Размер:
A A A
Цвет: C C C
Изображения Вкл. Выкл.
Обычная версия сайта
EN

Федеральный исследовательский центр 
«Красноярский научный центр
Сибирского отделения Российской академии наук»

 Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»

Федеральный исследовательский центр 
«Красноярский научный центр
Сибирского отделения Российской академии наук»

Сибирские ученые рассказали, как сделать пластик более экологичным

21 января 2021 г. ФИЦ КНЦ CO РАН

Сибирские ученые рассказали, как сделать пластик более экологичным


Издание Наука в Сибири спросило ученых СО РАН, в том числе специалистов ФИЦ "Красноярский научный центр СО РАН" о том, как создается пластик, как его перерабатывать и делать более экологичным.




Пластическая масса (пластмасса, пластик) — материалы, основой которых являются высокомолекулярные соединения природного или искусственного происхождения. В последнем случае имеются в виду составы, получаемые в результате обработки природных полимеров, и полностью синтетические высокомолекулярные соединения.

Существует семь видов пластика. Чтобы узнать, какой из них вы держите в руках, нужно найти на дне изделия или на этикетке маркировку. В полиэтилентерефталате (ПЭТ, PET(E), 1) продают воду, газировку, молоко, масло. Также из ПЭТа часто делают прозрачные флаконы для шампуней, одноразовые пищевые контейнеры. Полиэтилен низкого давления (ПНД, PEHD, HDPE, 2): канистры, крышки для бутылок, флаконы для косметики и бытовой химии. Еще есть полиэтилен высокого давления (ПВД, PELD, LDPE, 4) низкой плотности, из которого изготавливают пакеты и пленку. Полипропилен (ПП, PP, 5): крышки для бутылок, ведра, стаканчики для йогурта, упаковки для линз, шуршащая пластиковая упаковка. Полистирол (ПС, PS, 6) бывает обычным и вспененным. Из вспененного делают пенопласт, контейнеры для яиц, подложки для мяса и фасовки. Из обычного полистирола — стаканчики для йогурта и упаковку для компакт-дисков, а также почти всю одноразовую посуду. Все эти виды можно сдавать на переработку.  

А вот поливинилхлорида (ПВХ, PVC, 3) лучше избегать, потому что его практически невозможно переработать. Обычно это оконные рамы, блистеры, упаковки из-под таблеток, а также тортов и творога, термоусадочная пленка, флаконы для косметики, игрушки. То же самое с «семеркой» (Other, другое, 7), которая не подлежит переработке. Это смесь различных пластиков или полимеры, не указанные выше. Такую маркировку чаще всего можно встретить на упаковке для сыра, кофе, корма для животных.

Насколько серьезна проблема загрязнения окружающей среды пластиком?

Время полного разложения пластика в природе по человеческим меркам огромное: быстрее всего разлагается полиэтилен, около 100 лет в почве, остальной пластик пищевого и непищевого назначения — несколько сотен лет. При этом срок эксплуатации большинства пластиковых изделий (более 90 %) очень короткий. Дальнейшая судьба, например, пластиковой упаковки различна. «Только около 15 % подвергается последующей переработке. Бо́льшая часть попадает на свалку, в Мировой океан или просто сжигается. Кроме того, выпуск пластиков сопровождается колоссальными выбросами в атмосферу углекислого газа (свыше 400 млн тонн в год). При производстве различных видов пластика может использоваться огромное количество химических веществ, причем часть из них являются опасными для человека. Когда полимеры распадаются, добавленные при производстве вещества (хлор, токсичные или канцерогенные антивоспламенители) попадают в окружающую среду, в том числе водоемы. Многие животные находятся под угрозой вымирания из-за поедания пластиков. Они умирают от удушья или от того, что пластиковый мусор не переваривается и заполняет желудок», — рассказывает старший научный сотрудник Института биофизики ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» кандидат биологических наук Наталья Жила. 

Более 40 стран уже установили законодательные ограничения и запреты на использование пластиковых пакетов на своих территориях (России в их числе нет). В сентябре 2018 года Европарламент принял финальную версию «Пластиковой стратегии», разработанную Еврокомиссией совместно с Европейским агентством по химическим веществам, предусматривающую запрет на пластиковые одноразовые трубочки, столовые приборы, ушные палочки и микропластик в косметике и моющих средствах, сокращение использования одноразовой посуды и повышение объемов переработки.

Как перерабатывают пластик

Часть полимерных материалов способна при нагревании переходить в высокоэластичные или вязкотекучие состояния, обеспечивающие возможность формования из полимеров различных изделий. Такие полимеры получили название термопласты. Для этого типа переходы из твердого состояния в высокоэластичное или вязкотекучее обратимы, что позволяет многократно перерабатывать изделия из термопластов. К ним относятся полиэтилен (из которого делают прозрачные пакеты), полипропилен (он идет на изготовление пленок, ковровых покрытий, нитей и волокон), полиэтилентерефталат (из него производят бутылки для напитков, некоторые виды волокон и пленок). Многие из них можно перерабатывать с помощью определенных растворов.
 
При этом очень важно тщательно сортировать пластиковые отходы. «К примеру, пластиковые бутылки для напитков делаются из полиэтилентерефталата, а крышки к ним — из полиэтилена. Это два совершено разных полимера, перерабатываемых разными способами. Даже небольшие примеси полиэтилена влияют на качество вновь изготавливаемых изделий, их внешний вид и особенно на механические характеристики. И если крышка относительно легко откручивается, то для удаления полиэтиленового кольца (части крышки) требуются определенные усилия. Процесс отделения полиэтиленовых деталей от основной части пластиковой тары плохо поддается автоматизации, требует много ручного труда. От одного цикла переработки к другому в полимере накапливаются посторонние примеси, ограничивающие возможность дальнейшего использования пластика. В этом случае из пластиков изготавливают изделия, для которых внешний вид имеет второстепенное значение, например упаковку для хранения и перемещения грузов разного типа, шпалы, пластиковые палеты», — подчеркивает заведующий лабораторией каталитических процессов синтеза элементоорганических соединений ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» профессор РАН, доктор химических наук Николай Адонин.
 
В противоположность термопластам существует другой тип пластиков, переработка которых в изделия сопровождается необратимой химической реакцией. Эти неплавкие и нерастворимые материалы получили название реактопластов, к ним относятся фенолформальдегидные (для изготовления фанеры, древесно-стружечных плит), полиэфирные, эпоксидные и карбамидные смолы. 
 
Некоторые пластики можно сжигать с получением энергии при отсутствии других возможностей утилизации. Для того чтобы минимизировать образование вредных продуктов, используют печи, способные разогреваться выше 1 000 °С, оборудованные специальными фильтрами, препятствующими выбросу вредных веществ в атмосферу. При низких температурах применяют пиролиз, приводящий, в зависимости от природы исходного полимера, к образованию ряда вредных веществ, таких, например, как диоксины, полициклические ароматические соединения. Помимо этого утилизацию полимерных отходов затрудняет необходимость их тщательной сортировки. Например, небольшая примесь поливинилхлорида в пластиковых отходах, содержащих в основном полиэтилен или полипропилен, делает невозможной утилизацию таких отходов сжиганием в обычных условиях.

Если я беру в супермаркете биоразлагаемые пакеты, они потом точно не распадутся на микропластик? 

Если пакет распадается на микрочастицы пластика — значит, он сделан не из биоразлагаемого материала. Именно такие оксоразлагаемые пакеты сейчас чаще всего продают в магазинах. Истинный биодеградируемый материал, например из пластика, синтезируемого естественным путем бактериями, распадается в окружающей среде на углекислый газ и воду. Такие пластики, в частности, производят красноярские ученые в Институте биофизики СО РАН и Сибирском федеральном университете. Промышленное производство подобных природных биоразрушаемых полимеров обходится достаточно дорого, поэтому из него в основном делают биосовместимые медицинские изделия. Но не исключено, что в случае крупнотоннажного производства цена упадет и из него можно будет производить и пакеты. 
 
Лаборатория, которой руководит Николай Адонин, занимается синтетическими высокомолекулярными соединениями, такими как полиэфиры. Один из них — полибутиленсукцинат — получают в результате реакции поликонденсации бутандиола с янтарной кислотой или ее эфиров с метиловым или этиловым спиртами. Он представляет наибольший интерес для изготовления пакетов (основного источника загрязнения) в силу небольшого объема и массы, а также из-за трудностей организации сбора и хранения пластиковых мешков. И полностью соответствует критериям биоразлагаемых полимеров, то есть может быть утилизирован посредством компостирования и биологического разложения (по требованию ГОСТ Р54530-2011 это должно происходить менее чем за шесть месяцев). Но есть обстоятельства, из-за которых полибутиленсукцинат не продвигается на рынке. «Прежде всего, отсутствует информация, как упаковка из полибутиленсукцината влияет на качество контактирующих с данным полимером продуктов и сроки хранения. Для каждого продукта нужно проводить исследования. Самая важная причина, препятствующая распространению, связана с его стоимостью. В России в настоящий момент полностью отсутствует сырьевая база. Для ее создания требуются серьезные инвестиции, которые вряд ли окупятся в кратчайшие сроки», — подчеркивает Николай Адонин.

Есть два основных метода получения пластиков: полимеризация и поликонденсация. Они различаются по механизму взаимодействия и другим факторам, но направлены на образование высокомолекулярных связей с большим числом низкомолекулярных исходных веществ, выделяемых из угля, нефти или природного газа, таких, к примеру, как бензол, этилен, фенол, ацетилен и другие мономеры. Биопластики, в свою очередь, получают из возобновляемых источников, например растительных жиров и масла, кукурузного крахмала, щепы, пищевых отходов.

Другое дело — «биоразлагаемые изделия» из частиц обычного пластика, в который введены добавки (например, крахмал), ускоряющие распад пластика на фрагменты — частицы микропластика. «Эти микрочастицы остаются в окружающей среде и могут разноситься ветром и течениями. Если их съест, например, планктонный рачок, фильтрующий воду, они могут застрять в его теле. Рачка съест маленькая рыбка, ее, в свою очередь, — большая. Так микропластик может передаваться по трофической цепочке и накапливаться в ее верхних звеньях. Иногда его пути могут быть и вовсе оригинальны. Многие насекомые проводят часть жизни в виде личинок в воде. Там они фильтруют воду и могут накопить в теле какое-то количество частиц пластика. После вылета в себе они несут пластик, который попадает в поедающих их птиц», — говорит ведущий научный сотрудник ИБФ СО РАН кандидат биологических наук Егор Задереев.

По словам Егора Задереева, опасность микропластика пока до конца не исследована. В теории большая его часть будет медленно оседать в составе поглотивших его и умерших естественным путем организмов на дно водоемов (океанов, морей, озер), там захораниваться и медленно разлагаться. Однако кусочки пластика, попавшие в организм, в зависимости от своего размера и успевших осесть на их поверхности примесей, могут вызвать если не летальные, то токсичные эффекты. «Негативные эффекты на здоровье обычно фиксируются при довольно высоких концентрациях пластика, существенно превышающих природные. Пока концентрации микропластика в воде ничтожны. Часто речь идет о единичных частицах на десятки или даже сотни литров. Но зато он есть практически повсюду. Например, ученые исследовали обычную соль, полученную выпариванием морской воды, из нескольких стран и обнаружили во всех образцах частицы пластика. Есть пластик и в глубинах Мирового океана, и в озере Байкал. Зачастую опасность макропластика более очевидна. Проглотившая бутылку морская черепаха или огромное пятно пластикового мусора на поверхности воды производят сильное впечатление на обычного человека. Проблема микропластика не так заметна. Не стоит говорить о том, что мы все умрем от частичек пластика внутри, но разбираться в его судьбе и опасности тоже придется», — отмечает Егор Задереев.
 

Источник: Наука в Сибири
Автор фотографии: Владимир Грищенко 


Поделиться:



Наверх