マイクロプラスチック問題が地球規模の課題となる中、生分解性プラスチックへの期待が高まっています。しかし、ここで誤解をしないようにすることとして、「生分解性」＝「海洋生分解性」ではないということです。海洋環境は、プラスチックの分解にとって極めて過酷なフィールドです。土壌（コンポスト）と比較して、低温・低微生物密度・貧栄養という条件が揃っており、微生物の活動が著しく制限されます。海洋生分解性とは、この過酷な海水中において、最終的に微生物の力によって、水と二酸化炭素にまで完全に分解される性質を指します。本稿では、その特殊な原理について、化学的および生物学的な視点から専門的に解説します。

海洋分解の二段階プロセス

プラスチックが海洋で分解されるプロセスは、大きく分けて二段階で進行します。この二段階を明確に区別することが、海洋生分解性を理解する鍵となります。

ステップ1：非生物的分解（分子量の低下）

プラスチックは、非常に長いポリマーの鎖が絡み合ってできています。この状態では、分子が大きすぎて微生物がエサとして認識し、体内に取り込むことができません。分解の第一段階は、この長い鎖が切断され、低分子化することです。海洋環境における主な切断要因は以下の二つです。

1. 加水分解（化学的分解）
   これは、水分子がポリマー鎖の特定の切れやすい結合に作用し、化学的に切断する反応です。海水中では、この加水分解が分解の引き金として最も重要な役割を果たします。
2. 光分解（物理的分解）
   太陽光に含まれる紫外線エネルギーが、ポリマー鎖に直接作用し、切断します。ただし、これは海面に浮遊しているプラスチックには有効ですが、海中に沈んだり、生物が付着したりすると効果は激減します。

この第一段階は、従来のプラスチックでも起こります。しかし、それは単にプラスチックがマイクロプラスチックという微細な破片になるプロセスに過ぎません。環境中に有害な断片をばらまいているだけで、分解とは呼べません。

ステップ2：生物的分解（微生物による完全分解）

海洋生分解性プラスチックが従来のプラスチックと一線を画すのは、ここからです。ステップ1で低分子化したポリマー片は、海水中に存在する微生物にとって食べられるサイズになります。

1. 微生物の認識と摂取
   微生物はこの低分子化合物を栄養源として認識し、体内に取り込みます。
2. 酵素による代謝
   微生物は体内で酵素を使い、この化合物をさらに細かく分解し、自身の生命活動のためのエネルギーを取り出します。
3. 最終分解
   この代謝プロセスの最終結果として、プラスチックを構成していた炭素原子は、酸素呼吸によって二酸化炭素として、また水素原子は水として放出されます。これが完全分解または無機化と呼ばれる状態です。

このステップ2（生物的分解）が完結して初めて、プラスチックは環境中から消えたことになり、これを「海洋生分解性」と呼びます。

分解を決定づける化学構造の秘密

では、なぜ特定のプラスチックだけが、この二段階プロセスを経て、ステップ2の生物的分解に進むことができるのでしょうか。その秘密は化学構造、すなわちポリマー鎖の結合様式にあります。

分解されやすいエステル結合

海洋生分解性が確認されているプラスチックの多くは、ポリエステル系に分類されます。 ポリエステルとは、分子内にエステル結合（-COO-）を多数持つ高分子です。エステル結合は、前述の加水分解のターゲットとして、水分子による攻撃を受けやすい性質を持っています。

（反応式イメージ）： R₁-COO-R₂ + H₂O → R₁-COOH + R₂-OH

この化学反応により、高分子のポリエステル鎖は比較的容易に切断され、低分子化していきます。海洋生分解性の代表格とされるPBSやPCLは、主鎖にこのエステル結合を持つため、海洋環境でも加水分解を起点とした分解が進行します。

分解されない「炭素-炭素結合」

一方、ポリエチレンやポリプロピレン、ポリスチレンといった世界のプラスチック生産量の大部分を占める汎用プラスチックは、なぜ分解されないのでしょうか。これらの主鎖は、すべて炭素-炭素結合（C-C結合）で構成されています。C-C結合は、化学的に非常に安定しており、水分子や太陽光による攻撃をほとんど受け付けません。また、微生物もこの強固な結合を切断する酵素を持っていません。これが、PEやPPが数百年もの間、形を保ったまま海洋環境に残存し続ける化学的な理由です。

微生物産生系ポリエステル（PHBHなど）

ポリエステル系の中でも、PHBHに代表される微生物産生系ポリエステルは、海洋生分解性の原理において非常にユニークな存在です。これらは、人間が石油や植物デンプンから化学合成するのではなく、微生物自身が体内にエネルギー貯蔵物質として産生・蓄積するポリエステルです。そのため、海洋中に存在する多種多様な微生物が、PHAを「これは我々の仲間が蓄えた栄養だ」と認識し、これを分解するための酵素を元々持っている場合が多いのです。化学合成系のPBSなどが加水分解を起点とした分解が主であるのに対し、PHBHなどは、微生物が能動的に酵素を出して、生体由来の栄養源として積極的に分解しにいく、という点で、より確実で速やかな海洋生分解性が期待されています。

立ちはだかる認証の壁と現実的課題

海洋生分解性を科学的に証明することは、非常に困難です。なぜなら、海洋と一口に言っても、沖縄のように温暖な海と北極の冷たい海、光の届く表層と海底のヘドロでは、水温も微生物の種類も密度も全く異なるからです。そのため、国際的な認証機関（TÜVオーストリアによるOK biodegradable MARINE認証など）は、特定の実験室条件下（例：30℃の自然海水中、6ヶ月以内に90%以上が生分解されること）で性能を評価しています。しかし、これはあくまで一定の条件下での性能であり、実際のあらゆる海洋環境で同じ速度で分解することを保証するものではありません。