Биоразлагаемый пластик

Вопрос засорения окружающей среды отходами пластика стоит очень остро. Во всём мире ведутся работы по поиску альтернативы вредным для экологии материалам. Одним из благоприятных для природы решений является биоразлагаемый пластик — это полимерный материал, который достаточно быстро разлагается под воздействием микроорганизмов (бактерий, грибков) до безопасных для флоры и фауны веществ: углекислого газа, воды, биомассы.

В статье затронем вопросы производства биоразлагаемых полимеров, области их применения, узнаем сколько разлагается биопластик во внешней среде и можно ли его утилизировать с помощью компостирования.

Из чего делают альтернативу обычному пластику?

1. Крахмал. Из него получают PLA (полилактид) — популярный вид биоразлагаемого полимера.
2. Сахарный тростник и свекла. Из сахаров получают полимеры, которые можно использовать в производстве биопластика.
3. Кассава (маниок). В Азии активно используется как сырье для получения термопластичного крахмала.
4. Целлюлоза. Природный полисахарид, получаемый из древесины или хлопка. Используется в некоторых видах упаковки.
5. Молочная кислота. Получается путём ферментации сахаров, служит основой для создания PLA.
6. Бактериальные полимеры (PHA). Некоторые бактерии вырабатывают пластикоподобные вещества в процессе жизнедеятельности. Эти биопластики особенно быстро разлагаются.

Чем биоразлагаемые материалы лучше обычных пластиков?

Инновационные материалы довольно быстро разлагаются в природных условиях, могут производиться из возобновляемого сырья, меньше загрязняют окружающую среду. Ещё один неочевидный, но важный плюс — такие полимеры пригодны для компостирования, поскольку состоят они из природных материалов и в промышленных условиях (высокая температура, влажность, аэрация) они быстро разрушаются до безопасных для природы веществ, не оставляя токсичных остатков. Не весь биоразлагаемый пластик можно компостировать дома — для некоторых типов требуется промышленное компостирование.

Особенности PLA, PCL и PHA

К видам биополимеров, которые наиболее активно применяются для создания биоразлагаемых материалов, относятся PLA, PCL и PHA. Все они получаются из возобновляемого сырья и способны разлагаться в естественных условиях или в промышленных компостных установках.

PHA (Полигидроксиалканоаты / Polyhydroxyalkanoates). Производятся микробами при ферментации растительных масел, сахаров. Это натуральные полиэфиры, синтезируемые бактериями. Могут быть как твёрдыми, так и эластичными, всё зависит от химического состава. Не токсичны. Из PHA делают упаковку, плёнки, контейнеры для еды, медицинские изделия (импланты, бинты, шовные материалы), косметические упаковки.
Полностью биоразлагаемы в естественных условиях, даже в морской воде. Под действием бактерий и ферментов распадаются на воду и углекислый газ. PHA — один из самых экологичных биополимеров.

PLA (Полимолочная кислота / Polylactic Acid). Получают из крахмала (чаще всего из кукурузы, сахарной свеклы или маниоки). PLA — прозрачный, прочный полимер, хорошо формуется, подходит для 3D-печати. Применяется для производства одноразовой посуды и упаковки для продуктов, плёнки для обертки, нитей для 3D-принтеров, медицинских изделий (рассасывающиеся швы, импланты).

Полностью разлагается в условиях промышленного компостирования, при температуре выше 55 °C, высокой влажности и присутствии определённых микроорганизмов.

PCL (Поликапролактон / Polycaprolactone). Это синтетический биополимер (не из растительного сырья), но биоразлагаемый. Плавится при низкой температуре (~60°C), мягкий, гибкий, легко формуется, подходит для длительного использования. Применяется в медицине (рассасывающиеся швы, системы переливания лекарственных веществ); в промышленности используется для изготовление форм, прототипов, пластических масс для лепки.
Ответ на вопрос, сколько разлагается биополимер в почве, получили в ходе экспериментов сотрудники Вятского государственного университета. Это происходит в течение года. при температуре 20-25 °C. PCL часто используют как добавку для ускорения разложения других полимеров.

Другие перспективные биополимеры

1.   PBS (полибутиленсукцинат). Похож по свойствам на полиэтилен, этот биополимер разлагается в компосте, хорошо подходит для производства упаковки, одноразовой посуды, разъёмов и корпусов для электроники.

2.   PBAT (полибутиленадипат-терефталат). Гибкий, хорошо разлагающийся материал, но при этом термопрочный и ударопрочный Часто смешивают с PLA для улучшения свойств упаковки. Разлагается быстрее, чем PLA, даже в бытовом компосте.

Области применения

Ученые трудятся над разработкой экологичных предметов обихода в самых разных сферах человеческой деятельности.

·         Обувь и текстиль. Кроссовки, подошвы, стельки — производятся с использованием PLA (полилактид), получаемого из кукурузы, или PHA, синтезированного бактериями. Некоторые зарубежные бренды используют веганскую «кожу» из биоразлагаемых полимеров и растительных волокон (например, из ананасовых листьев).

·         Медицина. Шприцы, катетеры, упаковка таблеток, хирургические нити и имплантаты — часто производятся из биоразлагаемых материалов. Применяются PLA и PCL (поликапролактон) — они безопасно разлагаются в организме и подходят для рассасывающихся швов и даже имплантов.

·         Сельское хозяйство. Производятся плёнки для мульчирования, которые не нужно снимать, они разлагаются прямо в почве. Контейнеры для рассады, пакеты для удобрений и семян — все больше делаются из биоразлагаемых полимеров. Это снижает загрязнение почвы и ускоряет органическое восстановление.

·         3D-печать. PLA-пластик — один из самых популярных материалов для 3D-принтеров. Он не токсичен, безопасен при нагреве и не требует сложной утилизации.

·         Косметика и бытовая химия. Производители переходят на биоразлагаемые тюбики, крышки, флаконы и упаковку для кремов, шампуней и мыла. Также используются разлагаемые микрогранулы в скрабах — альтернатива запрещённым пластиковым микрошарикам.

Некоторые исследовательские группы разрабатывают интеллектуальные биоразлагаемые материалы — например, упаковку, меняющую цвет при порче продуктов, или саморассасывающиеся элементы для медицинских устройств, которые полностью исчезают в организме через некоторое время.

Сравнение скорости разложения биопластиков

Время утилизации сильно зависит от условий: компостные установки обеспечивают идеальные параметры (температура, влажность, микрофлора), а в природной среде процесс идёт медленнее.

Сроки разложения обычных пластиковых пакетов, бутылок и одноразовой посуды превышают сотни лет. Предметы из биополимеров разлагаются намного быстрее.

Выводы

Переход от традиционного пластика к биоразлагаемым материалам помогает уменьшить загрязнение природы, но стоимость производства инновационных материалов в настоящее время намного дороже. Требуется также развитие инфраструктуры (строительство станций для компостирования, сбор и переработка).

Приятно осознавать, что наука идёт вперёд и постоянно появляются новые виды изделий из полимеров, которые не будут веками загрязнять окружающую среду.

Однако приходится признать, что на сегодняшний день дешёвая альтернатива традиционному пластику не найдена. Она ещё ждёт своего первооткрывателя.