柏林工業大学が新しい触媒プロセスを開発、99%のシリコンゴム廃棄物回収を実現

ドイツの柏林工業大学（Technische Universität Berlin）が新しい触媒プロセスを開発し、シリコンゴム廃棄物を完全に分解できるようになった。混合ボウルにあるシリコンゴムのヘラ、旅行カップの漏れ防止シール、幼児を静かにさせる柔らかいおしゃぶりなど、一般的な製品には隠れた欠点がある。それは、これらが永遠に残るということだ。シリコンゴムは熱、水、化学的分解に耐えるため、これらの廃棄物を捨てることは通常、埋立地や焼却場に送ることを意味する。これまで、化学的にクローズドループリサイクルを実現することは困難な課題であった。

柏林工業大学は、数年にわたる研究の結果、前進の道を見出した。マーティン・オーストライヒ（Martin Oestreich）教授の指導の下、研究チームはシリコーンポリマーを元の高価値の構成要素であるジメチルジクロロシランに分解する触媒プロセスを開発した。研究では、マフィン型やベビーボトルなどの一般的な製品から99%の回収率を実現する戦略が詳述されている。オーストライヒは、「私たちの成功は、基礎研究が最終的に以前は考えられなかった特定の応用で報われることを証明している」と述べた。

新しい触媒プロセスの成功

「私たちはシリコンイオンに関する研究を15年間行ってきたが、最近の5年間でようやくシリコンゴムの回収がこの研究の重要な応用であることを確信した。」

シリコンゴムの難題を解決するこの発見は、単純に厄介な化学問題を解決したものである。新しいシリコンゴムをゼロから製造するには、製造業者はまず高温のアーク炉で石英砂から原料シリコンを抽出する必要がある。この作業は膨大でエネルギーを消費する。一度形成されると、生成されるシリコーン結合は分子のスーパー接着剤のようなものであり、それを破壊するには膨大なエネルギーまたは前例のない触媒の精度が必要である。オーストライヒのチームは15年間シリコンイオン（正電荷を持つシリコンイオン）を研究し、その廃棄物管理における潜在的な価値に気づいた。研究論文によれば、化学的に不活性なシリコンゴム（シリコーン）材料の持続可能なリサイクルを実現するための新しいシリコンイオン起動の脱重合戦略が開発された。

シリコンイオンがトリホスゲン（triphosgene）という管理可能な固体試薬と組み合わされると、1つの塩素イオンを除去し、超反応性物質である塩素カルボニウムイオン（COCl+）を生成する。この分子のハサミがシリコーン鎖を切断する。結合が切れると、酸素は二酸化炭素ガス（CO2）として空気中にきれいに放出され、反応の逆転を防ぐ。全体のプロセスは80°Cの穏やかな条件下で行われ、原料生産と比較して必要なエネルギーは微々たるものである。

シリコンゴム廃棄物の市場展望

シリコンゴム廃棄物の危機はますます深刻化している。マフィン型と蓋のテストは良好な展望を示している。80°C（176°F）の適度な条件下で、この低エネルギーのプロセスは24時間以内に単一の製品から99%のジメチルジクロロシランを回収した。混合されたさまざまなシリコンゴム廃棄物に適用しても、86%の回収率を維持している。シリコンゴム製品の市場は成長を続けており、2025年までに市場規模は約195.5億ドルに達し、2035年には377億ドル以上に達すると予測されている。

通常のリサイクル方法は機械処理または化学分解を使用して小型環状シリコーンを生成する。これらのリサイクル化合物は新しいシリコンゴム製品を形成できるが、生成される材料は通常、原料シリコンゴムよりも質が劣る。新しい詳細なプロセスはシリコンゴム廃棄物のリサイクルを可能にし、リサイクル不可能なプラスチック材料を有用な工業成分に変える。研究者たちは特許を申請し、商業化の拡大に向けて注力しており、現在は無毒の塩素化炭素の代替品を探し、微量の汚染物質を除去するための精製段階を設計している。

この研究結果は10月28日に『Nature』誌に掲載された。

新しい触媒プロセスの環境への潜在的影響

シリコンゴム廃棄物のリサイクル問題は、従来の方法が効率が悪くエネルギー消費が高いため、環境保護の分野での課題となっている。柏林工業大学の新しい触媒プロセスは、シリコンゴムを効率的にリサイクルできるだけでなく、低エネルギー条件で行うことができるため、環境負担の軽減に重要な意義を持つ。シリコンゴム製品市場の成長に伴い、この技術の商業化の可能性は持続可能な発展を推進し、廃棄物管理に新しい解決策を提供することに寄与するだろう。