農地のマイクロプラスチックをなくすために

農地のマイクロプラスチックをなくすために生物学
農家ではマルチフィルムを使って雑草の成長や地温をコントロールしています。将来的には、生分解性のマルチペーパーは、収穫後に自分自身で分解されます。

多くの国では、農家や園芸家が作物の収穫量を増やすためにマルチフィルム(マルチシート)を使用しています。

このフィルムはポリエチレンでできていることが多く、雑草の生育や地温、水の消費をコントロールするのに使われます。

しかし、この石油由来の素材は生分解性がありません。

そのため、シーズン終了時にフィルムの残渣を回収しなければなりませんが、かなりの労力を要するため、畑を汚染してしまいます。

NewHyPeプロジェクトの一環として、フラウンホーファーISC(ケイ酸塩研究所)の研究者は、ヨーロッパのパートナーと協力して、保護用のハイブリッドコーティングを施した持続可能な生分解性マルチペーパーを開発しています。

プラスチック廃棄物は、海だけでなく、農地も汚染します。

バイロイト大学の研究によると、従来の農地でも大小のプラスチック粒子が検出されています。

農業やガーデニングの際に、苗床や農地の土を覆っているマルチフィルムも汚染の原因となっています。

栽培期間の延長や雑草の抑制だけでなく、蒸発を抑えて土壌の水分バランスを改善することも目的としています。

石油由来のポリエチレン(PE)でできたフィルムは、収穫後に回収しなければなりません。

これは通常、残留物を残します。

その結果、PEの残留物は何十年も土壌に残り、微生物が分解できないために蓄積されます。

PEの破片は土壌に物理的な影響を与え、食物連鎖にも入り込みます。

ポリ乳酸から作られた生分解性フィルムはすでに販売されていますが、非常に高価です。

ヴュルツブルクにあるフラウンホーファーISCの研究者チームは、NewHyPeプロジェクトにおいて、ドイツ、フィンランド、ノルウェーの研究・産業界のパートナーと協力し、生分解性のある持続可能な代替品を開発しています。

大型フィルムに代わる環境に優しい代替品は、安価で大量生産が可能でなければなりません。

プラスチックフィルムに代わる生分解性の紙

プロジェクトパートナーは、持続可能なフィルムを開発するために、セルロース系の紙に注目しています。

「紙の利点は、残留物を残さずにすぐに分解できることです。しかし、現在のところ、このプロセスは速すぎます。この素材では、農作業の全シーズンを過ごすことはできません。何度か雨が降ると、素材が軟化して保護効果がなくなってしまいます。」とフラウンホーファーISCの研究員であるKlaus Rose博士は言います。

そのため、紙を安定させ、急激な劣化を防ぐための機能性コーティングが必要になります。

このハイブリッド保護膜には、ORMOCER®が使用されています。

「この無機-有機ハイブリッドポリマーの材料クラスは、フラウンホーファーISCで30年以上前に開発されたものです。”コーティング “は、有機ポリマーと無機ケイ酸塩という2つの異なる成分で構成されており、通常は相容れないものです。しかし、これらを組み合わせることで、分解性を維持しつつ、化学的・機械的安定性を実現しています。」と研究者は説明します。

この代替素材は、約3〜6ヵ月の農作業期間中に使用でき、その後は完全に分解されることが求められます。

最初の試験では、紙にコーティングを施すことで湿潤時の粘り強さが増し、コーティングを施していない紙よりも安定していることが確認されました。

さらに、堆肥化テストでは、コーティングされた素材の方がゆっくりと分解されることが分かりました。

新しいハイブリッドマルチングペーパー

安定性を高める機能性コーティングとは別に、プロジェクトパートナーは、ORMOCER®を組み込んだ機能性セルロースと、長さと厚さの比率が非常に高いため固有の安定性が高いという特徴を持つ機能性ナノセルロースの両方で構成された、まったく新しいハイブリッドマルチペーパーの開発に取り組んでいます。

これは、セルロース繊維をハイブリッドポリマーバインダーで接着し、個々の繊維を接着剤のように架橋したものです。

メッシュの密度が安定性に影響します。

このバインダーシステムは、実質的にコーティングの役割を果たしています。

その結果、ハイブリッドペーパーには追加のコーティングが不要になりました。

「紙は疎水化、つまり水をはじくようにしなければなりません。さらに、通常の紙よりも破れにくいことも必要です。機械的安定性とUV耐性も重要な特性です。収穫した後は、下に鋤き込む必要があります。」と研究者は説明します。

実際の課題は、この複合材の最適化である。これが完全に開発されれば、包装業界もこの新素材の恩恵を受けることができます。

「プラスチックフィルムの代わりに生分解性の紙を使えば、環境保護に大きく貢献できます。」とRose氏は言います。

このマルチペーパーは、ロール・ツー・ロール方式で製造される予定です。

しかし、これはまだ準備ができていません。

紙のフィルムで覆うことで、トマトなどの作物の生育にどのような影響があるかなど、さまざまなテストが必要です。

Published by Fraunhofer-Gesellschaft
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