大阪大學研究生院工學研究科的麻生隆彬副教授和宇山浩教授等組成的研究團隊與日本食品化工公司合作，通過巧妙組合澱粉和纖維素等常見生物質（Biomass），開發出了海洋生物降解塑料。團隊利用自主開發的技術混合澱粉和纖維素後，澱粉的耐水性大幅提高，獲得的膜狀複材顯示出優異的耐水性和高強度。在海水中還具有高度的生物降解性。
此前實用化的海洋生物降解塑料大多僅限於脂肪族聚酯，因性能、價格和產量的問題，尚未實現廣泛普及。
此次，麻生副教授等人的研究團隊著眼於成本低廉且地球上大量存在的澱粉和纖維素生物質資源，通過巧妙組合這些材料的衍生物，開發出了高強度的塑料膜。該薄膜不僅克服了澱粉耐水性不足的缺點，在海水中還顯示出優異的降解性。此次的成果不僅大大有助於解決海洋垃圾問題，還能為地球的物質循環和二氧化碳減排做出貢獻。
圖1：以澱粉和纖維素為原料的海洋生物降解塑料
研究背景
海洋垃圾的主要問題在於廢塑料，因為很多塑料在環境中無法分解。日本開發的海洋生物降解塑料有PHBH（鐘化公司製造）和PBS（三菱化學公司製造），均屬於脂肪族聚酯，性能不如聚乙烯和聚丙烯等現有塑料，還存在價格高（2倍以上）和產量極低（產量：一萬幾千噸/年；全球塑料為3億噸/年）等問題。為打破這種現狀，亟需開發可以解決海洋垃圾問題、且能低成本大量製造的海洋生物降解塑料。
麻生副教授和宇山教授等人的研究團隊著眼於價格低廉且地球上大量存在的生物質資源，利用自主開發的復合技術，開發出了海洋生物降解塑料膜。玉米和薯類富含的主要成分澱粉，以及棉纖的植物的主要成分纖維素，價格低廉且產量豐富。研究團隊利用自主開發的技術組合這些材料的衍生工業品，大幅提高了澱粉的耐水性，在水中也不再溶解。通過該技術獲得的薄膜，顏色透明，強度為通用塑膠兩倍以上（圖2）。另外，在海水中浸漬一個月後，薄膜發生分解，上面佈滿小孔，孔附近附著很多菌類（圖3）。這表明，薄膜表面形成了生物膜，生物膜代謝的酶促進了薄膜的生物降解。
圖2：開發出透明、高強度的澱粉/纖維素復合薄膜
圖3：顯示復合薄膜海洋生物降解性的電子顯微鏡照片
澱粉是唾手可得的廉價材料，但存在耐水性等問題，因此未被積極用作塑料原料。但研究發現，利用澱粉和纖維素等多醣類材料之間的強相輔作用不僅能提高耐水性，還可以復合化形成透明的高強度薄膜，且具有海洋生物降解性。製造工藝也非常簡單。今後計劃與企業合作開發工業化流程，盡快實現實用化。此前開發的海洋生物降解塑料PHBH和PBS是生物質經過發酵後生產的，因此未保留生物質的結構。而此次開發的技術可以直接利用生物質固有的結構，可以說是一項基於天然的獨特生物質結構的成果。
如果這項研究成果能實用化，將為海洋塑料問題的解決做出巨大貢獻。利用地球上大量存在的廉價澱粉和纖維素，可以構築物質循環，有助於削減二氧化碳排放量。作為有助於大大改善地球環境的新技術，其實用化備受期待。
文：JST客觀日本編輯部
