Еще в 1907 году Лео Бакеланд изобрел новый материал, бакелит, который был первым настоящим синтетическим пластиком, состоящим из молекул, не встречающихся в мире природы. Это был потрясающий прорыв. Бакелит был прочным и термостойким, и ему можно было придать практически любую форму. Люди назвали его «материалом, который можно использовать тысячу раз».
Это оказалось преуменьшением. Сегодня пластмассы являются одним из краеугольных камней современной технологической цивилизации — они прочные, гибкие, долговечные, устойчивые к коррозии и, казалось бы, бесконечно универсальные. Пластиковые предметы повсюду вокруг нас, от пищевых контейнеров и бутылок с молоком и газировкой, которые мы покупаем в супермаркете, до столешниц на наших кухнях и покрытий наших кастрюль. Мы носим одежду из пластиковых волокон, сидим на пластиковых стульях и путешествуем в автомобилях, поездах и самолетах, которые содержат пластиковые детали. Пластмассы даже стали важным строительным материалом, используемым во всем, от теплоизоляционных стеновых панелей до оконных рам. Мы постоянно ищем новые способы применения пластика.
Но наша зависимость от пластика имеет всё более серьёзную обратную сторону, потому что мы делаем из него так много и выбрасываем его так много. Из 9,1 миллиарда тонн (8,3 миллиарда метрических тонн) пластика, произведенного в мире с 1950 года, 6,9 миллиарда тонн (6,3 миллиарда метрических тонн) превратились в отходы, и только 9 процентов из них были переработаны. Остальное попадает на свалки и в Мировой океан, где опустошает дикую природу и загрязняет пляжи. Около 40 процентов отходов это выброшенная упаковка.
Но есть способ исправить ситуацию, потому что существуют более экологичные альтернативы пластику.
Вот 9 из них.
9: Стекло
Давным-давно и мамы, и молочники наполняли молоком стеклянные бутылки. Теперь осмотрите свою кухню, и вы, вероятно, увидите много пластика — бутылки с водой, бутылки из-под газировки, контейнеры для хранения продуктов. Времена изменились.
Но иногда возвращение в прошлое — это хорошо. В отличие от пластика, который часто получают из ископаемого топлива, стекло делают из песка. Этот возобновляемый ресурс не содержит химикатов, которые могут попасть в вашу пищу или организм. И его легко использовать повторно — бросаете ли вы бутылки в переработку, чтобы превратить их в новые, или повторно используете стеклянные банки для хранения продуктов. Конечно, при падении стекло может треснуть, но в микроволновой печи оно не расплавится.
Стеклянные бутылки и банки потенциально на 100% пригодны для вторичной переработки, а стекло, из которого они сделаны, можно использовать повторно без каких-либо потерь в качестве и чистоте материала. Производители стекла приветствуют переработанное стекло, потому что, когда оно используется в качестве ингредиента при производстве нового стекла, требуется меньше энергии в печах. Производители тары и стекловолоконная промышленность (которая также использует переработанное стекло) вместе закупают 3,35 миллиона тонн (3,03 миллиона метрических тонн) переработанного стекла ежегодно.
Но мы могли бы намного лучше сортировать мусор и отправлять больше стекла на переработку.
8. Многоразовые хозяйственные сумки
Когда пластиковые пакеты впервые появились, у нас был выбор: бумажные или пластиковые. Сегодня это почти всегда пластик. И если вы не будете очень бдительными на кассе, вы обнаружите, что всё, что вы купили, убрано в пластиковые пакеты.
На самом деле сложно совершить покупку, не бросив её тут же в пластиковый пакет. Неудивительно, что пластиковые пакеты кажутся вездесущими. США произвели поразительные 4,13 миллиона тонн (3,75 миллиона метрических тонн) пластиковых пакетов в 2015 году, последнем году, по которому имеются данные, и только 530 000 тонн (481 000 метрических тонн) из них были переработаны. Остальные превращаются в мусор в городах и поселках — и слишком многие из них попадают в океан, где ежегодно убивают миллионы морских черепах, птиц и океанских млекопитающих. Но вам же нужно как-то таскать продукты домой. Так как же быть? Многоразовые сумки для продуктов, вот решение.
Многие супермаркеты предлагают такую альтернативу пластиковым пакетам, и они бывают из сетки, тканного пластикового волокна, хлопка. Есть также нейлоновые сумки, которые складываются в мешочек, такой маленький, что он может поместиться в вашем кармане. На самом деле подойдет любая сумка, независимо от того, предназначена она для переноски продуктов или нет.
Бонус: если вы будете избегать пластиковых пакетов, они не будут скапливаться в шкафах, и вам не придется беспокоиться о том, куда они попадут, когда вы их выбросите.
7: Добавки в пластик
В то время как одни люди заняты разработкой заменителей пластика, другие стремятся сделать обычные термопласты биоразлагаемыми. Как? Добавляя концентраты разлагающих веществ (PDC). PDC обычно представляют собой соединения металлов, такие как стеарат кобальта или стеарат марганца. Они способствуют процессам окисления, которые разрушают пластик до хрупких низкомолекулярных фрагментов. Микроорганизмы поглощают фрагменты по мере их распада, превращая их в углекислый газ, воду и биомассу, которая, как сообщается, не содержит вредных остатков.
Если вы попробуете поискать подобную технологию, вы встретите торговые названия TDPA (аббревиатура от Totally Degradable Plastic Additives) или MasterBatch Pellets (MBP). Они используются для производства одноразовых пластиков, таких как тонкие пластиковые пакеты для покупок, одноразовые подгузники, мешки для мусора, покрытия для мусорных свалок и пищевые контейнеры (включая контейнеры для фаст-фуда).
При добавлении в полиэтилен (стандартный материал пластиковых пакетов) на уровне 3 процентов PDC могут способствовать почти полному разложению; 95 процентов пластика превращается в безопасные для бактерий фрагменты в течение четырех недель. Хотя PDC-содержащие полимеры не являются строго биоразлагаемыми (скорее они подвержены биоэрозии), они более экологически безопасны, чем их более полимерные собратья без подобных добавок, которые сотни лет лежат на свалках.
Недавнее исследование исследовательской компании HIS Markit показало, что стоимость биоразлагаемых пластиков, проданных по всему миру, превысила 1,1 миллиарда долларов в 2018 году и спрогнозировало, что к 2023 году она вырастет до 1,7 миллиарда долларов.
Какая существует проблема с PDC?
Биоразлагаемый пластик выглядит и на ощупь такой же, как пластмассовые изделия, которые нам рекомендуют сдавать в переработку. Так что же произойдет, если мы случайно переработаем эти биоразлагаемые пакеты? Последствия могут быть катастрофическими: ирригационные насосы для переработки полиэтилена, загрязненные добавками PDC, вряд ли прослужат очень долго. Более того, переработчики пластика в Южной Африке настолько сильно обеспокоены неспособностью исключить биоразлагаемые пластики, содержащие PDC, из потоков переработки, что они хотят запретить их использование в стране.
6: Кожура винограда
Виноделие производит много виноградных отходов — в основном это плотный жмых, который остается после прессования винограда для извлечения сока, который потом сбраживается в вино. (Этот жмых составляет около 25 процентов веса винограда).
Но итальянская компания Vegea использует отходы винограда для производства искусственной кожи, которая может заменить виниловую искусственную кожу, а также для изготовления ткани для пошива одежды.
Согласно статье в Horizon, журнале Европейского Союза о технологических инновациях, Vegea уже выпустила модную линию образцов одежды для компании H&M, которая была представлена на выставке 2017 года. В неё вошли платья, обувь и сумки, сделанные из отходов винограда.
5: Жидкая древесина
Далее следует перспективный биопластик, или биополимер, называемый жидкой древесиной. Биополимеры имитируют пластик; эти материалы выглядят, ощущаются и действуют так же, как пластик, но, в отличие от пластика на нефтяной основе, они поддаются биологическому разложению. Этот конкретный биополимер происходит из лигнина на основе целлюлозы, возобновляемого ресурса.
Производители смешивают лигнин, побочный продукт бумажных фабрик, с водой, а затем подвергают смесь серьезному нагреву и давлению, чтобы создать формованный композитный материал, который является прочным и нетоксичным. Немецкие исследователи использовали этот пластиковый заменитель во множестве предметов, включая игрушки, футболки и даже hi-fi колонки.
Поскольку этот материал сделан из древесины, его тоже можно перерабатывать как древесину.
4: Полиэфиры PCL
Следующие три позиции в этом списке — это всё биоразлагаемые пластмассы, называемые алифатическими полиэфирами. В целом, они не так универсальны, как ароматические полиэфиры, такие как полиэтилентерефталат (ПЭТ), который обычно используется для изготовления бутылок для воды. Но поскольку ароматические полиэфиры полностью устойчивы к микробному разрушению, много времени и усилий тратится на поиск жизнеспособных альтернатив среди алифатических полиэфиров.
Возьмем поликапролактон (PCL), синтетический алифатический полиэфир, который производится из невозобновляемых источников, но полностью разлагается после шести недель компостирования. Он легко перерабатывается, но не используется в значительных количествах из-за производственных затрат. Однако смешивание PCL с кукурузным крахмалом снижает стоимость.
Биомедицинские устройства и нити уже изготавливаются из медленно распадающегося полимера, и исследователи в области тканевой инженерии тоже работают с данным материалом. Он также может применяться для производства продукции, контактирующей с пищей, такой как пищевые контейнеры.
3: Полиэфиры PHA (ПГА)
«Полиэфиры, произведенные естественным путем» может звучать как фраза, взятая из маркетинговой кампании, но если скормить сахар определенным типам бактерий, то получится линия по производству пластика.
Так обстоит дело с полиэфирами полигидроксиалканоата (ПГА), двумя основными членами которых являются полигидроксибутрат (ПОБ) и полигидроксивалерат (ПГВ). Эти биоразлагаемые пластмассы очень похожи на искусственный полипропилен. Хотя они всё ещё менее гибкие, чем пластмассы на нефтяной основе, их применяют в упаковке, пластиковых плёнках и бутылках, изготовленных литьем под давлением.
Из-за производственных затрат ПГА в основном уступают место более дешёвым пластмассам на нефтяной основе, но немного творческого подхода в поиске недорогого сырья может вскоре сделать их лучшим выбором. Кукурузный ликёр, патока и даже активный ил могут быть источниками сахара, необходимого бактериям для производства пластика.
ПГА разлагаются путем компостирования; композит ПОБ / ПГВ почти полностью разрушается в течение 20 дней после культивирования анаэробным сброженным илом, рабочей лошадкой станций биологической очистки.
ПГА уже используются в различной продукции, включая одноразовую упаковку для пищевых продуктов, напитков. Они также используются в медицине, например, для наложения швов, и для изготовления сельскохозяйственной фольги, используемой для хранения тюков сена.
2: Полиэфиры PLA
Производство пластика из переработанной кукурузы может показаться несбыточной мечтой, но это уже стало реальностью. Полимолочная кислота, или PLA, представляет собой ещё один алифатический полиэфир, который может быть получен из молочной кислоты, которая производится путём ферментации крахмала во время влажного помола кукурузы. Хотя PLA чаще всего производится из кукурузы, она также может быть получена из пшеницы или сахарного тростника.
PLA выглядит и работает аналогично полиэтилену, используемому в производстве пластиковой пленки, упаковочных материалов и бутылок, а также может использоваться в качестве замены полистирола, используемого в пищевых тарелках и контейнерах из вспененного материала, а также в пластиковых столовых приборах.
Преимущество PLA в том, что этот материал быстро разлагается микроорганизмами при правильных условиях. Если этот пластик отправить на промышленное предприятие по компостированию, где он постоянно подвергается воздействию тепла и микробов, он может разложиться через два-три месяца. Однако если его выбросить на свалку, он распадётся не быстрее, чем обычный пластик.
1. Полимеры на основе крахмала
Как полностью биоразлагаемый, недорогой, возобновляемый и натуральный полимер, крахмал привлекает много внимания при разработке экологически чистых материалов. Однако, когда дело доходит до замены пластика, крахмал не справляется на все сто процентов; его плохие механические свойства означают ограниченное применение для прочной продукции, выпускаемой из пластика на данный момент.
Крахмал обычно смешивают с алифатическими полиэфирами, такими как PLA и PCL, и поливиниловым спиртом для получения полностью биоразлагаемых пластиков. Добавление крахмала также снижает затраты на производство пластика. Но содержание крахмала должно превышать 60 процентов композита, прежде чем он окажет существенное влияние на разложение; по мере увеличения содержания крахмала полимеры становятся более биоразлагаемыми. Однако имейте в виду, что добавление крахмала также влияет на свойства пластика. Если вы ненадолго положите влажные листья в пакет, сделанный из крахмала, этот пакет превратится в бесформенную массу.
Таким образом, хотя не существует быстрого решения вопроса, как сделать пластик более экологичным, сочетание возрождённых старых идей и революционных технологий в производстве пластика является шагом в правильном направлении.
Евгения Карташева
Источник: science.howstuffworks.com