Биоразлагаемые пакеты – эко-решение мусорного вопроса

       Открытие реакции полимеризации этилена с образованием полиэтилена стало для человечества таким же эпохальным событием, как возникновение стеклоделия или начало эры нефтепереработки. Довольно быстро нашлось и практическое применение новым термопластам – из HDPE, LDPE, MDPE начали изготавливать пакеты типа «майка», «банан», «петля». Удобная, безопасная и практичная упаковка так прижилась в производстве, торговле и в быту, что вскоре экологи забили тревогу – стали красочно рисовать апокалипсическую картину мусорной «джомолунгмы», в которую стала превращаться поверхность нашей планеты. Тогда химики взялись за работу и изобрели биоразлагаемые пакеты.

       Казалось бы, с их появлением проблема была решена. Ведь эко пакеты в природе разлагаются за пару лет, да еще и подлежат вторичной переработке (по крайней мере, био пакеты, изготовленные с добавлением оксо-деградационных добавок, например, D2W компании Symphony Environmental Technologies plc. Но споры вокруг этой темы не утихают. Чтобы расставить все точки над "i", мы решили разобраться в вопросе детально и беспристрастно.


Картинка биоразлагаемый пакет с петлевой ручкой - статья

Что делать с пластиковым мусором?

       Человечество производит огромное количество мусора. По данным Госстатистики Украины, каждый житель нашей страны за год отправляет на свалку 271 кг отходов (немец – 626 кг, так что «мусорим» мы не больше европейских стран). Но вся западная Европа успешно перерабатывает свой мусор (а Швеция даже скупает у соседей – своего не хватает). А у нас на полигонах уже скопилось около 13 млрд. тонн отходов, что «в пересчете на Джомолунгму» превышает размер самой высокой горы мира (8,848 км). Если же пересчитать размер украинского «мусорного эвереста» в кубометрах и «сложить» из него гору с диаметром основания 20 км, то в высоту она достигнет 10 км.


Существует 3 способа решения вопроса:

1. Складировать на полигонах

Возникающие проблемы:

  • накопление биоинертной массы с токсичными соединениями, которые попадают в воду;
  • скопление в почве химических веществ с патогенной микрофлорой;
  • образование «свалочных газов» с парниковым эффектом.

2. Сжигать

Возникающие проблемы:

  • загрязнение воздуха и ухудшение без того неблагополучной экологической обстановки.

3. Перерабатывать на вторсырье

Возникающие проблемы:

  • большие энергозатраты;
  • отсутствие культуры сортировки мусора в Украине, инфраструктурная и ментальная неготовность населения к цивилизованному сбору отходов.

Поэтому нам нужно развивать производство эко пакетов. И такие технологии уже не просто существуют, но и активно используются. В частности, у нас можно прямо сегодня эко пакеты купить. Заинтересовались? Тогда давайте разберем их «по косточкам», чтобы понять, что представляют собой пакеты биоразлагаемые, какие у них есть преимущества и недостатки.


Что такое биопакеты и какими они бывают?

       Биопакеты – быстро биодеградирующая в природе упаковка, в остальном имеющая такие же эксплуатационные свойства, как привычные нам «майки» и «бананы». Биодеградация представляет собой разложение сложных веществ на простые составляющие. Проще говоря, это распад продукта на мелкие частицы под действием влаги, атмосферного озона, ультрафиолета, температуры, микроорганизмов, грибов и др.

Процесс проходит в 3 этапа:

  1. биоповреждение или деструкция;
  2. фрагментация;
  3. ассимиляция.

Обычный полиэтилен – редкий долгожитель. В естественных условиях он разлагается веками. Но уже есть технологии, которые значительно ускоряют процесс разложения упаковки.


       На сегодняшний день в промышленных масштабах практически или теоретически можно производить:

1. Гидроразлагаемые пакеты из биопластиков: кукурузного и картофельного крахмала, целлюлозы, белков (соевых, казеина, глютена), касторового масла (PA 410), ГМ-кукурузы и др. Однако производство многих из них слишком дорого и энергозатратно, а разлагаются они только в специально созданных для компостирования условиях. Поэтому специалисты считают, что это не выход из положения.

«Выращивать огромные объемы сельскохозяйственных культур, чтобы превратить их в одноразовые предметы, – значит совершенно нерационально использовать ресурсы планеты», – говорит один из ведущих российских специалистов по экополитике А. Иванников.

2. Оксо-биоразлагаемые пакеты: изготавливаются из полиэтилена с добавками (модификаторами термопластов): D2W компании Symphony Environmental Technologies plc (Великобритания), ADDITECH ® ОХ (Аддитех) компании «Техноком» (Украина) и др. Биоразлагаемые полимеры быстро разрушаются в естественных условиях с образованием безвредных простых веществ (воды, углекислого газа, метана, биомассы) в результате микробиологических процессов, поэтому не вредят природе и не ухудшают состояние экологии. Заказать оксо - биоразлагаемые пакеты можно перейдя по ссылке здесь.



Картинка биоразлагаемый пакет с прорубной ручкой - статья

Промышленное производство биоразлагаемых пакетов с модифицирующими добавками     

       Производство синтетических биодеградирующих термопластов еще сравнительно недавно казалось фантастикой. Но благодаря появлению современных технологий задача стала вполне решаемой.

       Ученые выяснили, что необходимо модифицировать полиэтилен таким образом, чтобы он подвергался деградации в 2 этапа:

  1. Разрушение кристаллической макромолекулярной структуры под действием химических и физических факторов окружающей среды (тепло, свет, вода, озон, солнце, кислород).

  2. Усвоение остатков биологическими микроорганизмами (грибами, бактериями, насекомыми) с последующей деградацией до углекислого газа, воды и других безопасных компонентов.

       Обычные полимеры имеют большой размер молекул и прочные связи в кристаллической структуре. Чтобы ускорить процесс их разложения, нужно использовать для производства полиэтилена нестойкие композиционные полимеры с добавками, которые способствуют деградации термопласта.

       Сделать полимерный материал биологически разрушаемым можно путем введения в его состав наполнителя, который за счет заместителей в боковой группе ослабит кристаллическую структуру и ускорит воздействие химических, физических и биологических факторов, способствующих деградации.

       Но при этом необходимо использовать такой наполнитель, который не изменит эксплуатационные свойства полиэтилена. То есть материал для производства эко-пакетов останется столь же прочным, безопасным, нетоксичным, не расползется на куски на складе или в руках у покупателя.


Разработки велись в нескольких направлениях:

  • использование композита из смеси синтетических и натуральных полимеров (крахмала, хитина, хитозана);

  • синтез композиционного полимера с биоразлагаемыми компонентами, которые выступают в роли катализатора реакции разложения основного полимера;

  • введение в макроцепь молекул с функциональными группами, подверженными фотодеструкции (дитиокарбонатов, винилкетоновых мономеров, сополимеров этилена с оксидом углерода и др.).

       Последний метод и зарекомендовал себя лучше остальных. В частности, широкое распространение получило использование биоразлагаемой добавки D2W (органического дитиокарбоната), которую производит компания Symphony Environmental Technologies plc (Великобритания). Именно ее мы используем в производстве эко пакетов для продуктов «МПАК».

       Процесс производства биоразлагаемых пакетов аналогичен традиционной технологии. В экструдере изготавливается пластичная масса, из которой затем выдувается рукав. Далее полиэтилен можно ламинировать, наносить на него рисунок методом флексопечати, изготавливать из него эко-упаковку.


Как работает оксо-биоразлагаемая добавка D2W

       Процесс разрушения полиэтилена с добавкой D2W происходит за счет последовательного окисления и биоразложения.

Схематически его можно изобразить следующим образом:

Рисунок 1

Картинка разрушения углеродных связей в био пакете

       Продеградант D2W разрушает углеродные связи и активирует распад длинных молекулярных цепочек полиэтилена. Во время абиотической фазы образуются молекулы с короткими цепочками и малой молекулярной массой. Полиэтилен теряет прочность, становится хрупким, распадается на клочки.


Рисунок 2

Картинка образования гипероксида в био пакете

       Образовавшиеся свободные радикалы под воздействием кислорода образуют гидропероксид, полиэтилен приобретает гидрофильность – впитывает воду и разбухает.


Рисунок 3

Картинка биоразложения эко пакета

       

       Образовавшиеся гидропероксиды начинают биоразлагаться естественным путем. Они становятся доступными для микроорганизмов, которые перерабатывают их с образованием воды, углерода и биомассы (кетонов, альдегидов, сложных эфиров и др.).

       Шведский профессор Ignacy Jakubowicz, ведущий специалист научно-исследовательского института RISE, руководитель отдела исследований и разработок химии материалов и поверхностей, автор более 30 научных работ, описывает действие D2W следующим образом:

       «Процесс оксобиоразложения полиэтилена представляет собой не только фрагментацию, но и полное изменение структуры термопласта из высокомолекулярного полимера к мономерным и олигомерным фрагментам и от углеводородных молекул к кислородсодержащим молекулам, которые подвержены биоассимиляции».


Важные преимущества использования D2W:

  1. Несущественное изменение состава полиэтилена –  в композитную смесь вводится всего ~ 1% продеграданта.
  2. Безопасность и нетоксичность – биоразлагаемая майка столь же безвредна для здоровья людей, как и ее «вечные братья».

  3. Неизменность физико-механических характеристик – эко пакеты по прочности, удобству, внешнему виду не отличаются от обычных.

  4. Естественная биоразлагаемость – био пакетам не нужны какие-то особые условия, которые можно создать только на полигонах промышленного компостирования (как биополимерам с растительными добавками). Они будут разлагаться в реке, в земле, в лесу, на обычной свалке – везде, где есть солнечный свет, влага, микроорганизмы. И через 1-2 года полностью «растворятся в природе» с образованием воды, гумуса, углекислого газа.

  5. Возможность вторичной переработки –  их можно использовать для производства полиэтилена из вторсырья. Конечно, если еще не начался процесс биоразложения.

  6. Низкая стоимость – незначительное изменение себестоимости продукта позволяет производителю предлагать клиентам биоразлагаемые кульки по весьма демократичной цене.

  7. Универсальность – D2W можно использовать для производства «маек» и «бананов», упаковки для продуктов питания, медицинских бахил, одноразовых перчаток и др.

Внедрение новых технологий действительно может спасти нас от мусорного коллапса и сохранить окружающую среду.



Картинка биоразлагаемые пакеты - статья


Вы забыли съесть… свой пакет    

       Одно из самых интересных ноу-хау – съедобные пакеты. Их прародителями смело можно назвать самую разную упаковку из съедобных материалов: японскую одноразовую посуду из прессованной рисовой муки, знакомые всем нам с детства вафельные стаканчики. А не так давно в Германии начали производить баночки и коробочки из желатина, крахмала, природной целлюлозы, в которых продают десерты, овощные и мясные блюда, супы, лапшу, сухие завтраки и др.

       Не отстают и другие страны. Например, в Бразилии можно купить пиццу в упаковке из…томатного пюре. Ее можно смело отправлять в микроволновку и съедать вместе с любимой «Маргаритой» или «Пепперони».


       Бразильская сеть ресторанов Бобс (Bob’s) предлагает клиентам съесть гамбургер вместе с бумагой.

Картинка упаковки гамбургера с бумагой


       Компания Lavazza предлагает для своих клиентов съедобную чашку для кофе. Её внешний слой изготовлен из итальянского печенья Amarettini по специальному рецепту, а внутренний слой состоит из сахарной глазури, которая неспеша подслащивает эспрессо и предотвращает впитывание напитка.


Картинка съедобная чашка для кофе


       Вообще-то съедобной пленкой уже никого не удивишь – она производится в мире более полувека. Но в этой интересной теме существует такой огромный потенциал, что над ней просто-таки кипит работа.

       Пару лет назад группа студентов и преподавателей одного из вузов Украины создали съедобные кульки из расплавленного полисахарида, на вкус напоминающие обычную лапшу. Креативные изобретатели со своим стартапом приняли участие в конкурсе University Startup World Cup и победили в номинации Sustainability awards.

       Они представили довольно прочные кульки (выдерживают до 4-х кг), которые можно поместить в микроволновку, отправить в морозилку, съесть самостоятельно или предложить кому-то из своих хвостатых или рогатых домашних питомцев.

       Так что не стоит удивляться, если за границей вам в кафе предложат съесть свою… упаковку от гамбургера или тарелку от пиццы. Наряду с биоразлагаемыми пакетами, этот альтернативный метод решения мусорного вопроса пользуется все большей популярностью.

       Проблему мусорного апокалипсиса может решить слоган в защиту природы: «Купи био пакет – спаси планету». И мы уверены, что в ближайшем будущем он обязательно станет девизом нового мирового эко-флешмоба.



Вверх