源於CO₂，回歸肥料與原料的塑膠系統：成功驗證碳與氮循環利用的新型高分子資源循環體系

由千葉大學研究所融合理工學府博士前期課程的仁木陸翔（研究當時）、該校工學研究院的青木大輔副教授（兼任園藝學研究院附屬宇宙園藝研究中心）、谷口竜王教授等人組成的研究團隊，與東京大學的神谷岳洋副教授、京都大學的喜多祐介特定副教授及田村正純教授共同合作，成功以二氧化碳（CO₂）為原料，直接合成了單體及交聯劑，創造出交聯型脂肪族聚碳酸酯材料。此材料不僅可作為軟質材料使用，使用後經氨水處理，即可分解為植物肥料「尿素」，以及單體和交聯劑的前驅物。團隊更成功地從這些分解產物中，再次利用CO₂將原始的單體與交聯劑再生出來。本研究驗證了一個全新的高分子資源循環系統，該系統整合了將源自CO₂的碳作為高分子材料進行利用與再生的「碳循環」，以及透過氨分解高分子，將氮成分作為尿素肥料利用的「氮循環」。

此研究成果已於2026年6月18日線上發表於學術期刊《Journal of CO2 Utilization》。

■ 研究背景
塑膠在現代社會不可或缺，但其廢棄物增加、對化石資源的依賴及CO₂排放已成為社會問題，因此迫切需要開發可持續的資源循環型塑膠及其分解、再資源化技術。在自然界中，碳從大氣中的CO₂轉換為有機化合物，而氮在土壤中以氨或銨鹽的形式被植物吸收，作為營養源進行循環。本研究旨在將這樣的碳氮循環導入高分子材料中，並著眼於源自CO₂的交聯型脂肪族聚碳酸酯材料。雖然已知脂肪族聚碳酸酯本身可以CO₂為原料合成，但多數研究對象為線狀高分子。另一方面，導入交聯結構可將其發展為可作為軟質材料使用的高分子材料，因此團隊著手進行使用CO₂直接合成交聯劑的研究。目標是創造出從單體到交聯劑皆以CO₂為原料的軟質材料，並為其使用後的階段建構資源循環體系。

■ 研究成果亮點
1. 成功從CO₂直接合成單體與交聯劑：透過使用氧化鈰（CeO₂）催化劑，成功在抑制副反應的同時，高效地合成了單體與交聯劑。
2. 創造出兼具柔軟性與透明度的自立薄膜：透過單體與交聯劑的開環聚合得到的交聯體，形成透明且柔軟的自立薄膜，有望作為軟質材料應用。
3. 經氨處理分解為尿素肥料，並利用CO₂再轉換為原料：將交聯高分子以氨水分解後，產生了尿素及單體與交聯劑的前驅物。此外，植物實驗證明，分解產物即使在混合狀態下也顯示出肥料效果，且能從前驅物利用CO₂與CeO₂催化劑重新合成原始的單體與交聯劑。此成果驗證了可循環利用碳與氮的新型高分子資源循環體系。

■ 未來展望
未來期望能進一步優化氨分解條件與再資源化製程，將其發展為更具實用性的化學回收技術。此外，透過適當設計交聯結構與單體，也有望應用於可調節柔軟性與強度的軟質材料。再者，由於本研究亦成功使用光進行材料成形，未來也期待能拓展至3D列印機用樹脂等光固化材料的應用。