2人のエンジニアが、食品包装に使用されるプラスチックや有毒な「永遠の化学物質」であるパーフルオロアルキル化合物およびポリフルオロアルキル化合物（PFAS）に代わる、無毒でリサイクル可能かつ堆肥化可能な代替品を開発した功績により、2025年ギズモード科学フェアで優勝した。
質問
プラスチックや PFAS を非毒性の代替品に置き換えることで、それらによる汚染を減らすことはできるでしょうか?
結果
ノースウェスタン大学のティモシー・ウェイ教授とソンビン・グエン教授は共同で、「GO-Eco」と呼ばれる耐水性・耐油性素材を開発しました。この素材は、食品包装におけるプラスチックやPFASの代替品として期待されています。
ウェイ氏はノースウェスタン大学機械工学部の非常勤教授であり、チャン・ロボティクス社の主任科学者です。同大学の化学教授であり、酸化グラフェンと呼ばれるナノ材料の第一人者であるグエン氏と共同でGO-Ecoの開発を始める前は、長年にわたり先進製造業と食品システムの交差点に携わっていました。
「（グエン氏は）私のところに来て、『私はこれまで多くの研究をし、多くの論文も発表してきましたが、本当に何かがしたい。何かを変えたい。酸化グラフェンは食品包装に本当に役立つと思う』と言いました」とウェイ氏はギズモードに語った。
グラフェンは、六角形のハニカム状のマトリックスに配列した炭素原子からなる原子層です。この超高強度ナノマテリアルに酸素と水酸化イオンを結合させて酸化グラフェンを形成すると、紙繊維にしっかりと結合し、水、油、ガスに対する微細ながらも非常に効果的なバリアを形成します。これがGO-Ecoの基盤です。
GO-Ecoはコーティングではなく、紙に直接組み込まれることで、リサイクルや堆肥化も可能な、強固で無毒な包装材を実現します。「これは完全に生分解性で生体適合性のある素材だと確信しています」とグエン氏は述べました。さらに、このナノ素材は、プラスチックやPFASに代わる、業界標準の持続可能な代替品よりも、強度とバリア性を高める効果が高いことが実証されています。
ウェイ氏とグエン氏によると、最近の第三者機関による試験では、GO-Eco処理を施した紙は吸水率が47%減少し、高温の油が紙に染み込むまでの時間が大幅に長くなったことが示された。さらに、強度試験では、GO-Eco処理を施した紙は引張強度が27%、破裂強度が56%向上することが示された。これらの特性は、食品包装以外にも、例えば段ボール製の輸送箱の防水加工などにも応用できる可能性があるとグエン氏は述べた。
しかし、食品の保存においては、保護だけでなく鮮度も重要です。予備試験では、GO-Eco包装は食品と周囲の環境との間の水分、油分、ガスの移動を抑制することで、プラスチックよりも食品の鮮度を長期間維持することが示唆されています。
なぜ彼らはそれをしたのか
食品包装の多くはプラスチックと有毒なPFASコーティングに依存しています。グエン氏とウェイ氏は、米国だけでも年間約1,500万トン（1,400万メートルトン）の紙製食品包装と段ボールが生産されていると推定しており、これらの製品は耐水性や耐油性を高めるためにプラスチック、箔、またはPFASでコーティングされていることが多いとしています。
プラスチックとPFASによる汚染が環境と健康に重大な影響を及ぼすことを示す証拠がますます増えています。マイクロプラスチックは地球上のほぼあらゆる場所で検出されており、人体内にも含まれています。PFASも同様に遍在しており、世界中の空気、土壌、水、住宅、動物、そして人間の体内に存在しています。
これらの物質への曝露による健康への影響は依然として不明です。いくつかの研究では、マイクロプラスチックが酸化ストレス、DNA損傷、臓器機能障害などのリスクと関連付けられています。また、特定の種類のPFASは、高コレステロール、出生体重減少、一部のがんなどの症状と関連付けられています。
GO-EcoはまだFDAの承認を受けていないものの、ウェイ氏とグエン氏は、無毒で完全に生体適合性があると確信しています。彼らは、食品廃棄物の削減に加え、体内や環境に浸透するプラスチックやPFASの量を減らすことができると期待しています。「それが、私たちが取り組んでいることの大きな動機の一つです」とウェイ氏は語りました。
近年、多くの連邦政府および州政府がプラスチックおよびPFASを使用した食品包装の禁止、または段階的な廃止に着手しています。そのため、代替品への需要が大幅に高まっています。グエン氏とウェイ氏は、GO-Ecoがこのニーズを満たし、世界の食品システムをより持続可能で安全な素材へと導くことを期待しています。
彼らが勝者である理由
バイオベースや非フッ素系合成コーティングなど、市販の代替品は既に市場に出回っていますが、プラスチックおよびPFAS包装の市場規模は拡大を続けています。市場調査・コンサルティング会社Towards Chemicals and Materialsによると、米国のフッ素ポリマーコーティング市場だけでも2024年には23,400トン（21,200メトリックトン）に達し、2034年までに39,970トン（36,260メトリックトン）に成長すると予測されています。
より優れたソリューションが明らかに必要とされており、初期テストではGO-Ecoが手頃な価格で優れた性能を提供できる可能性が示唆されています。この技術はまだ大規模実証されていませんが、Wei氏とNguyen氏は過去2年間で商業化に向けて大きな進歩を遂げてきました。
イノベーション・ニュース・ネットワークによると、4月時点で少なくとも10社がGO-Ecoのサンプル試験を実施しており、3社がパイロット規模の生産試験を準備している。ウェイ氏によると、8月までに20社以上がGO-Ecoと秘密保持契約（NDA）を締結したという。商業的な注目を集める中で、GO-EcoはプラスチックやPFAS包装に代わる、最も実現性の高い次世代代替品の一つとして注目されている。
次は何か
グエン氏とウェイ氏は、GO-Ecoの使い捨て食器やトレイを商品化にあたり、例えばスーパーで包装された魚を載せる発泡スチロール製トレイのような製品に展開したいと考えています。ウェイ氏は、GO-Eco技術を採用した紙製トレイは発泡スチロール製トレイと同等の性能を発揮すると確信しています。
「商業化まであと一歩です」とウェイ氏は述べた。GO-Ecoは商業化に向けて、FDAの承認を含む追加の規制試験を完了する必要がある。これらのハードルをクリアできれば、グラフェン酸化物のパッケージがまもなく食料品店の棚に並ぶことになるだろう。
チーム
Timothy Wei と SonBinh Nguyen は、Deborah Han、Meredith Bacine、Stella Kerwin Derrick、そして現在のインターンの Mackenzie Lanning の 4 人のインターンのサポートを受けています。
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