Экспертный обзор биоразлагаемых пластмасс: факты, история и применение

Вопреки распространенному убеждению, многие пластмассы могут биоразлагаться при правильных условиях. Идея биоразлагаемых пластмасс и полимеров возникла в начале 1980-х.

Бактериальные разрушители

Исследования бактерий, разрушающих пластик, датируются 1975 годом, когда японские ученые изолировали штамм Flavobacterium из сточных вод на нейлоновом заводе. Они выделили два бактериальных вида — Flavobacterium и Pseudomonas — производящие ферменты нейлоназы, способные расщеплять нейлон до мономеров. Эти микроорганизмы не существовали до изобретения нейлона в 1935 году, подчеркивая, как промышленные отходы могут стимулировать биологическую инновацию.

Биоразложение опирается на живые организмы, в первую очередь бактерии, для разрушения пластмасс.

Биоразлагаемые пластмассы делятся на две категории. Первые — настоящие биопластики из возобновляемого сырья, такие как поли-3-гидроксибутират (PHB) и полигидроксивалерат (PHV). Вторые — обычные нефтехимические пластмассы, модифицированные биоразлагаемыми добавками, ускоряющими микробиальное разрушение. Ароматические полиэстры в значительной степени устойчивы к микробиологическому воздействию, тогда как алифатические полиэстры — благодаря гидролизуемым эфирным связям — легко биоразлагаются. Одним из самых широко используемых биопластиков является полилактид (PLA), термопластичный алифатический полиэстер из возобновляемых культур: кукурузы, тапиоки и сахарного тростника. Несмотря на название, PLA — не поликислота, а полиэстер; он занимает второе место по мировому потреблению биопластиков.

Биоразлагаемые полимеры

При разложении биоразлагаемые полимеры дают безвредные конечные продукты — включая CO₂, N₂, H₂O, биомассу и неорганические соли. Эти материалы могут быть природными или синтетическими и обычно строятся на эфирных, амидных и эфирных связях. Пути их деградации зависят от молекулярной структуры и часто достигаются через конденсационные реакции или полимеризацию вскрытия кольца при производстве.

Биоразлагаемое ≠ Компостируемое

«Компостируемое» относится к материалам, превращающимся в компост или гумус при специфических условиях, тогда как «биоразлагаемое» просто указывает, что вещество может быть разрушено живыми организмами. Эффективность производства биопластиков из возобновляемого сырья остается предметом активного обсуждения.

Компостируемые пластмассы

Для производства 1 кг PLA требуется около 2,65 кг кукурузы. Глобальное ежегодное производство 270 млн тонн пластика — значительная часть которого заменяет обычные полимеры кукурузным PLA — вытесняет примерно 715,5 млн тонн кукурузы из пищевого запаса. Этот сдвиг происходит на фоне снижения урожайности из-за изменения климата, пока 40 % кукурузы уходит на этанол, 35 % — на корма, и лишь малая доля — на пищу для людей.

Хотя бактерии, переваривающие пластик, не являются полным решением для управления отходами, они демонстрируют удивительную способность расщеплять углеводороды.

Биоразлагаемые пластмассы применяются в широком спектре товаров народного потребления — упаковка, бутылки, банки, воздушные подушки, чайные пакетики, точилки для карандашей и ручки.

Есть вопросы или комментарии? Делитесь ими в разделе ниже.

Хотите глубже понять пластиковое производство? Скачайте наш бесплатный Глоссарий терминов пластмасс.