 Пластик в наши дни стал одним из самых используемых материалов в мире. Только полиэтиленовых пакетов используется ежегодно более десятка миллиардов. Полимерные изделия повсеместно используются в быту. Однако, несмотря на все свои, казалось бы, привлекательные свойства, пластик имеет ряд недостатков. Два основных из них заключаются в следующем: во-первых, пластиковые изделия производятся из невосстанавливаемых природных ресурсов – нефти, угля, газа и, во-вторых, долговечность пластика, к которой так стремились его изобретатели и которая считалась одним из его достоинств, в долгосрочной перспективе обернулась одним из его главных недостатков и теперь угрожает экологии всей планеты. С каждым годом потребление пластмассы растет, а вместе с ней растут и горы неразлагающихся отходов, загрязняющих окружающую среду.
Таким образом, проблемы, связанные с использованием пластика, стимулировали ученых из многих стран задуматься к концу XX в. о создании материала, близкого пластмассе по свойствам, но, в отличие от нее, разлагаемого бактериями и производимого из восстанавливаемых компонентов — скажем, из растений. В середине 90-х гг. прошлого столетия уже стали появляться многочисленные сообщения о создании так называемого биопластика, материала, сделанного из натурального крахмала, который спустя некоторое время разлагается различными микроорганизмами. Однако широкомасштабное внедрение в нашу жизнь биопластмассы пока не началось: слишком дорогим оказалось его производство.
В начале нашего века ученые все же нашли возможность снизить затраты на производство биопластика, и термин biodegradable polymer в ряде стран стал неотъемлемой частью процесса производства упаковки. При этом ученые утверждают, что в скором времени стоимость его производства будет не выше, чем обычной пластмассы. К слову сказать, некоторые специалисты считают, что цена на разлагаемый микроорганизмами пластик искусственно завышается коммерческими производителями, а нефтемагнаты пытаются сдерживать его производство — ведь с массовым появлением биопластмассы может упасть стоимость нефти.
Одна из активно использующих полимерные материалы отраслей относится к сфере производства упаковки. Пластиковая упаковка активно применяется во всех сферах нашей жизни, в нее пакуются как бытовые, так и пищевые продукты. Именно поэтому огромная часть неразлагаемых отходов приходится на долю упаковочной индустрии. Обычный пластик не поддается разложению, потому что состоит из слишком длинных, тесно связанных между собой соединений полимеров. В отличие от него биопластик, сделанный на основе естественных материалов, например из крахмала, является природным полимером, полученным в процессе фотосинтеза. Больше всего крахмала содержится в злаковых растениях и картофеле. Из кукурузы можно добыть до 80% крахмала со всей зеленой массы. Поэтому с сырьем для производства биопластика нет особых проблем. Разлагается биопластик при любой температуре, в которой активны микроорганизмы. Продуктами разложения являются двуокись углерода и вода. Однако крахмал быстро и легко растворяется в воде, изделия из него деформируются при контакте с влагой. Поэтому, чтобы придать крахмалу более прочные свойства, его обрабатывают специальными бактериями, разлагающими полимеры крахмала в мономеры молочной кислоты. После этого мономеры соединяют в цепочки полимеров, обладающие более прочными свойствами. При этом они не такие длинные, как полимеры пластмассы, и могут разлагаться микроорганизмами. Созданный таким образом материал получил название полилактида (PLA).
Существует еще один способ производства биопластика. Он основывается на использовании особых «пластиковых» бактерий, которые создают гранулы органического пластика под названием полигидроксиалканонат (PHA). Учеными уже был проделан ряд успешных опытов по внедрению генов таких бактерий в хромосомы растений, которые в дальнейшем становятся способными производить пластик внутри своих клеток. То есть пластик, в буквальном смысле слова, можно будет выращивать. Правда, этот метод пока еще остается довольно дорогостоящим.
В настоящее время уже производится ряд изделий из натуральной пластмассы. Например, сделанные из пластика на основе кукурузы вилки, которые находят широкое применение в разных странах. Полилактид можно использовать для производства как одноразовой посуды, так и разнообразной упаковки, поскольку он не вреден для здоровья человека. К тому же, у биопластика, созданного из кукурузного крахмала, есть еще одна примечательная особенность – изделия из него можно производить с расчетом срока самораспада. Некоторые виды биопластмассы могут служить в течение нескольких месяцев, некоторые в течение нескольких лет.
Биопластик понемногу, но, тем не менее, все увереннее начинает вытеснять обычную пластмассу. Свидетельство тому – активные разработки в этой области и внедрение в производство биопластика ведущими компаниями в различных странах мира. Так, итальянская компания Novamont уже давно приступила к выпуску биопластика под названием Mater-Bi. В Австрии и Швеции McDonald’s предлагает в своих ресторанах вилки и ножи, созданные из кукурузы, компания Goodyear выпустила первые биошины Biotred GT3, а магазины Carrefour во Франции, Esselunga в Италии и Co-Op в Норвегии продают свои товары в биопластиковых пакетах из того же Mater-Bi.
В настоящее время большинство крупных компаний, работающих в области производства полимерной продукции, выдвинули собственные модификации биоразлагаемых материалов. Так, немецкая компания Bayer представила новый биоразлагаемый полиэфирамид, который имеет полукристаллическую структуру и производится с помощью литья под давлением. Сырье для его производства — гексамителен диамин, бутандиол и адипиновая кислота. Получаемая таким образом пленка обладает определенной степенью прозрачности. Она может быть полу- или полностью прозрачной. Процесс биологического разложения упаковки происходит в течение трех месяцев после контакта с бактериями и грибками. Этот материал предполагается использовать в производстве мешков для мусора, упаковки пищевых продуктов, а также при выпуске одноразовой посуды.
Так, американская компания Easten Chemical недавно приступила к производству сложного полиэфира Eastar Bio COPE. Его также предполагается использовать как пищевую упаковку, в производстве мешков и пакетов для садоводческого и сельскохозяйственного назначения. Материал имеет полукристаллическую основу, хорошие свойства прозрачности, а его барьерные характеристики по кислороду выше, чем у полиэтиленовой пленки. При разложении этот вид упаковки разлагается на диоксид углерода, биомассу и воду — с той же скоростью, с какой разлагается обыкновенная газета.В процесс по созданию эффективных биоразлагаемых полимерных материалов включились и другие немецкие компании. BASF выпустила пленки COPE и Ecoflex, которые обладают технологическими свойствами, аналогичными полиэтилену низкой плотности (LDPE). Пленки Ecoflex обладают высокой степенью сопротивления проколу и водонепроницаемостью. При этом они, в отличие от полиэтиленовой пленки, воздухопроницаемы. Швейцарская фирма DuPont объявила о коммерческом производстве материала Biomax, представляющего собой гидробиоразлагаемый полиэфир. Обладая свойствами обычного полиэтилентерефталата, он лишь немного дороже в производстве по сравнению со своим химическим аналогом. Ряд компаний уже сейчас предлагают материалы, в которых можно регулировать параметры биоразложения. Например, британская компания Symphony Environment Ltd. выпустила на рынок биополимер на полиэтиленовой основе, в котором степень разложения контролируется особыми добавками. В зависимости от количества и качества предварительно добавляемых веществ полное разложение упаковки может варьироваться в сроках от трех месяцев до пяти лет.
Среди других производителей, предлагающих нестандартные разработки материалов для биоупаковки, выделяются такие компании как итальянская фирма Novamont SpA и английская компания Environmental Polymers Group (EPG). Итальянцы создали и запустили в производство четыре композиции материала марки Mater-Bi, нетоксичного полиацеталя на основе крахмала. Англичане работают над созданием особого типа поливинилового спирта, который способен к биоразложению в горячей и холодной воде. Этот материал предполагается использовать для производства упаковочной пленки методом экструзии с раздувом. Предлагаемая компанией EPG технология включает два момента: запатентованную технологию экструзии и собственные разработки биодеградантов на основе поливинилового спирта (PVON). При этом представители компании сообщают, что свойства изготавливаемой упаковочной пленки будут соответствовать или даже превышать физические характеристики пленки из поливинилхлорида и полиэтилена, а по своей стоимости смогут конкурировать с другими биоматериалами. Новейшие технологии использовала американская корпорация Metabolix, концентрирующая свои усилия на PHA, материале со сложной структурой, производимом с помощью разработанной компанией трансгенной технологии. Эта технология позволяет производить PHA напрямую, путем использования процессов фотосинтеза, или же косвенно, через ферментацию сахаров. Полимер PHA представляет собой высококристаллический термопластик, схожий по свойствам с полипропиленом, включая одинаковую точку плавления, предел прочности на разрыв, температуру склеивания и саму кристалличность. Предполагается, что этот материал станет применяться на рынке упаковки для фаст-фудов или в качестве одноразовой упаковки различных медицинских препаратов.
Разработками в области создания биоупаковки занимаются не только коммерческие, но и различные научные организации. Так, год назад бразильские ученые создали съедобную липкую пленку. После двенадцати месяцев работы исследователи из государственного университета Кампинас, Сан-Паулу, нашли уникальный материал для такой пленки – муку амаранто (питательный хлебный злак, который выращивался в Южной Америке). Одна из участниц исследования, Флоренсия Сесилия Менегалли, утверждает: «Наша липкая упаковочная пленка перерабатывается биологическими методами, то есть может разлагаться под воздействием микроорганизмов, недорогая и имеет высокий уровень содержания белка. Кроме того, она высоко прозрачна и обладает свойствами, которые позволяют хранить свежие фрукты и овощи значительно дольше, чем обычно. К тому же у нее нет своего вкуса».Стоит отметить, что из всех представленных проектов, как полагают аналитики, наиболее успешным на данное время является проект, разработанный Cargill Dow, совместным предприятием, созданным двумя компаниями: сельскохозяйственной корпорацией Cargill Corporation и одним из лидеров в производстве химических продуктов компанией Dow Chemical. Cargill Dow является ведущим предприятием в производстве полимолочной кислоты (PLA) – особого полимера, изготавливаемого из возобновляемых сельскохозяйственных ресурсов: зерновых и сахарной свеклы. В его основе лежит растительный сахар. Разработанный Cargill Dow полимер обладает хорошей прозрачностью, прочностью, влагостойкостью и также, как и ПЭТ, не пропускает запахи. Возможная сфера применения – это различные упаковочные пленки, жесткие контейнеры и даже покрытия. Специалисты компании утверждают, что упаковка из PLA-полимера способна полностью разлагаться в течение сорока пяти суток при условии создания соответствующей структуры компостирования.
По утверждению представителей Cargill Dow, разработанная ими технология предлагает усовершенствованный контроль структуры полимеров. Преимущество данной технологии заключается в возможности использовать в качестве сырья самые различные сельскохозяйственные сахаросодержащие культуры, которые произрастают в тех или иных регионах мира. В Европе можно использовать пшеницу или свеклу, в Америке – кукурузу или бобы. Благодаря этой технологии используются практически любые сельскохозяйственные культуры, содержащие натуральный сахар. В отличие от многих своих конкурентов, биополимеры от компании Cargill Dow обрели довольно ощутимый коммерческий успех. Ряд европейских и американских компаний уже объявили о возможности использования новых полимерных материалов, в том числе для производства различных видов упаковки. Говоря о биоупаковке, создаваемой из биопластика, стоит еще отметить, что существуют и разрабатываются идеи производства не просто одноразовой биоупаковки, а пищевой упаковки, содержащей особые, убивающие патогены бактерии.
Одной из самых опасных возбудителей человеческих болезней является бактерия под названием листерия. Развиваясь в различных пищевых продуктах даже при весьма низких температурах, она может стать причиной серьезного заболевания, при котором возможен даже смертельный исход. В университете Клемсон ученые изобрели биопластмассу, в которой содержатся бактерии низина, препятствующие развитию патогенов. Низин является антибиотиком полипептидного типа, производным молочнокислых бактерий Streptococcus lactis, при этом он безвреден для человека.
По данным Международной ассоциации биоразлагаемых полимеров, пластик, производимыы из нефтепродуктов, начинает постепенно уступать свое место на рынке биоразлагаемым материалам. Потребление биоразлагаемых материалов в 2001–2003 гг. удвоилось и достигло 40 тыс. т. Производители используют натуральные материалы так широко, как это позволяют их технические возможности. Эксперты ассоциации считают, что полимеры, полученные из растительных волокон, растений и целлюлозы, сегодня доминируют на рынке. По прогнозам, эта тенденция сохранится и на будущее, особенно с учетом повышений цен на нефть.
Настоящий бум производства биоразлагаемого полимера происходит в Японии. Если в 2000 г. объемы производства экологически безопасного материала составляли лишь 2000 т, то сегодня это уже около 50 тыс. т, а к 2010 г. эксперты прогнозируют увеличение и до 200 тыс. т. Уже сегодня в Токио существуют более 200 компаний, специализирующихся именно на биопластике, причем его стоимость в два раза ниже по сравнению с традиционными полимерными материалами. Крупная японская корпорация Ajinomoto активно осваивает процессы ферментации для изготовления полимеров на основе растительного сырья (сахара, пшеницы). Из пшеницы получают специальную кислоту, которая идеально подходит для изготовления гибких упаковочных материалов. Эксперты Biodegradable Plastics Society полагают, что биопластик получит дальнейшее развитие на рынке полимерных материалов Азии.
Каковы же перспективы развития упаковки, созданной на основе биопластика? Существует ряд факторов, как сдерживающих ее применение, так и способствующих ее распространению. Сдерживает массовый переход на использование биопластика его довольно затратное производство. Потребители рады покупать товары в экологически чистой упаковке, которая не оказывает негативного воздействия на окружающую среду, но только если она не будет для них дорогой. Правда, с каждым годом возрастают расходы на утилизацию бытовых отходов, особенно пластика. Все чаще возникают проблемы, связанные с применением пластиковой упаковки для продуктов. Так, специалисты установили, что ряд материалов, используемых, в частности, для производства пластиковых контейнеров, может стать причиной возникновения серьезных заболеваний, в том числе рака груди. Появлению и развитию этого заболевания, по мнению экспертов, может способствовать химикат, который часто используется в изготовлении упаковки для продуктов. Он называется бисфенол A.
По словам ученых из Медицинской академии Бостона, это вещество со временем выделяется и оседает в организме человека. Самое страшное в открытии исследователей – это заключение о том, что воздействие «ядовитой» упаковки может начаться еще в утробном состоянии. Если беременная женщина пила воду из бутылок, в состав которых входил, например, бисфенол А, то вероятность того, что впоследствии у ее ребенка разовьется рак, будет достаточно велика. Согласно приблизительным подсчетам, каждый год во всем мире для упаковки пищевых продуктов и напитков производится 2,8 млн т бисфенола. До последнего времени даже детское питание выпускали в бутылках с содержанием таких веществ. При этом угрожающе увеличивается количество страдающих раком.
Именно это обстоятельство подвигнуло британских ученых начать экспертные исследования для выявления причин данного заболевания. В результате, британские производители уже отказались от производства емкостей, содержащих бисфенол. За последнее время это уже второе сообщение о вреде широко распространенного химиката. Ранее исследователи пришли к выводу о том, что вещества под названием фталаты – эфиры фталевой кислоты, которые используются в производстве виниловой пищевой упаковки, медицинских трубок и детских игрушек, наносят вред развитию половых функций у новорожденных мальчиков.Вредное вещество 2-ЕНА было найдено и в полимерных крышках для детского питания учеными из университета Вюрцбург (Германия). Группа ученых во главе с Петером Шрейером исследовали 60 образцов питания методом случайной выборки. Среди исследуемых образцов были так называемые органические продукты. Это же вещество обнаружено в крышках для банок с детским питанием: 73% упаковки из-под соков для малышей и 80% из-под детских пюре содержат отравляющий компонент.
Все это, плюс ужесточающиеся законы по переработке отходов, в частности в странах ЕС, подталкивают предпринимателей, работающих в сфере производства упаковки, обратить свой взор на биопластик. Так, например, к 2006 г. некоторые голландские упаковочные предприятия планируют полностью перейти на использование биоразлагаемых материалов.
Правительство Голландии собирается ввести в широкое использование ряд материалов, способных к биологическому разложению, и применяемых в сфере упаковочного бизнеса. Для этого в бюджете предусмотрено выделение средств в размере нескольких миллиардов евро.
Уже сегодня существует возможность заменить биоматериалами упаковку для бутербродов, одноразовую посуду и пакеты для мусора. Первые продукты потребления, изготовленные из материалов, способных к биологическому разложению, голландские предприятия намереваются выпустить в продажу уже к сентябрю следующего года.
Популяризация упаковки из материалов, способных к биологическому разложению, начнется в одном из городов, а затем проект распространится дальше. Как на странно, но самая сложная часть проекта – объяснить населению, что выгода использования материалов, способных к биологическому разложению, напрямую связана не только с чистой экологией, но и с энергопотреблением и низкими ценами на различные товары.
В Германии, например, в мае 2005 г. введены новые правила, регулирующие утилизацию упаковки. Директива German Packaging Directive предполагает освободить от налогов предприятия, поставляющие на рынок товары в биоразлагаемой упаковке. Поправка, которая была принята Верховной палатой немецкого парламента в Берлине, вошла в силу в январе 2005 г. Она гарантирует для сертифицированных упаковочных материалов на биооснове исключение из ключевых разделов Положения — вплоть до 2012 г., а это значит, что они изымаются из ряда перечней по возврату и утилизации отходов. По словам Харальда Каэба, председателя Ассоциации биоразлагаемых пластиков IBAW и автора изменений в Положении, это решение устраняет решающую помеху к использованию биоупаковки в Германии. «Определенно, это послужит толчком для использования биополимеров», — заявил он. Аналогичные схемы уже действуют в Великобритании и Италии. Упаковка, создаваемая на основе биоразлагаемых материалов, появилась и в странах СНГ. Например, в России финская компания Huhtamaki планирует построить завод для производства различных видов упаковки и одноразовой посуды на основе технологии BioWare. Для выпуска некоторых изделий специалисты этой фирмы используют пластик, создаваемый из PLA (полимолочной кислоты). Правда, в настоящее время PLA-упаковка от Huhtamaki в четыре раза дороже аналогичных изделий из полипропилена.
К сожалению, у нас в Украине пока еще рано говорить о производстве и широком спросе на биоразлагаемую упаковку. Однако если мы на самом деле готовимся войти в ЕС, где ужесточаются требования по использованию и утилизации упаковочных материалов, стоит уже сегодня серьезно задуматься о собственном производстве биоразлагаемого пластика и создаваемой из него экологически чистой и безвредной для человека упаковки.
|
