生分解性プラスチック

生分解性プラスチックは、生物（通常は微生物）の作用によって水、二酸化炭素、バイオマスに分解されるプラスチックです。 ^[1]生分解性プラスチックは、再生可能な原材料、微生物、石油化学製品、またはこれら3つを組み合わせて製造されるのが一般的です。^[2]

「バイオプラスチック」と「生分解性プラスチック」という言葉は似ていますが、同義語ではありません。^[3]すべてのバイオプラスチック（一部または全部がバイオマス由来のプラスチック）が生分解性であるわけではなく、一部の生分解性プラスチックは完全に石油由来です。^[4]「グリーン」な資質があると見られたい企業が増えるにつれて、バイオプラスチックの使用などの解決策が調査され、実装されるようになっています。バイオプラスチックの定義はまだ議論の余地があります。このフレーズは、バイオベース、生分解性、またはその両方である可能性のあるさまざまな製品を指すために頻繁に使用されます。これは、石油から作られたポリマーが、生物学的成分をまったく含まなくても「バイオプラスチック」としてブランド化できることを意味します。^[5]しかし、バイオプラスチックは他の人が期待するように問題を解決しないと考える懐疑論者も多くいます。^[6]

ポリヒドロキシアルカン酸（PHA）は、1888年にMartinus Beijerinckによって細菌で初めて観察されました。^[7] 1926年、フランスの微生物学者Maurice Lemoigneは、Bacillus megateriumから抽出した後、このポリマーを化学的に特定しました。^{[7] [8]}大規模生産の基礎が築かれたのは1960年代初頭になってからでした。^[9]最も単純なPHAであるPHBの製造と単離に関するいくつかの特許は、WR Grace＆Co.（米国）に与えられましたが、収量が低い、製品が汚染されている、抽出コストが高いなどの理由で、事業は解散しました。^[9] 1973年にOPECが世界の石油価格を押し上げるために米国への石油輸出を停止すると、^[10]より多くのプラスチックおよび化学企業が持続可能なプラスチックの生合成に多額の投資を始めました。その結果、Imperial Chemical Industries （ICI UK）はAlcaligenes latus株を使用して70％の収率でPHBを製造することに成功しました。^[9]この場合に生産された特定のPHAはscl-PHAでした。^[9]生産されたPHAの望ましくない特性と、その後すぐに石油価格上昇の脅威が減少したため、生産努力は劇的に減速しました。^[9]

1983年、ICIはベンチャーキャピタルの資金援助を受け、マールボロ・バイオポリマーズを設立し、初の多用途生分解性プラスチックPHBV、バイオポールを製造した。バイオポールはPHBとPHVからなる共重合体だが、市場を混乱させるには製造コストが高すぎた。1996年、モンサントは2種類のポリマーのうち1つを植物で製造する方法を発見し、より安価な製造の可能性を考えてICIのスピンアウト企業ゼネカからバイオポールを買収した。^[11]

2000年代初頭の石油価格の急騰（2008年には1バレルあたり約140ドル）の結果、プラスチック製造業界はついに石油由来のプラスチックの代替品の導入を模索しました。^[12]それ以来、化学的に、または他のバクテリア、植物、海藻、植物廃棄物によって生成された無数の代替品が解決策として登場しました。地政学的要因もそれらの使用に影響を与えます。

生分解性プラスチックは、包装材、カトラリー、食品容器などの使い捨て製品によく使用されます。 ^[13]

原理的には、生分解性プラスチックは従来のプラスチックの多くの用途に取って代わる可能性があります。しかし、これには多くの課題が伴います。

• 多くの生分解性プラスチックは、産業用堆肥化システムで分解されるように設計されています。しかし、実際に分解されるには、適切に管理された廃棄物システムが必要です。これらのプラスチックから作られた製品が、埋立地などの従来の廃棄物処理場に廃棄されたり、川や海などの開放環境に流れ込んだりすると、潜在的な環境上の利点は実現されず、プラスチック汚染の問題を軽減するどころか、むしろ悪化させる可能性があることが証明されています。^[14]
• 「生分解性」と表示されているが、マイクロプラスチックのように小さな破片にしか分解されない、または生分解性ではない小さな単位にしか分解されないプラスチック製品は、従来のプラスチックよりも優れているわけではない。^[14]
• 2009年の研究では、生分解性プラスチックの使用は、従来のプラスチックの使用を制限する特定の規制の下でのみ経済的に実行可能であることが判明しました。^[15]たとえば、イタリアでは2011年から特定の法律が導入され、生分解性プラスチックバッグの使用が義務付けられています。^[16]

生物学的に合成されたプラスチック（バイオプラスチックまたはバイオベースプラスチックとも呼ばれる）は、植物、動物、微生物などの天然由来の材料から生産されるプラスチックです。^[18]

ポリヒドロキシアルカン酸は、様々な微生物（例：Cuprividus necator）によって自然に生成される生分解性プラスチックの一種です。PHAの具体的な種類には、ポリ-3-ヒドロキシ酪酸（PHB）、ポリヒドロキシバレレート（PHV）、ポリヒドロキシヘキサノエート（PHH）などがあります。PHAの生合成は通常、生物から特定の栄養素を奪い（例：リン、窒素、酸素などのマクロ要素の不足）、過剰な炭素源を供給することによって促進されます。^[19] PHA顆粒は、その後、微生物を破壊することによって回収されます。^[20]

PHA はさらに 2 つのタイプに分類できます。

• 3～5 個の炭素原子を含む短鎖ヒドロキシ脂肪酸からの scl-PHA は、Cupriavidus necatorやAlcaligenes latus ( PHB ) を含む多数の細菌によって合成されます。
• 6～14個の炭素原子を含む中鎖長ヒドロキシ脂肪酸からmcl-PHAは、例えばPseudomonas putidaによって生成されます。^[21]

ポリ乳酸は再生可能なバイオマス、典型的にはトウモロコシ、キャッサバ、サトウキビ、テンサイパルプなどの発酵植物デンプンから合成される熱 可塑性脂肪族 ポリエステルである。2010年、ポリ乳酸は世界で2番目に高いバイオプラスチック消費量を記録しました。 ^[22]

PLA は堆肥化可能ですが、人工的な堆肥化条件以外では生分解しないため、米国および欧州の基準によれば非生分解性です ( § 堆肥化可能なプラスチックを参照)。

デンプンブレンドは、デンプンと可塑剤をブレンドして生成される熱可塑性ポリマーです。デンプンポリマー自体は室温では脆いため、デンプンゼラチン化と呼ばれるプロセスで可塑剤を添加して結晶化を促進します。^[23]すべてのデンプンは生分解性ですが、すべての可塑剤がそうであるとは限りません。したがって、可塑剤の生分解性がデンプンブレンドの生分解性を決定します。

生分解性デンプン混合物には、デンプン/ポリ乳酸^[24]、デンプン/ポリカプロラクトン^[25]、およびデンプン/ポリブチレンアジペートコテレフタレートが含まれる。

デンプン/ポリオレフィンなどの他の混合物は生分解性ではありません。

セルロースバイオプラスチックは主にセルロースエステル（セルロースアセテートやニトロセルロースを含む）とその誘導体（セルロイドを含む）である。セルロースは大幅に改質すると熱可塑性になる。その一例がセルロースアセテートであるが、これは高価なため包装にはほとんど使用されない。^[26]

リグニンベースのポリマー複合材は、生分解性を持つバイオ再生可能な天然芳香族ポリマーです。リグニンは、紙やエタノールなどの製造を通じて植物材料から多糖類を抽出する際に副産物として見つかります。^[27]リグニンは豊富に存在し、化学パルプ産業では毎年5000万トンが生産されているという報告があります。^[28]リグニンは軽量で、他の代替品よりも環境に優しいため便利です。リグニンは生分解プロセス中にCO2を放出しません。_[ ^27]ポリエチレンテレフタレート（PET）などの他の生分解性プラスチックプロセスでは、分解微生物によって生成される廃棄物としてCO2と水が放出されることがわかっています_。 [ ^28]

リグニンは、反応性官能基、フィルム形成能、高炭素含有率など、現在のプラスチック化学物質と同等の化学的性質を持ち、プラスチックに使用されるさまざまな化学混合物との関連で汎用性を示します。リグニンは安定しており、芳香族環を含んでいます。弾性と粘性の両方を持ちながら、液相ではスムーズに流れます。最も重要なことは、リグニンは本質的に抗菌性であるため、現在のプラスチックの基準を改善できることです。^[27]リグニンは非常に大量に生産されており、新興の環境に優しいポリマーとしてすぐに使用できます。

石油由来プラスチックは、化石原油、石炭、天然ガスから得られる石油化学製品から作られています。ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS) など、最も広く使用されている石油由来プラスチックは生分解性ではありません。ただし、次に挙げる石油由来プラスチックは生分解性があります。

ポリグリコール酸は熱可塑性ポリマーであり、脂肪族ポリエステルである。PGAは生分解性のため、PGA縫合糸などの医療用途によく使用される。ポリグリコール酸の骨格にあるエステル結合は、ポリグリコール酸に加水分解不安定性を与える。そのため、ポリグリコール酸は加水分解によって無毒のモノマーであるグリコール酸に分解される。このプロセスはエステラーゼによって促進される。体内で、グリコール酸はトリカルボン酸回路に入り、その後、水と二酸化炭素として排泄される。^[29]

ポリブチレンサクシネートは、プロピレンに匹敵する特性を持つ熱可塑性ポリマー樹脂である。食品や化粧品の包装フィルムに使用されている。農業分野では、PBSは生分解性マルチングフィルムとして使用されている^{[30]。PBSは、} Amycolatopsis sp. HT-6およびPenicillium sp.株14-3によって分解される。さらに、Microbispora rosea、Excellospora japonica、E. viridiluteaは、乳化PBSのサンプルを消費することが示されている。^[31]

ポリカプロラクトンは、エステル結合の加水分解により生分解性が得られることから、移植可能な生体材料として注目されています。バシロタ属とシュードモナス属はPCLを分解できることが示されています。ペニシリウム属26-1株は高密度PCLを分解できますが、耐熱性のアスペルギルス属ST-01株ほど速くはありません。クロストリジウム属は嫌気性条件下でPCLを分解できます。^[31]

ポリビニルアルコールは、水溶性の生分解性ビニルポリマーのうち数少ないものの1つです。水（安価で無害な溶媒）に溶けるため、PVAは食品包装、繊維コーティング、紙コーティング、ヘルスケア製品など、幅広い用途に使用されています。^[32]

ポリブチレンアジペートテレフタレート（PBAT）は、生分解性のランダム共重合体です。

家庭で堆肥化できるプラスチック（つまり、産業用堆肥化施設に依存しないプラスチック）を定義する国際基準は確立されていないが、オーストラリア（AS 5810「家庭での堆肥化に適した生分解性プラスチック」）とフランス（NF T 51-800「家庭での堆肥化に適したプラスチックの仕様」）では国家基準が制定されている。フランスの基準は、ベルギーの認証機関TÜV Austria Belgiumが開発した「OKコンポスト家庭認証制度」に基づいている。^[33]以下は、家庭での堆肥化に関する確立された国家基準に適合しているプラ​​スチックの例である：^[34]

• BioPBS FD92樹脂、最大厚さ85ミクロン
• BWC BF 90A樹脂、最大厚さ81ミクロン
• エコポンドフレックス162樹脂、最大厚さ65ミクロン
• HCPT-1 トリプルラミネート、最大厚さ 119 ミクロン
• HCFD-2 デュプレックスラミネート、最大厚さ 69 ミクロン
• トリセTRBF90樹脂、最大厚さ43ミクロン

生分解性プラスチックの設計と使用における課題の 1 つは、生分解性が「システム特性」であることです。つまり、特定のプラスチック製品が生分解するかどうかは、製品の固有の特性だけでなく、最終的にそれが行き着く環境の条件にも左右されます。特定の生態系におけるプラスチックの生分解速度は、温度や特定の微生物の存在など、さまざまな環境条件に依存します。^[14]

化学組成:

• 生分解性に対する耐性の低い順：n-アルカン > 分岐アルカン > 低分子量芳香族 > 環状アルカン > 高分子芳香族 = 極性ポリマー^[35]

物理的特性:

• 形
• 露出面積
• 厚さ^[35]

非生物的要因:

• 温度
• 大気中の水/塩分濃度
• 光劣化
• 加水分解^[35]

生物学的要因:

• 適切な微生物株の存在^[35]

「生分解性プラスチック」の代わりに「堆肥化可能」、「バイオプラスチック」、「酸化分解性プラスチック」という用語がよく使用されますが、これらの用語は同義語ではありません。現在、廃棄物管理インフラでは、通常のプラスチック廃棄物をリサイクル、焼却、または埋め立て処分しています。生分解性プラスチックを通常の廃棄物インフラに混ぜると、環境に危険をもたらします。^[36]したがって、代替プラスチック材料を正しく分解する方法を特定することが重要です。

堆肥化可能なプラスチックと生分解性プラスチックはどちらも有機成分に分解される材料ですが、一部の堆肥化可能なプラスチックの堆肥化には、高温、高圧、栄養濃度、特定の化学比率などの環境要因の厳格な管理が必要です。これらの条件は、産業用堆肥化プラントでのみ再現できますが、そのようなプラントはごくわずかです。^[37]そのため、堆肥化可能なプラスチックの中には、高度に管理された環境でのみ分解できるものもあります。 ^[38]さらに、堆肥化は通常好気性環境で行われますが、生分解は嫌気性環境で行われる場合があります。^[39]非化石材料から得られる生物由来のポリマーは、環境中で自然に分解できますが、生分解性ポリマーから作られた一部のプラスチック製品は、有機リサイクルプロセス中に合成材料を分解するために嫌気性消化器または堆肥化ユニットの支援が必要です。^{[40] [14]}

一般に信じられていることとは反対に、生分解性のない堆肥化可能なプラスチックは確かに存在します。これらのプラスチックは堆肥化条件下では生分解しますが、条件が満たされるまでは分解を開始しません。言い換えれば、これらのプラスチックは生物圏で自然に生分解できないため、「生分解性」（米国および欧州規格の両方で定義）であると主張することはできません。生分解性のない堆肥化可能なプラスチックの例としては、ポリ乳酸（PLA）があります。^{[41] [42]}

ASTM規格の定義では、堆肥化可能なプラスチックは、従来の定義で堆肥化可能であると既に確立されているものと同じ速度で「視覚的に区別がつかなくなる」必要があるとされています。^[43]

プラスチックは、一部または全部が生物由来のポリマーで製造された場合、バイオプラスチックとみなされます。プラスチックが一定の時間枠（さまざまな基準に依存）で水、二酸化炭素、バイオマスに分解できる場合、生分解性であるとみなされます。したがって、これらの用語は同義ではありません。すべてのバイオプラスチックが生分解性であるわけではありません。^[44]生分解性でないバイオプラスチックの例としては、バイオベースのPETがあります。PETは化石燃料から得られる石油化学プラスチックです。バイオベースのPETは同じプラスチックですが、バクテリアで合成されています。バイオベースのPETは、化石ベースのPETと同じ技術的特性を持っています。^[45]

さらに、酸化分解性プラスチックは一般に生分解性であると認識されています。しかし、これは単に酸化プロセスを加速するプロデグレダントと呼ばれる添加物が入った従来のプラスチックです。酸化分解性プラスチックは日光と酸素にさらされると急速に分解しますが、生物学的物質ではなく大量のマイクロプラスチックとして残ります。^[46]

酸化分解性プラスチックは、分解に時間がかかり、微生物が消化できないプラスチック片を残すため、アメリカやヨーロッパの基準では生分解性として分類できません。生分解を促進することを目的としているにもかかわらず、酸化分解性プラスチックは微生物の消化に最適な破片にならないことがよくあります。^[47]

すべての材料は、有機物に分解されて鉱物化されるまでに数週間かかるか、100万年かかるかに関係なく、本質的に生分解性です。^[48]したがって、「生分解性」と分類されていても、時間や環境の制約が明示的に記載されていない製品は、消費者に誤った情報を提供しており、透明性に欠けています。^[44]通常、信頼できる企業は、製品の具体的な生分解条件を伝え、自社製品が実際には国内または国際基準の下で生分解性であることを強調しています。さらに、オキソ生分解性添加剤を使用したプラスチックを完全に生分解性としてラベル付けする企業は、誤情報を助長しています。同様に、一部のブランドは、実際には生分解性ではないバイオプラスチックであるプラスチックが生分解性であると主張する場合があります。

2021年、欧州委員会の科学的助言メカニズムは生分解性プラスチックに関する証拠レビューを実施し、次のように結論付けました。^[14]

プラスチック製品が生分解するにはどのような条件が必要か説明せずに「生分解性」というラベルを貼ると、消費者やその他のユーザーの間で混乱が生じます。廃棄物の流れが汚染され、汚染やポイ捨てが増える可能性があります。消費者がプラスチック製品に何を期待できるか、また、プラスチック製品を適切に使用および処分する方法を確信できるように、明確で正確なラベルが必要です。

これに対応して、欧州委員会の首席科学顧問団は2021年に「特定の受容開放環境での適用の文脈で生分解性プラスチックの実際の生分解を評価する試験および認証スキーム」を含む「開放環境におけるプラスチックの生分解に関する一貫した試験および認証基準」を策定することを勧告した。^[14]

微生物分解：生分解性プラスチックの主な目的は、埋立地に残って環境に害を及ぼす従来のプラスチックを置き換えることです。したがって、これらのプラスチックを分解する微生物の能力は、信じられないほどの環境上の利点です。微生物分解は、プラスチック表面のコロニー形成、加水分解、およびミネラル化の3つのステップで達成されます。まず、微生物が露出したプラスチックに生息します。次に、細菌は炭素源またはポリマー基質に結合して炭化水素結合を分解する酵素を分泌します。このプロセスにより、H ₂ OとCO _{2が生成されます。CO 2}が環境に放出されるにもかかわらず、生分解性プラスチックは、埋立地に蓄積して深刻な汚染を引き起こす石油ベースのプラスチックよりも環境への影響が小さいため、従来のプラスチックの代替品として検討されています。^[31]

都市固形廃棄物：米国環境保護庁（EPA）の2010年の報告書によると、米国には3100万トンのプラスチック廃棄物があり、都市固形廃棄物全体の12.4％を占めています。そのうち255万トンが回収されました。この8.2％の回収率は、都市固形廃棄物全体の回収率34.1％を大きく下回っています。^[49]

プラスチックの回収率が低いのは、従来のプラスチックが有機廃棄物（食品廃棄物、湿った紙、液体）と混ざることが多く、埋立地や自然生息地に廃棄物が蓄積されるためです。^[50]一方、これらの混合有機物（食品廃棄物、庭の剪定枝、湿ったリサイクルできない紙）を堆肥化することは、大量の廃棄物を回収し、コミュニティのリサイクル目標を劇的に高めるための潜在的な戦略です。2015年現在、食品廃棄物と湿ったリサイクルできない紙は、それぞれ3,960万トンと6,790万トンの都市固形廃棄物を構成しています。^[51]

生分解性プラスチックは、これらの廃棄物ストリーム内の非分解性プラスチックを置き換えることができるため、自治体の堆肥化は、そうでなければ回収できない大量の廃棄物を埋め立て地から転用するための重要なツールになります。^[18]堆肥化可能なプラスチックは、プラスチックの有用性（軽量、耐久性、比較的低コスト）と、産業用堆肥施設で完全に完全に堆肥化できる能力を兼ね備えています。比較的少量の混合プラスチックのリサイクルを心配するのではなく、支持者は、認定された生分解性プラスチックは他の有機廃棄物と簡単に混合できるため、回収できない固形廃棄物のはるかに大きな部分を堆肥化できると主張しています。

混合有機物すべてを商業的に堆肥化することは、商業的に実行可能で経済的に持続可能になります。廃棄物全体が生分解性となり、処理が容易になるため、より多くの自治体が過負荷の埋立地から大量の廃棄物を転用できるようになります。埋立地の使用を避けることは、プラスチック汚染の問題を軽減するのに役立つ可能性があります。

したがって、生分解性プラスチックの使用は、これまで埋め立てや焼却以外の手段では回収できなかった大量の都市固形廃棄物（好気性堆肥化と原料経由）を完全に回収することを可能にすると考えられています。^[52]

生分解性プラスチック袋は金属を放出する可能性があり、特定の状況下では分解に長い時間を要する可能性があるという主張がある^[53]。また、OBD（オキソ生分解性）プラスチックは、環境に関係なく、目立った速度で分解し続けない小さなプラスチック片を生成する可能性があるという主張もある。^{[54] [55]}オキソ生分解性プラスチック協会（www.biodeg.org）の回答は、OBDプラスチックには金属が含まれていないというものである。^{[要出典] OBDプラスチックには金属塩が含まれているが、これは法律で禁止されておらず、実際には人間の食事に微量元素として必要である。独自のマンガン塩ベースの添加剤を含む}低密度ポリエチレンのオキソ生分解は、土壌環境で24か月後に91％の生分解を示した。^[56]

また、天然素材から生分解性バイオプラスチックを製造する際に使用される炭素、化石燃料、水の総量と、それが人間の食糧供給に悪影響を与えるかどうかについても多くの議論があります。最も一般的な市販の堆肥化可能なプラスチックであるポリ乳酸1kg（2.2ポンド）を作るには、2.65kg（5.8ポンド）のトウモロコシが必要です。^[57] 2010年時点で、毎年約2億7000万トンのプラスチックが製造されているため、^[58]従来のプラスチックをトウモロコシ由来のポリ乳酸に置き換えると、地球温暖化により熱帯農業の生産性が低下しているときに、世界の食糧供給から7億1550万トンが削減されます。^[59]

生分解性プラスチックを含む生分解性材料が嫌気性の埋立地環境で分解すると、別の温室効果ガスであるメタンが放出されるのではないかとの懸念がある。管理された埋立地594 か所から発生するメタンは捕捉され、エネルギーとして利用されている。^{[60]一部の埋立地では}、環境へのメタンの放出を減らすためにフレアリングと呼ばれるプロセスでこれを燃やしている。米国では、今日、埋立地に捨てられる材料のほとんどが埋立地に運ばれ、そこでメタンバイオガスを捕捉してクリーンかつ安価なエネルギーに利用している。^[61]生分解性のないプラスチックを焼却すると、二酸化炭素も放出される。天然素材から作られた生分解性のないプラスチックを嫌気性（埋立地）環境で処分すると、プラスチックは何百年も残ることになる。^[60]

完全に分解されていない生分解性プラスチックは、短期間で分解されると想定して、廃棄物処理施設によって海洋に廃棄される。しかし、海洋は生分解には最適ではない。生分解には微生物と酸素が豊富な暖かい環境が適しているからだ。生分解されずに残ったマイクロファイバーは海洋生物に害を及ぼす可能性がある。^[62]

様々な研究者が、生分解性ポリマーの広範なライフサイクルアセスメントを実施し、これらの材料が従来の化石燃料ベースの方法で製造されたポリマーよりもエネルギー効率が良いかどうかを判断しています。Gerngrossらによる研究では、1kgのポリヒドロキシアルカン酸（PHA）を製造するために必要な化石燃料エネルギーは50.4MJ/kgと推定されています^{[63] [64]} 。これは、50～59MJ/kgと推定しているAkiyamaらの別の推定値と一致しています^{[65] 。この情報に}は、非化石燃料ベースの方法から得られる原料エネルギーは考慮されていません。ポリ乳酸（PLA）は、2つの情報源から化石燃料エネルギーコストが54～56.7と推定されていましたが^[66]、NatureWorks社によるPLAの商業生産の最近の進展により、化石燃料ベースのエネルギーを風力発電やバイオマス駆動戦略に置き換えることで、化石燃料ベースのエネルギーへの依存がいくらか解消されました。同社は、1kgのPLAを製造するのに必要な化石燃料ベースのエネルギーはわずか27.2MJであり、次世代プラントではこの数値が16.6MJ/kgに低下すると予想しています。対照的に、ポリプロピレンと高密度ポリエチレンはそれぞれ85.9と73.7MJ/kgを必要としますが^[67]、これらの値には化石燃料ベースであるため原料の埋め込みエネルギーが含まれています。

ガーングロスは、PHA 1キログラムを生産するのに必要な化石燃料エネルギー換算値（FFE）は合計2.65キログラムであるのに対し、ポリエチレンの場合は2.2キログラムのFFEしか必要としないと報告している。^[64]ガーングロスは、生分解性ポリマーの代替品を進めるかどうかの決定には、エネルギー、環境、経済的コストに関する社会の優先順位を考慮する必要があると評価している。

さらに、代替技術の若さを認識することも重要です。たとえば、PHAを製造する技術は現在も開発中であり、発酵段階を省いたり、食品廃棄物を原料として利用したりすることで、エネルギー消費をさらに削減できます。^[68]トウモロコシ以外の代替作物、たとえばブラジル産のサトウキビの使用は、エネルギー要件の低減に効果があると期待されています。たとえば、「ブラジルでの発酵によるPHAの製造は、バガスを再生可能エネルギー源として使用するという有利なエネルギー消費スキームを享受しています。」^[69]

再生可能な資源から得られる生分解性ポリマー（デンプンベース、PHA、PLAなど）の多くは、主な原料が現在トウモロコシであるため、食料生産と競合している。米国が現在のプラスチック生産量をBPで賄うには、生産量1キログラムあたり1.62平方メートルが必要となる。^[70]

「生分解性」と表示された製品の完全性を保証するために、以下の基準が確立されています。

生分解性製品協会（BPI）は、米国の主要な認証機関です。ASTMインターナショナルは、嫌気性、好気性、海洋環境の両方で生分解性プラスチックをテストする方法を定義しています。これらの標準を監督する特定の小委員会の責任は、環境分解性プラスチックとバイオベース製品に関する委員会D20.96にあります。^[71]現在のASTM規格は、標準仕様と標準試験方法として定義されています。標準仕様は合格または不合格のシナリオを作成し、標準試験方法は特定の時間枠とプラスチックの生分解性テストの毒性を容易にするための特定のテストパラメータを特定します。

上記の両規格は、嫌気性条件下で生分解性であるとみなすには、材料の少なくとも70％が30日（ASTM D5511-18）または試験手順の期間（ASTM D5526-18）までに生分解する必要があることを示しています。試験方法論は試験に関するガイドラインを提供しますが、結果の合否のガイダンスは提供していません。^[72]

上記の両規格は、好気性堆肥化条件における生分解性の試験および表示の手順を概説している。プラスチックは、180日（約6か月）以内に材料の90％が完全にCO2にミネラル化されると、好気性環境で生分解性であると分類される_。仕様には合格/不合格の基準と報告が含まれている。^[72]

米国の基準と同様に、欧州の基準では、ポリマー破片の90％が6ヶ月以内にCO2に完全に鉱化されることが求められています。_[ ^73]

2021年、欧州委員会の科学的助言メカニズムは、欧州委員会に対して 、開放環境におけるプラスチックの生分解性に関する新たな認証および試験基準を策定するよう勧告した。^[14]

• 土壌、河川、海洋などの特定の開放環境における実際の生分解性能の評価と環境リスクの評価
• 実験室および模擬環境下での生分解性の試験
• さまざまな環境における材料カタログと相対的な生分解率の開発
• 生分解性プラスチックの適切な廃棄を確実にするために、消費者、製造業者、販売業者に「明確で効果的なラベル表示」^{[14]を行う。}

2022年11月、欧州委員会は1994年の包装および包装廃棄物指令に代わるEU規制を提案し、バイオベース、生分解性、堆肥化可能のラベルを明確にするための通知も提出した。^[75]

2020年10月、英国規格協会は生分解性プラスチックに関する新しい基準を発表した。この基準を満たすには、生分解性プラスチックは2年以内にマイクロプラスチックやナノプラスチックを含まないワックスに分解されなければならない。プラスチックの分解は、日光、空気、水にさらされることで引き起こされる。ポリマテリアの最高経営責任者、ニール・ダン氏は、同社が226日以内に分解するポリエチレンフィルムと336日で分解するプラスチックカップを開発したと述べた。^[76]

プラスチック廃棄物の環境への影響に対する懸念が高まる中、研究者たちは生分解性プラスチックの生産を最適化するために遺伝子工学と合成生物学の応用を模索している。これには生物の内因性の遺伝子構造やその他の生物学的システムの変更が含まれる。^[77]

1995年に発表された「細菌と植物におけるポリヒドロキシアルカン酸、生分解性プラスチックおよびエラストマーの生産」という論文では、特にアラビドプシス植物におけるポリヒドロキシアルカン酸（PHA）の生産量を増やすために合成生物学が利用されたことが説明されている。^[78]同様に、1999年に実施された研究では、油菜植物を遺伝子組み換えしてPHBVを生産する方法が調査された。高い生産量は得られなかったが、これは生分解性プラスチックの生産に遺伝子工学が早くから利用されていたことを示している。^[79]

遺伝子操作と再設計による生分解性プラスチック生産に向けた取り組みは、現在も続けられています。2014年に発表された「遺伝子工学によりシアノバクテリアからの生分解性プラスチックの収量が増加」と題された論文では、工業的に匹敵するPHBの収量を増やすために実施された手順が概説されています。以前の研究では、Rre37とSigEタンパク質の両方が、シアノバクテリアのSynechocystis株におけるPHB生産の活性化に別々に関与していることが示されました。そのため、この研究では、Synechocystis株を改変し、窒素制限条件下でRre37とSigEタンパク質を同時に過剰発現させました。^[80]

現在、バージニア大学の学生が運営する研究グループ（Virginia iGEM 2019）は、大腸菌の遺伝子操作によりスチレン（ポリスチレンのモノマー）をP3HB（PHAの一種）に変換する研究を進めている。このプロジェクトの目的は、廃棄ポリスチレンを生分解性プラスチック生産のための炭素源として効果的に使用できることを実証し、埋立地でのポリスチレン廃棄物の蓄積とPHAの高生産コストの両方の問題に取り組むことである。^[81]

生分解性導電性ポリマー（CP）は、人体への応用を目的に設計されたポリマー材料です。この材料の重要な特性は、従来の導体に匹敵する電気伝導性と生分解性です。生分解性CPの医療用途は、組織工学や再生医療などの医療専門分野にとって魅力的です。^[82]組織工学では、損傷した臓器に修復のための物理化学的合図を提供することに重点が置かれています。これは、ナノ複合材料の足場を使用することで実現されます。^[83]再生医療用途は、細胞の再生と体の修復プロセスの改善を目的としています。^[84]生分解性CPの使用は、インプラントなどとともにバイオメディカルイメージングにも実装できます。^[82]

生分解性CPの設計は、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリウレタンなどの生分解性ポリマーのブレンドから始まりました。この設計は、2019年現在までに設計されているものへの革新を引き起こしました。現在の生分解性CPは、生物医学分野での使用に適用できます。現在の生分解性CPの組成アーキテクチャには、線状、星型、または超分岐構造の組成物に実装されたオリゴマーベースの生分解性ポリマーの導電性特性が含まれます。CPの生分解性アーキテクチャを強化するための別の実装は、分解可能なモノマーと共役リンクを使用することです。^[82]生物医学用途で使用される生分解性ポリマーは、通常、加水分解性エステルとヒドラゾンで構成されています。これらの分子は、外部刺激を受けると切断され、分解されます。切断活性化プロセスは、酸性環境の使用、温度の上昇、または酵素の使用によって達成できます。^[82]生分解性CP複合材料は、その化学組成に応じて3つのカテゴリーに分類されている。第1のカテゴリーには、導電性ポリマーと生分解性ポリマーの混合物である部分生分解性CPが含まれる。第2のカテゴリーには、生分解性CPの導電性オリゴマーが含まれる。第3のカテゴリーは、生分解性CPポリマーに使用するための分解性共役リンクの使用とともに、改変された分解性モノプマーユニットである。^{[82] [83]}

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• 生分解性プラスチックと海洋ごみ
• Kubowicz , Stephan; Booth, Andy M. (2017 年 11 月 7 日)。「プラスチックの生分解性: 課題と誤解」。Environmental Science & Technology。51 ( 21): 12058–12060。Bibcode : 2017EnST ...5112058K。doi :10.1021/ acs.est.7b04051。PMID 29022342  。
• スティーブンス、ユージン（2002年）。グリーンプラスチック：生分解性プラスチックの新しい科学への入門。プリンストン：プリンストン大学出版局。ISBN 978-0-691-04967-0. OCLC  47162140.
• 開放環境におけるプラスチックの生分解性（欧州連合による包括的証拠レビュー、2021年）