエステル樹脂
ポリブチレンテレフタレートサクシネー
トプラスチック

バイオマスプラスチック

PEPP
PET
PVC
PS
ABS，PC，PBT
POM，PMMAPPS，PA6，PA66
PU，フェノール、エポキシ、
その他

Bio-PTT
Bio-PET
Bio-PA610, 410, 510
Bio-PA11T, MXD10
Bio-PC
Bio-PU
芳香族エステル
Bio-フェノール
Bio-エポキシ樹脂

ポリ乳酸
PHA系（PHBH等）

バイオマスプラスチック
Bio-PE
Bio-PP
Bi0-PA11
Bio-PA1010

Resource/CO2 emission issue

参考：プラスチック資源循環戦略小委員会資料

Plastic pollution issue

生分
解性

化石由来

14目指すプラスチック資源循環の姿
動脈・静脈の融合にバイオマス素材を組み込んだプラスチック資源循環

従来のプラスチック資源循環石油精製

廃棄消費者

既存のリサイクル
ルート

バイオマス
資源

石油資源

石油資源

新しいリサイクル
ルート

消費者

化学産業

石油精製

新しいリサイクルルート

化学産業

既存ルートの拡充

処理施設等

ユーザー
産業

処理施設等
流出

環境（海洋等）

ユーザー
産業

流出制御

環境（海洋等）

吉岡敏明, 齋藤優子, 熊谷将吾, 環境情報科学 ,48, No.3, 39-44, (2019)をもとに作成

15Current status and future of waste plastic flow in Japan

Conventional Tech.（2017）
Mechanical（Domestic）

0.62mill.t

Mechanical（Inter.）

1.49mill.t

Feedstock

0.40mill.t

・Blast furnace reduction
・Coke oven・Gasification
・Liquefaction
・Monomer

New Thec.（2030）

MechanicalFeedstock

Energy Recovery

Incineration/Landfill

5.24mill.t

1.28mill.t（2.5－3.4mill.t）

・Blast furnace reduction
・Coke oven・Gasification
・Liquefaction
・Monomer

Return to the petro. industry

Energy Recovery(High efficiency)

2% of crude
oil (186.79
mill.kL) = 3.7
mill.tT.Yoshioka, Y.Saito, S.Kumagai, Environmental Information Science, ,48, No.3, 39-44, (2019)16

石油精製プロセスを活用するプラスチックリサイクル
石化学原料・中間製品

油化

既設ディレイドコーカー

廃プラスチック
共熱分解プロセス
接触分解プロセス（FCC利用も想定）

石油留分(溶媒)17

日本国内の製油所と石油化学工場(エチレンセンター)

廃プラの製油所での受入れを250～300万t/y（原油処理量の約2％ ）製油所、工場の所在地
100kmの範囲

2018年度末精製能力：3340千BDP（大阪国際石油とコンデンセートスプリッター能力を除く）
処理原油平均密度：0.84（36.5API度）

製油所

石油化学工場18

Effects by the Chemical Modification

Modifyinggroup

Function

CH2

Longcarbon
chain

Hydrophilic
group

Plasticity

CHClnHydrophilicity＋ Nu－Base

Epoxy group

Cross-link１）

SCN group２）High reactivity

Heat-resistant
Mechanicalcharacteristic

Antibacterial

CH2CHNum CH2

CHn-m＋ mCl－Cl

1) M. Hidalgo, H. Reinecke, C. Mijangos, Polymer, 40, 3535, (1999).
2) T. Kameda, M. Ono, G. Grause, T. Mizoguchi, T. Yoshioka, J Polym Res., 18, 945, (2011).
19塩素のマテリアルフローから診る新たな塩素循環
塩の輸入

(千トン)

塩素製造（ソーダ工業）

4500
4000

インバランス

3500（717千トン）

3000

インド

2500

メキシコ

1500

オーストラリア
国内ソーダ工業用塩は全量輸入

原料化・製品化

1965年以降
インバランス産業構造が続く2000

プラスチック樹脂

1000

53%

塩化ビニル
36%

500

新たな塩素循環0

塩素苛性ソーダ（NaOH）

リサイクル・廃棄物処理

パイプ、農業用フィルム等一部はマテリアルリサイクル

熱処理により塩ビから腐食性の塩化水素ガスや有害な塩素系有機化合物が生成

乾式脱塩法で生成する塩化水素は中和して排水されるケースも多い（有効利用されず）



焼却灰中の脱塩残渣による塩素濃度、セメント原料等への制限



埋立処理、浸出水中の塩類濃度上昇

塩ビ廃棄物は廃棄・リサイクルにおいて忌避

その他
41%

図 : 塩素・苛性ソーダの国内需要量（2013年度）

395 万 5 千トン(2013年度)

使用食品
1%
塩素系溶剤
1%
クロロメタン類
PO 6%4%

廃棄パイプ

HCH

H
C
Cl n

床材

農業用
フィルム

TDI・MDI11%

図 : 塩素の需要構成（2013年度）

銅線被覆
医療用

20

ハロゲン循環の意義
ハロゲン = 忌避物質
金属

 日用品
金属

ClPVC

プラ

プラPE

プラ

PP
PS

PVC

H
C

ケミカルリサイクル（化学原料化） ガス化
 油化
 高炉還元剤
 モノマー化 化学産業
 石油化学産業

環境インパクトを低減化した
プラスチックリサイクルの実現

ABS
PET

プラスチックの二次資源としての価値を高めると共に、有用金属やレアメタル等の高効率回収に寄与する高度なプラスチック回収技術開発

ハロゲン = 循環資源「制御」という新たな視点
21

Applications using Benzene production Process from PET
Selective conversion into Benzene from aromatic acids 1-3)
HOO

O

OH

TPA

Fundamental resources in petrochemicals
Feedstocks of Styrene, Phenol, Aniline etc.

Selective conversion into oil (benzene) fromPET becomes available.

CaOO(Liquefaction of PET has been considered tobe difficult.)

OHBenzoicacid

Simultaneous recovery of metals and benzene from metal-containing PET 4-6)

1 cm

×100001 cm

Magnetic tape Magnetic card
(PET+Fe)(PET+Fe, Ti, Al)Ex.) our publishedpapers

OOOH

TPA

Hydrolysis

X-ray films(PET+Ag)

1 cm

HO×2000

×10000

1 μm

5 μm

Ag

γ-Fe2O397%

98%

CaCO3Benzene
80 %

CO2

1 μm

γ-Fe2O3 98%
TiO2
Al2O3

CaO97%Possibility of simultaneousrecovery both of metals andbenzene

100%1) Chem. Lett., 43, 637 (2014). 2) Ind. Eng. Chem. Res., 50, 1831 (2011). 3) Ind. Eng. Chem. Res., 50, 6594 (2011).
4) J. Mater. Cycles and Waste Manag., 16, 282 (2014). 5) Chem. Lett., 42, 212 (2013). 6) Environ. Sci. Technol., 48, 3430 (2014).
22

Collaboration with Petroleum and Petrochemical industries for Plastic Recycling

Petroleumproducts
gasoline
naphthakerosene(paraffine)crude oillight oilheavy oil

Petrochemical
basic products
C2-C5 chemicals
 Ethylene
 Propylene EtOH
 1,3-propanediol
 1,4-butanediol
 etc.
B-B fraction
Aromatics
OthersPlastics
PEPP
PVCPS
Other
Thermoplastic resins
Thermosetting resins
OthresBioplastics
 ・・・
 ・・・
 ・・・

Biomass
Raw chemicals
other than plastic
23

Location of each basic arterial industry plants in Japan
Yoshioka et al., Trans. Mater. Res. Soc. Jpn., 2004.

Power plant
Steel industry
Cement industry
Petroleum industry
Paper & Pulp industry

50km radius
100km radius