Пластик — один из самых востребованных современных материалов. Благодаря высокой прочности и долговечности, он получил широкое распространение во многих сферах: от пищевой упаковки и косметики до медицины и автопрома. В то же время с этим материалом связана проблема глобального загрязнения, не теряющая из года в год своей актуальности.
Чтобы решить задачу, ученые занимаются поисками экологичной альтернативы. Например, создают биоразлагаемый пластик. Но действительно ли он способен заменить обычную пластмассу? Из чего делают такой материал? Разбираемся вместе с кандидатом технических наук, доцентом кафедры промышленной экологии и техносферной безопасности Воронежского государственного университета инженерных технологий (ВГУИТ) Любовью Студеникиной.
Универсальный материал
Пластик окружает нас повсюду. Если мы посмотрим по сторонам, то обязательно найдем какие-нибудь состоящие из него материалы: канцелярские принадлежности, компьютерная клавиатура, бытовые приборы. Важно понимать, что у пластмассы есть множество разных видов. Только среди основных насчитывается несколько десятков.
Например, гибкий и легкий полиэтилен устойчив к низким температурам и не пропускает воду. Из него изготавливают бутылки, пакеты, разные виды пленки. Из поливинилхлорида (ПВХ), устойчивого к влажности, коррозии и перепадам температур, делают трубы и оконные профили, а также протезы и слуховые аппараты.
Хотя полимеры широко распространены в природе (среди них — целлюлоза, белки, коллаген), большинство пластиковых материалов создают в лабораториях, синтезируя из нефти и газа. Но если пластик создают из ископаемого топлива, который тоже является природным материалом, почему он долго разлагается?
«Все дело в технологии производства: например, синтез некоторых полимеров происходит под высоким давлением. В естественной среде таких процессов не бывает, а значит, нет естественного механизма их разложения. Так как молекулы у пластика большие и расположены близко друг к другу, эти изделия довольно прочные и для большинства бытовых пластмасс лиофобные, то есть, не впитывают жидкость и не пропускают микроорганизмы», — рассказывает доцент кафедры промышленной экологии и техносферной безопасности ВГУИТ Любовь Студеникина.
Надежда есть
Скорость разложения пластика, по разным данным, может занимать от 50 до 500 лет, в зависимости от типа материала, температуры, влажности и других факторов. Разрушаясь, он может выделять токсичные вещества, опасные для окружающей среды и здоровья человека: стирол, фенол, формальдегид.
Утилизировать значительную часть пластмасс сложно. В том числе из-за большого многообразия полимеров, каждый из которых нужно перерабатывать отдельно. Учитывая, что внешне они довольно схожи (а еще их могут смешивать и добавлять в состав другие компоненты), задача становится трудновыполнимой.
В настоящее время ученые продолжают изучать влияние микропластика на экосистемы, а также ищут более экологичные аналоги. Исследованиями в этой области занимаются в Воронежском государственном университете инженерных технологий. На кафедре промышленной экологии и техносферной безопасности работают над технологией создания биоразлагаемого пластика, состоящего из полимеров, способных самостоятельно разрушаться до безопасных соединений.
«Мы создаем полимерные композиты на основе водорастворимых матриц. В качестве наполнителя, как правило, используем полисахариды — высокомолекулярные углеводы естественного происхождения, такие как крахмал и целлюлоза. В отличие от обычного материала, биопластик хорош тем, что его можно модифицировать, то есть заранее определить свойства, скажем, плотность или влагоотдачу», — объясняет Любовь Студеникина. Объем синтетических водорастворимых полимеров в составе этого продукта занимает всего около 30%, остальное — безопасные для экологии и человека природные вещества.
В поисках «правильного» биопластика
Сам по себе биопластик — разработка не новая, замечает эксперт. Такими технологиями начали заниматься около 30 лет назад, когда стало очевидно, что полимерные отходы во всем мире становятся все более серьезной угрозой. Основная сложность заключается в том, чтобы найти подходящую основу, которая заставит материал полностью разлагаться в естественных условиях.
В этом, по ее словам, кроется опасное заблуждение, связанное с биопластиком. Иногда в магазинах можно встретить товары, на упаковке которых написано «компостируемый». Но это вовсе не значит, что такие продукты разлагаются в окружающей среде, как можно было бы подумать. Не исключено, что они утилизируются только при определенной высокой температуре в условиях промышленного компостирования.
«Не понятно, за какое время разлагается продукт, какой у него срок жизни? Этим пользуются многие производители. Они могут смешать полипропилен с кукурузным крахмалом и назвать получившийся товар биоразлагаемым, хотя это некорректно. У него будет разрушаться только полисахаридная составляющая, то есть крахмал, а полипропилен останется», — подчеркивает специалист. Воронежские ученые продолжили поиски подходящего компонента, который сделал бы материал максимально экологичным и при этом соответствовал необходимым свойствам. И такой материал нашли.
Раствориться без следа
В ходе недавних исследований авторам проекта удалось разработать пластик на основе поливинилового спирта. Это соединение не имеет вкуса и запаха, а полученный из него продукт растворяется всего за несколько минут.
«Поливиниловый спирт обычно используют в виде раствора, но последние несколько лет из него пытаются получить водорастворимые пленки для упаковочной отрасли. Мы решили пойти этим же путем и смогли создать материалы, почти настолько же прочные, как и другие упаковочные полимеры, но при этом более экономически доступные», — рассказывает Любовь Студеникина.
Она добавила, что область применения у этого биопластика широкая. Из него можно создавать прочные и эластичные упаковки для моющих средств (например, капсульные пленки для посудомоечных и стиральных машин), а также для косметической и пищевой продукции. Но наиболее востребованным этот материал будет в сельском хозяйстве.
«Допустим, горшок из такого пластика можно сажать в землю вместе с растением или семенами. Через какое-то время он начнет разрушаться, пропуская через себя корневую систему. Еще этот композит подойдет в качестве оболочки для пестицидов. Дело в том, что упаковки с химикатами никак не утилизируются и, оказываясь на свалке, сохраняют остатки вредных веществ. Если их заменить на биоразлагаемые полимеры, можно растворять пестициды в воде вместе с упаковкой», — делится ученый.
Грамотная замена
Сейчас исследователи завершили лабораторные испытания и перешли к стадии разработки опытно-промышленных образцов. Вместе с тем продолжают изучать свойства биоразлагаемых полимеров.
Подобные технологии вселяют надежду: значит ли это, что в скором будущем решить проблему с пластиковыми отходами все же удастся? Вопрос неоднозначный, считает эксперт. Важно помнить, что изобретение пластика позволило людям достичь технологического прогресса. Именно благодаря таким свойствам, как долговечность, термоустойчивость, прочность и при этом невысокая стоимость, мы можем создавать из полимеров необходимые материалы для медицины, промышленности, электроники и других отраслей.
Поскольку биопластик все же уступает по прочности и другим характеристикам традиционным упаковочным материалам, полностью заменить всю продукцию на биоразлагаемые аналоги не получится, говорит Любовь Студеникина. Решать этот вопрос следует иначе. А именно — грамотно подойти к раздельному сбору и переработке пластиковых отходов, создавать инфраструктуру.
«Биопластик будет полезен там, где материалы нельзя вторично переработать. Например, одноразовая посуда. Ей не нужно быть влагостойкой, жесткой и герметичной, и с экономической точки зрения ее нецелесообразно перерабатывать. Такие изделия было бы логично заменять на биоразлагаемые аналоги. В этом направлении технологии уже развиваются в России и за рубежом», — отмечает кандидат технических наук.
Исследования и переработка
Другая трудность, связанная с биопластиком, касается его высокой стоимости. Даже если использовать дешевое сырье, конечный продукт все равно окажется примерно в полтора-два раза дороже чем обычные синтетические пластики, тот же полиэтилен. В таком случае, вероятно, что покупатели предпочтут более доступную продукцию.
«Еще один вопрос — социально-психологический. Если человек видит, что весь мусор отправляется в один контейнер, как правило, у него меньше желания прикладывать усилия к сортировке. Поэтому важно не только развивать инфраструктуру для раздельного сбора, но и делать эту систему более открытой. Чтобы люди понимали, что биопластик нужно выбрасывать вместе с пищевыми отходами, которые компостируют на специальных предприятиях. А картон, стекло и обычная пластмасса — это вторсырье, уходящее на переработку», — делится Любовь Студеникина.
Сегодня индустрия биопластика активно развивается. Ученые уже научились создавать разлагаемые материалы из рыбных отходов и микробов. Но, по мнению специалиста, до их практического применения еще далеко. Необходимо продолжать исследовать полный цикл разложения биопластика в естественных условиях. Иначе возникает риск, что такие объекты окажутся не более экологичными, чем любые другие пластмассовые изделия.
«В этом плане хотелось бы более плотного сотрудничества между научными исследователями и упаковочными, а также химическими, сельскохозяйственными предприятиями. У заводов обычно остается много побочных продуктов, которые потенциально могли бы стать сырьем для новых полезных биоматериалов. Если поддерживать совместные исследования, в том числе на финансовом уровне, в будущем нам удастся производить больше продуктов отечественного производства и довести научные разработки до внедрения», — заключает ученый.
Анна Шиховец
