CO2から生まれ、肥料と原料へ還るプラスチックシステム ~炭素と窒素を循環利用する新しい高分子資源循環系を実証~

2026-06-18 千葉大学

千葉大学、東京大学、京都大学の共同研究チームは、二酸化炭素(CO₂)を原料として合成した高分子材料を、使用後に肥料と原料へ再生できる新しい資源循環システムを実証した。研究成果は『Journal of CO2 Utilization』に掲載された。研究では、CO₂からモノマーと架橋剤を直接合成し、これらを重合して柔軟性と透明性を備えた架橋型脂肪族ポリカーボネートを作製した。さらに、使用後の材料をアンモニア水で分解すると、植物肥料として利用できる尿素と、モノマーおよび架橋剤の前駆体が生成されることを確認した。得られた前駆体は再びCO₂と酸化セリウム(CeO₂)触媒を用いることで元の原料へ再生でき、プラスチック材料として再利用可能であることが示された。また、分解生成物はシロイヌナズナを用いた植物実験で肥料効果を示した。本研究は、CO₂由来炭素を高分子材料として利用・再生する「炭素循環」と、分解時に生じる窒素成分を尿素肥料として活用する「窒素循環」を統合した点が特徴である。今後はケミカルリサイクル技術の高度化に加え、光硬化性を活用した3Dプリンター用樹脂などへの応用も期待されている。持続可能なプラスチック利用と資源循環社会の実現に貢献する成果である。

CO2から生まれ、肥料と原料へ還るプラスチックシステム ~炭素と窒素を循環利用する新しい高分子資源循環系を実証~
図1:本研究概要

<関連情報>

CO₂ベースのポリカーボネートネットワークのアンモノリシスにおける炭素-窒素経路 A carbon–nitrogen pathway in the ammonolysis of CO2-based polycarbonate networks

Rikuto Niki, Yusuke Kita, Shuto Uchiumi, Mai Akatsuka, Raj Kishan Agrahari, Pengru Chen, Toyokazu Tsutsuba, Kazuaki Rikiyama, Norio Tomotsu, Tatsuo Taniguchi, Takehiro Kamiya, Masazumi Tamura, Daisuke Aoki
Journal of CO2 Utilization  Available online: 18 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.jcou.2026.103475

Highlights

  • CO2-derived cross-linked polycarbonate networks.
  • Synthetic carbon–nitrogen cycle via ammonolysis.
  • Conversion of CO2-based polymers into urea-containing fertilizers.
  • Closed-loop recycling integrating CO2 utilization.
  • Soft functional polymer networks from CO2.

Abstract

Carbonyl groups serve as key molecular junctions linking the carbon and nitrogen cycles in nature, mediating CO₂ assimilation and nitrogen incorporation into biomass. Translating this carbon–nitrogen coupling logic into synthetic systems offers a new framework for CO₂ utilization and sustainable material lifecycles. In this study, we establish a synthetic carbon–nitrogen pathway using CO₂-derived polymer systems. Cerium oxide (CeO₂) was employed as a catalyst to directly convert CO₂ into both cyclic monomers and cross-linkers, which were subsequently polymerized via ring-opening polymerization to form cross-linked polycarbonate networks. The resulting cross-linked polymer networks, which are soft and widely explored as functional and biodegradable materials, were efficiently decomposed in aqueous ammonia to yield a fertilizer-relevant mixture consisting of urea and regenerable molecular precursors. Importantly, these decomposition products were successfully reconverted into the original monomer and cross-linker using CO₂, thereby demonstrating a closed-loop chemical recycling system that integrates carbon capture and nitrogen utilization. This work provides a new strategy for converting CO₂ into soft, functional cross-linked polymer materials through the synthesis of monomers and cross-linkers, followed by their transformation into value-added nitrogen-containing products via polymer intermediates, highlighting a conceptually distinct approach to carbon–nitrogen cycle engineering in synthetic materials.

0504高分子製品
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