какие упаковки быстрее разлагаются
Быстро разрушается и не вредит природе: пять видов экологически чистого пластика
Он не только быстро разрушается, но и перерабатывается — новый вид биопластика может решить мусорную проблему на Земле. Рассказываем про пять самых многообещающих прототипов экологически чистых материалов.
Читайте «Хайтек» в
Борьба с загрязнением пластиком ведется на нескольких фронтах. Одна из проблем этого материала в том, что он способен сохраняться в окружающей среде в течение длительного времени, а в некоторых случаях даже столетий. Изменяя процесс производства пластика, ученые надеются предложить его функциональные формы, которые быстро, безопасно и естественным образом разлагаются за короткое время. И недавние открытия предполагают, что в будущем это возможно.
Сегодня чаще всего пластмассы изготавливаются из химического вещества, полученного из нефти. Оно обрабатывается для образования прочных углеродных связей между отдельными мономерами, которые объединяются в длинные цепи, образуя полимер полипропилен. Таких процессов не происходит в природе, поэтому в естественной среде обитания таким связям очень трудно распасться.
Значительная часть исследований пластмасс сосредоточена на новых методах переработки, которые могут более эффективно разорвать эти цепи и позволить повторно использовать материал. При этом некоторые ученые стремятся создать пластик, который полностью перерабатывается, например, из натуральных материалов и со специальными ферментами, которые расщепляют материал после использования.
Рассказываем про пять самых многообещающих прорывах в сфере производства экологически чистого пластика.
Биопластик из древесного порошка: разлагается за 3 месяца
Команда из Йельского университета совместила древесный порошок и биоразлагаемый растворитель. В итоге, ученые превратили отходы с лесопильных заводов в суспензию органических полимеров и целлюлозы с водородными связями и переплетением на наноразмерном уровне. Затем, в ходе исследования, ученые отлили суспензию в виде биопласта.
После, ученые провели эксперимент. Они закапали листы биопластика в почву, где молекулярные связи начали распадаться за две недели, и полностью образцы разложились за три месяца. Биопластик также продемонстрировал высокую механическую прочность, стабильность при удерживании жидкостей и устойчивость к УФ-излучению.
В дополнение к быстрому разложению, биопластик также можно вернуть в его первоначальную суспензионную форму. Это позволяет извлекать и повторно использовать растворитель.
Исследование опубликовано в журнале Nature Sustainability.
Биопластик из отходов: биоразлагается за 12 месяцев
Ученые из Института производственных систем и технологий дизайна им. Фраунгофера в Германии использовали промышленные отходы в виде жиры, которые содержат большое количество остаточных минералов.
В камере ферментации генетически модифицированные бактерии метаболизировали эти минералы, превращая их в биополимер полигидроксибутират (polyhydroxybutyrate, PHB). Микробы хранили его в своих клетках в жидкой форме в качестве источника энергии.
После того, как PHB был впоследствии растворился, ученые смешали его с запатентованными химическими добавками. С их помощью PHB быстро затвердевали. В результате получился полиэфир, полученный биологическим путем. Авторы разработки показали, что материал проявляет свойства, аналогичные свойствам полипропилена.
Также эксперименты показали, что, если сложный полиэфир на основе PHB поместить на обычную свалку, естественные микроорганизмы полностью разрушат его в течение 6-12 месяцев.
Встроенные ферменты разлагают материал за несколько дней
Ученые из Лаборатории Беркли разработали способ встраивать небольшие количества коммерческих ферментов непосредственно в сам пластик, чтобы материал разрушался сам по себе, где бы они ни оказался.
При этом, чтобы пластик оставался в стабильной форме, исследователи добавили в материал четырехмономерный статистический гетерополимер (RHP). Его задача — рассеивать ферменты на расстоянии нескольких нанометров друг от друга.
Образец нового разлагаемого пластика с заделанными ферментами до и во время компостирования
Калифорнийский университет в Беркли
В результате получается пластик, который остается стабильным при регулярном использовании, но начинает разрушаться только при контакте с компостной почвой или горячей водой. В ходе испытаний команда обнаружила, что замачивание пластика в воде при комнатной температуре в течение трех месяцев не привело к его разрушению — этот процесс запускается только при небольшом повышении температуры.
Команда уже подала заявку на патент на новый разлагаемый пластик и основала стартап, чтобы помочь коммерциализировать его.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
Биопластик на растительной основе: разрушается за 4 года
Компания NEC также работает над формами экологически чистого пластика и создала рецепт воздания материала, который долговечен, как и традиционный пластик, но гораздо более безопасен для окружающей среды. Новый материал NeCycle на 50% состоит из целлюлозы, полученной из несъедобных растений — древесины и соломы. Авторы разработки отмечают, что его можно использоваться для литья под давлением, как и обычные пластмассы.
Это дает ему те же характеристики, что и у обычных пластиков. При этом, при его создании не используются ископаемые ресурсы, а также он не загрязняет естественную среду, разлагаясь примерно за четыре года. В компании NEC заявили, что уже готова к массовому производству NeCycle.
Пластик распадается за неделю на солнечном свете
Исследователи из Китая создали новый вид пластика, который разлагается всего за неделю под воздействием солнечного света и кислорода.
Новый материал появился случайно, когда автор исследования Лян Ло из Китайского университета науки и технологий Хуачжун работал над усовершенствованным типом химического датчика. Ученый-материаловед разрабатывал новую полимерную пленку, которая меняла цвет в зависимости от уровня pH. Этот процесс был обусловлен уникальной молекулярной структурой материала: цепочки мономеров придают пленке темно-красный цвет и уносят его, когда эти связи разрываются.
В ходе экспериментов своей команды Луо обнаружил, что темно-красный цвет пленки быстро исчез, а сам материал разложился после нескольких дней нахождения на солнечном свете. Разрыв этих связей как раз является общей целью исследований по переработке пластмасс.
Пластик не подходит для использования в бутылках из-под газировки или сумках для покупок, поскольку под воздействием солнечного света и воздуха он быстро разлагается и полностью разлагается в течение недели. При этом не оставляя после себя разрушающих окружающую среду фрагментов микропластика. Где новый пластик пригодится, так это в гибкой электронике или смартфонах — там он будет изолирован от воздуха и света в течение всего срока службы.
ЭКСПЕРИМЕНТ: КАКИЕ ПАКЕТЫ РАЗЛАГАЮТСЯ БЫСТРЕЕ — ОБЫЧНЫЙ, БИО ИЛИ КУКУРУЗНЫЙ
Мы закопали в компост три пакета, а через 11 месяцев достали их. И что бы вы думали?
В июне прошлого года в некоторых минских магазинах покупателям стали предлагать новый вид одноразовых пакетов — из крахмала кукурузы. Их преимущество — в безопасности для окружающей среды. Утверждалось, что пакеты полностью разлагаются примерно за полгода.
Изготовленные на основе кукурузного крахмала органические пакеты являются прекрасной альтернативой обычному полиэтилену; биопакеты прочны, эластичны, приятны на ощупь. Примерно так рассказывали о пакетах журналистам их производители — группа компаний Kinglet.
Мы впечатлились, захотели убедиться на собственном опыте и решили провести эксперимент.
Взяли кукурузный пакет от Kinglet, в «Гиппо» купили пакет, на котором было написано, что он биоразлагаемый и полностью разложится за 8-18 месяцев, а также обычный пакет-майку, на котором ничего не было написано.
Вот так выглядели эти пакеты 15 июня 2019 года. Мы положили внутрь каждого пакета содержимое дачной компостной ямы. Все пакеты поставили в старый стеклянный аквариум и присыпали компостом. Аквариум оставили на улице.
К середине августа аквариум с пакетами стал как будто более пустым — земли немного убавилось, наверное, вымело ветром. Зато влаги прибавилось, стала расти трава, улитка откуда-то свалилась — как раз на кукурузный пакет. Улитку спасли, всё остальное не тронули. Ждали осени.
28 октября. Шел четвертый месяц эксперимента. В аквариуме появились новые растения и опавшие с ближайших деревьев листья. При близком рассмотрении пакеты мало изменились. Разве что кукурузный как-то съежился, а биоразлагаемый изменил цвет, на нем поблекла надпись. Зато синий пакет имел вид обычного полиэтиленового пакета, с которым хоть сейчас в магазин.
Полгода с начала эксперимента, когда кукурузный пакет должен был разложиться, наступили 15 декабря. На дачу мы приехали за день до этого. Аквариум с пакетами был запорошен снегом. Ни о каком разложении и речи не шло — пакеты, как пакеты. Что ж, мы дали им больше времени.
Следующая контрольная точка — 29 февраля. Визуальный осмотр был затруднен — аквариум снова был под снегом, его было даже больше, чем в наш прошлый приезд. А зима-то, вы помните, была теплая.
Прошло еще два месяца. Конец апреля, наш экспериментальный аквариум ожил — снова начала расти трава, причем, наиболее активно из кукурузного пакета. Два других пакета упорно держались, их внешний вид почти не изменился. А вот кукурузный пакет уменьшился, а когда до него дотрагивались — крошился.
И вот прошел почти год — 15 мая мы сделали последние фото и достали пакеты из аквариума, предварительно их перевернув.
С биоразлагаемым пакетом из «Гиппо» и с обычным полиэтиленовым визуально ничего страшного не произошло — если помыть, то можно еще использовать для хозяйственных нужд.
Синий пакет вообще не изменился. Биоразлагаемый потускнел, надписи с трудом читались, разве что штрих-код остался невредим. Мы решили не сдаваться и закопали его в компостную яму. Если найдем через полгода в целости и сохранности, значит, он не убиваем.
Наибольшие трансформации претерпел кукурузный пакет — после почти года в компосте форму он держал только визуально, но при попытке взять его в руки буквально рассыпался. Правда, не в порошок, скорее, разваливался на достаточно крупные фрагменты.
Комментарий эксперта
Мы понимали, что к чистоте нашего эксперимента могут быть вопросы, но все же… Производители заявляли, что кукурузный пакет полностью разлагается в течение полугода. Мы же дали ему почти год.
«В компосте перегнивают трава и органические отходы. Компост внутри нагревается до температуры 30-40 градусов. В зимний период такая температура невозможна, компост не работает зимой, в нем температура ниже десяти градусов. При соответствующих условиях на пакете живут колонии бактерий, которые его поедают, зимой этого не происходит», — пояснил главный технолог группы компаний Kinglet Валентин Комель.
Он, кстати, сам прошлой весной закопал кукурузный пакет у себя на даче в компостную яму, а осенью его не нашел.
Лабораторно подтверждено, что на пакетах из крахмала кукурузы вырастают колонии бактерий, которые его съедают, подчеркнул Валентин Комель. Даже если оставить пакет на свалке, он разложится и со временем исчезнет. Разница только в том, что в специальных условиях он распадется быстрее, а в природных это занимает больше времени.
«При разложении пакет выделяет воду и биомассу, то есть становится перегноем, — сказал Валентин Комель. — Отличие пакетов на основе крахмала кукурузы в том, что микропластика от них не остается, как от пакетов, на которых пишут «биоразлагаемые». При изготовлении таких пакетов в них добавляют оксобиоразлагаемые добавки для разложения. Такая добавка запрещена во многих странах, потому что пакет распадается на микропластик. Он тоже исчезнет через какой-то промежуток времени, но его потребуется больше, чем для полного разложения пакета, изготовленного на основе крахмала кукурузы.
Пакеты на основе крахмала кукурузы сейчас есть во многих белорусских торговых сетях (они не бесплатные, в отличие от полиэтиленовых). Их можно узнать по нежному телесному цвету, на пакете нанесена маркировка, подтверждающая, что он разлагаемый на основе крахмала кукурузы.
На таких пакетах есть специальные значки в виде саженца, которые имеют право наносить только те производители, которые подтвердили качество своей продукции в европейской сертифицированной лаборатории. Также на пакетах есть логотип «OK compost», лицензию на печать которого выдают только независимые европейские лаборатории — TUV (Австрия) и Vincotte (Бельгия).
Почему биоразлагаемые пакеты ускоряют процесс загрязнения планеты
Материал подготовлен автором телеграм-канала «Экологиня» специально для РБК Тренды.
С тех пор как экологичность стала трендом, появилось много компаний, выпускающих не полиэтиленовые, но «био-пакеты» и «эко-пакеты». Но далеко не все при этом соответствуют экологическим стандартам. Чтобы понять, полезны ли альтернативные виды пластика для окружающей среды, разберемся в терминах.
Биопластик — не значит безопасный для природы
Биопластиком называют пластмассы на биологической основе. Такой материал сделан из биомассы (кукурузы, соломы, опилок), а не из ископаемых ресурсов — это его преимущество перед обычным пластиком, сделанном на основе нефти.
Биоразлагаемый пластик — лучше, но не все так просто
А вот биоразлагаемые пластики, действительно, со временем могут полностью разлагаться. Подвох в том, что на изделиях из биоразлагаемого пластика не указывается, за какой срок и при каких условиях окружающей среды он будет разлагаться. Большинство людей читает термин «биоразлагаемый» как «закопайте его в саду или забросьте в океан, он полностью разложится». Но на самом деле большинство биоразлагаемых пластиков могут разлагаться только в специальной промышленной установке, где контролируются температура, влажность и свет.
К биоразлагаемым видам пластика относятся оксоразлагаемые, гидроразлагаемые и компостируемые виды пластика, которые «растворяются» при воздействии кислорода, воды или бактерий.
Биоразлагаемые пластмассовые материалы, которые маркируются как компостируемые, превращаются в компост только в промышленных установках, но не в домашних условиях.
Оксоразлагаемые пакеты нельзя отправлять на полигоны. Под воздействием кислорода такой пакет просто распадется на микропластик, а добавки, отвечающие за оксоразложение, потенциально токсичны. Настолько, что из-за их вредного воздействия на окружающую среду Еврокомиссия в январе 2018 года рекомендовала ввести запрет на использование оксоразлагаемых пластиков на территории Евросоюза.
В худшем случае производитель называет «биоразлагаемыми» пластиковые пакеты со специальными добавками, ускоряющие разложение пакета на микропластик. В таких случаях надписи на упаковках и пакетах «безопасно для природы», «забота об окружающей среде» можно воспринимать только в кавычках.
Какие пакеты использовать?
К сожалению, ответить на этот вопрос не поможет даже чтение тонны справочного материала и понимание процессов утилизации каждого вида пластика. Дело в том, что производители пакетов редко указывают на своих изделиях состав, а в пункты приема отходов для переработки не принимают биоразлагаемые пакеты, потому что для них нет подходящей инфраструктуры.
Нагляднее всего сложность утилизации всех биоразлагаемых материалов демонстрирует исследование, проведенное учеными из Плимутского университета в Великобритании. В этом исследовании биоразлагаемые, оксо-биоразлагаемые, компостируемые и полиэтиленовые пакеты на три года поместили в разные природные условия: оставили под открытым небом, закопали в землю, погрузили в воду и протестировали в контролируемых лабораторных условиях.
На открытом воздухе все пакеты распались на фрагменты через девять месяцев, а с теми, что были погружены в почву и соленую воду, практически ничего не произошло. Только компостируемый пакет в воде полностью растворился за три месяца, однако в почве сохранился на 27 месяцев. Биоразлагаемые и оксо-биоразлагаемые пакеты сохранили свою прочность даже через три года. Эксперимент показал, что ни один из пакетов не исчез бесследно, никакого магического разложения не произошло — даже разложившиеся пакеты оставили после себя частицы.
Биоразлагаемые материалы могут разложиться только в результате промышленной утилизации. В естественной среде для этого важно воздействие микробов, кислорода, влажности и других факторов, которые невозможно воспроизвести в быту.
В тех странах, где нет развитой инфраструктуры для обеспечения правильной утилизации биоразлагаемых материалов, внедрение компостируемых и биоразлагаемых пакетов может усилить пластиковое загрязнение.
Экологический аналитический центр Green Alliance отметил, что термин «биоразлагаемый» заставляет потребителей думать, что пакет можно со спокойной совестью выбросить, что создаст еще большее загрязнение окружающей среды.
В итоге нет разницы, в каком пакете вы понесете домой покупки из магазина или будете выкидывать мусор: в биоразлагаемом пакете для мусора или в пластиковом. В быту все биоразлагаемые пакеты оказываются ничем не лучше простых пластиковых, а цены на них магазины устанавливают в два-три раза выше, ожидая, что за сохранение нашей планеты мы будем готовы заплатить больше.
На данный момент единственный экологичный выход, лучшая альтернатива — сокращение использования пластиковой упаковки, а не замена ее другими материалами.
Больше информации и новостей о том, как «зеленеет» бизнес, право и общество в нашем Telegram-канале. Подписывайтесь.
Сколько разлагается пластик и эффективна ли его переработка
«Не горит. Не тает». Это подпись на обложке журнала TIME 1924 года с фотографией Лео Бакеланда — человека, который изобрел первый пластик.
Лео Бакеланд — успешный ученый-химик из Бельгии. Ему принадлежит два крупных изобретения — фотобумага (1893) и бакелит (1907). Изготовленный из фенола, обычного дезинфицирующего средства и формальдегида, бакелит изначально задумывался как синтетический заменитель шеллака, используемого в электронной изоляции.
Но прочность, легкость в применении и низкая стоимость материала сделали его идеальным для производства. В 1909 году бакелит был представлен широкой публике, и интерес к пластику возник сразу. Бакелит начал использоваться повсеместно: телефонные трубки, бижутерия, детали автомобилей, компоненты стиральных машин.
Сейчас в мире ежегодно производится более 380 млн т пластика. Пластик стал популярен благодаря тому, что он рассчитан на длительный срок службы. Не горит. Не тает. И не разлагается?
Сколько разлагается пластик?
Рассчитать со 100%-й точностью скорость разложения пластика очень сложно, на процесс влияет множество факторов: тип материала, температура, влажность, попадание солнечных лучей. Вот примерная скорость разложения некоторых видов пластика:
Во всем мире ежегодно используется свыше 500 млрд пластиковых пакетов — это около 1 млн в минуту. Это самый распространенный вид пластика и символ пластикового загрязнения. Пакету и многих другим видам пластика можно найти многоразовые альтернативы — сумки-шопперы, многоразовые стаканчики для кофе и бутылки для воды, натуральные аналоги чистящим средствам, продукты на развес и отказ от некоторых бессмысленных предметов, таких как пластиковая трубочка.
При этом полный отказ от пластика невозможен и нерационален. Пластиковая упаковка лучше сохраняет продукты, тем самым сокращая объем пищевых отходов на 75%.
Куда попадает пластик после использования?
На свалки
За последние 30 лет производство пластика во всем мире увеличилось более чем на 70%. Пластиковые пакеты, бутылки и упаковка — основной объем производства пластика и пластиковых отходов. По оценкам, 55% уже было отправлено на свалки за последние полвека.
Органические отходы подвергаются разложению, биоразложению или компостированию. Пластиковых изделий это не касается. Все три процесса сильно зависят от способности микроорганизмов потреблять и расщеплять органические отходы на более простые органические вещества. Пластик же — синтетический химический материал, который бактерии не могут потреблять.
На свалках пластик разлагается в процессе фотодеградации — ультрафиолетовое излучение солнца разрушает химическую структуру пластика и со временем разбивает большой предмет на более мелкие части. Это происходит при условии, что на пластик попадает солнечный свет и может занять годы.
Свалки устроены таким образом, что каждый день покрываются слоем почвы сверху и уплотняются, чтобы освободить место для новых отходов. Это приводит к тому, что солнечный свет перестает попадать на более старый слой отходов. В таких условиях пластик будет сохраняться намного дольше.
В океан
Не все пластиковые отходы оказываются на свалках — около 3% пластика ежегодно попадает в Мировой океан. В теплой океанской воде пластик быстрее подвергается фоторазложению и наносит серьезных ущерб окружающей среде. В океане он распадается на мелкие частички — микропластик. Водные обитатели и птицы часто принимаются его за пищу.
Разложение пластика в океане создает дополнительный выброс потенциально токсичных химических веществ, таких как бисфенол А (BPA). Дальше это вещество попадает в источники питьевой воды и организмы животных, потреблявших пластик. Исследования показывают, что BPA и связанные с ним химические компоненты пластмасс могут нарушить нормальную гормональную функцию и нанести вред репродуктивной системе человека и диких животных.
Эффективна ли переработка пластика?
Экологические движения по всему миру продвигают сокращение потребления, разумное использование ресурсов и переработку отходов. Однако исследование, проведенное в 2015 году, показало, что только 20% пластиковых отходов в мире перерабатывается.
Несмотря на все усилия потребителей, некоторые пластиковые предметы, предназначенные для вторичной переработки, в конечном итоге все равно направляются на свалку. Чаще всего это связано с загрязнением пластика пищевыми отходами, недостаточным спросом на продукцию из вторсырья и качеством вторичного пластика.
Загрязнение пищевыми отходами
Загрязнение технологической цепочки переработки пищевыми отходами и предметами, не подлежащими переработке, приводит к тому, что часть всего пластика, предназначенного для переработки, выбрасывается на предприятиях по переработке отходов. Отделение плохо отсортированного и загрязненного пластика трудозатратно и экономически невыгодно переработчикам.
Недостаточный спрос на продукцию вторичной переработки
Есть общепринятая маркировка пластика — от 1 до 7. Она определяет, к какому типу пластика относится изделие. Однако маркировка не всегда означает, что данные предмет подлежит переработке. Например, прозрачная пищевая упаковка (поливинилхлорид; ПВХ), пакеты для заморозки продуктов (полиэтилен низкой плотности; LDPE) и одноразовые подгузники (полипропилен; PP) переработать нельзя.
До 2018 года Китай был крупнейшим импортером пластика в мире и принимал на переработку более половины мировых отходов пластикового производства. Это прекратилось из-за проблем, связанных с загрязненными материалами. В результате крупные экспортеры вторичного пластика, такие как США и Австралия, не могут удовлетворить спрос на переработку. Многие предприятия по переработке не принимают смешанные пластмассы или просто отправляют их на свалки и мусоросжигательные заводы.
Качество переработанного пластика
Большинство пластиковых отходов пригодны только для одного цикла переработки. Процесс переработки ухудшает общую целостность пластика. Так, большая часть переработанного пластика в конечном итоге все равно попадает на свалку или мусоросжигательный завод независимо от того, подвергается ли он еще одному циклу использования или нет.