Специалисты ФИЦ «Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН» изучили современные методы получения наиболее распространённых биоразлагаемых биополимеров, в частности на основе полимолочной кислоты, оценили токсичность соединений и добавок, присутствующих при их производстве и улучшающих характеристики итоговых продуктов. В результате исследования сибирские химики пришли к выводу, что технологии производства и утилизации биоразлагаемых биополимеров не отвечают экологической задаче, которая изначально ставилась перед их внедрением в повседневную жизнь, а именно: уменьшению негативного воздействия на окружающую среду.

Проблема загрязнения окружающей среды пластиковыми отходами привлекла к себе внимание в конце ХХ века, когда в 1997 году американский моряк и исследователь Чарльз Мур обнаружил в северной части Тихого океана одно из крупнейших скоплений огромного количества подобного мусора, которое впоследствии получило название Тихоокеанский мусороворот или Восточный мусорный континент. Согласно программе Организации Объединенных Наций по окружающей среде, мусорное пятно и пластиковое загрязнение свидетельствуют о долгосрочном и вредном влиянии одноразовой пластиковой продукции. После этого открытия начался процесс уменьшения или полного запрета производства полимерных изделий на основе нефти в различных государствах, первым из которых стала Бангладеш, её примеру последовали и другие страны. В 2018 году уже 127 стран ввели определённые ограничения в законодательство для решения проблем пластиковых отходов.

В качестве альтернативы полимерам на основе нефти для производства бытовых изделий предложили использовать биоразлагаемые биополимеры, производимые из возобновляемого сырья. Разработчики таких материалов позиционировали их как экологичный продукт, который, попадая в природу, очень быстро разложится под воздействием естественных условий и микроорганизмов. Это должно было снизить негативное воздействие пластиков на окружающую среду. Однако в действительности получилось иначе.

«Тема биополимеров надолго задержалась в области поиска замены традиционных полимеров на что-то менее вредное для природы по причине идеи очистить мир от гор и островов мусора. На сегодняшнем уровне развития технологий изготовления биоразлагаемых биополимеров это совершенно не выглядит как решение проблемы загрязнения окружающей среды. Если более подробно изучить способы производства полимеров на основе биологического сырья, то можно заметить, что они мало чем отличаются от методов производства полимеров на основе нефти. Например, в качестве одного из компонентов для создания биоразлагаемых изделий используется полимолочная кислота, исходным сырьём для которой сегодня служат кукуруза или сахарный тростник. Для её получения из молочной кислоты применяются катализаторы на основе соединений олова и опасные для здоровья хлорсодержащие органические растворители. Содержание олова в итоговом продукте строго регламентируется, но не всегда соблюдается. Для переработки биосырья в молочную кислоту, в свою очередь, также нужны многочисленные химические соединения, требующие утилизации», — рассказала старший научный сотрудник отдела технологий каталитических процессов ИК СО РАН кандидат химических наук Лариса Геннадьевна Пинаева.

Полимолочная кислота по своим исходным характеристикам не очень подходит для создания каких-либо бытовых изделий. Поэтому при получении биоразлагаемых изделий на её основе применяются различные добавки, которые обеспечивают необходимые потребительские характеристики конечного продукта, в частности формуемость, прочность, пластичность, цвет и другие. Сегодня с этой целью используют практически те же химические соединения, что и для изделий из полиэтилена, полипропилена и других массовых полимеров.

Другая проблема биоразлагаемых биопластиков обнаружилась в ходе изучения их утилизации. Измерения скорости разложения биополимеров проводились в стандартизированных условиях с заданным воздействием солнечного света и температуры. В разных природных условиях это воздействие различается, а заявленная скорость разложения биоразлагаемых отходов уменьшается, однако она всё равно во много раз превосходит скорость разложения полимеров на основе нефти. В этом учёные видят ещё одну проблему изделий из биополимеров: быстрое разложение материалов приводит к попаданию в окружающую среду химических добавок и соединений, которые использовались при их производстве, в большом количестве и за относительно короткий промежуток времени, что более негативно влияет на загрязнение природы в сравнении с традиционными полимерами.

«Биопластик, который изготовили со стандартными для обычных полимеров на основе нефти добавками, включая пластификаторы, отвердители и красители, не становится менее опасным для окружающей среды. Добавки также вымываются в природу, но если полиэтилен разлагается постепенно, то продукция из биоразлагаемых пластиков благодаря быстрому разложению выделяет все входящие в неё соединения в более концентрированной форме, что несёт гораздо больший ущерб экологии, угнетая животный и растительный мир. Объёмы выпуска биополимеров из полимолочной кислоты растут, но это количество ещё не составляет конкуренцию традиционным полимерам. Чтобы продвигать биополимеры в жизнь, необходимо коренным образом переработать технологии их производства, а также более детально подойти к вопросу их переработки и утилизации — сегодня эти вопросы остаются открытыми. Технологии уничтожения и переработки традиционных полимеров развиты и оптимизированы. По официальным данным, в России до 20 процентов продукции из массовых полимеров создаются из вторичного сырья — переработанных полимеров. Новая продукция имеет более низкие потребительские характеристики, но используется в различных сферах. Биополимеры разлагаются по другому механизму. Соответственно, их сложно переработать, особенно учитывая, что такие технологии в настоящий момент отсутствуют, так как одна из идей создания биоразлагаемых биополимеров изначально заключалась в том, чтобы избавиться от этой необходимости», — отметила исследовательница.

По мнению учёных, у биоразлагаемых биополимеров может быть будущее только в том случае, если полностью изменить подход к их производству, найти новые технологические решения. ООН сегодня признаёт разлагаемые биопластики опасной альтернативой и констатирует, что они представляют аналогичную обычному пластику химическую опасность для окружающей среды.

Текст: Кирилл Сергеевич.
Источник: «Наука в Сибири».