Будущее пластика: умный дизайн полимеров и биоразлагаемые альтернативы

Несмотря на усилия по переработке и сокращению использования, проблема пластиковых отходов растёт. Новое исследование Лундского университета (Швеция) утверждает, что для трансформации переработки необходимо уделять больше внимания составу пластика. В работе представлены стратегии по повышению рециклинга за счёт более умного дизайна полимеров и перехода на углеродно-нейтральные биополимеры.

Проблема масштаба и переработки

• Глобальное производство пластика превышает 300 миллионов тонн в год.
• Из 14% пластика, собираемого для переработки:
  • 8% превращается в пластик более низкого качества.
  • 4% теряется в процессе.
  • 2% перерабатывается в пластик того же или эквивалентного качества.
• 95% стоимости пластика как упаковки теряется после очень короткого первого использования.

Пластик и полимеры: основа для изменений

Пластик — это общий термин для материалов с разными свойствами. Он состоит из одного или нескольких полимеров, смешанных с добавками. Полимеры создаются из небольших молекул-«строительных блоков».

• Большая часть пластика производится из ископаемого масла.
• Менее 1% всего пластика производится из биоосновы (сахарный тростник, кукурузный крахмал, растительные масла).

Ключ — в дизайне полимеров

«Мы должны начать уделять больше внимания дизайну полимеров, чем раньше», — говорит профессор Раджни Хатти Каул. Важно разрабатывать полимеры, которые способствуют увеличению уровня переработки.

Устойчивость к механической переработке

Сейчас пластик в основном перерабатывается механически (сортировка, измельчение, мойка, экструзия). Этот процесс связан с высокими температурами, поэтому необходимы биополимеры, способные выдерживать высокую температуру плавления или температуру стеклования.

«Чем выше температура, которую полимер выдерживает, не теряя свойств, тем выше качество вторичного материала», — отмечает Раджни Хатти Каул.

Химическая переработка

Дизайн полимеров, позволяющий селективно разлагать их до молекул-«строительных блоков» (химическая переработка), — перспективное направление.

«Селективное разложение биополимеров — отличное решение для разделения и переработки полимеров из разных смесей пластика», — говорит профессор.

Необходимые направления исследований

1. Разработка портфолио углеродно-нейтральных «строительных блоков» для получения полимеров с нужными характеристиками.
2. Использование микроорганизмов и ферментов как для производства, так и для переработки биополимеров.
3. Исследование потенциала лучших биокатализаторов (ферментов) для синтеза полимеров (полимеризации) и их селективного разложения.

Преимущества и перспективы

Умный дизайн биополимеров может:

• Повысить уровень и функциональность переработки пластика.
• Сделать производство полимеров более энерго- и ресурсоэффективным.
• Создать альтернативы из отходов сельского и лесного хозяйства или газов (CO₂), что сделает производство пластика устойчивым без влияния на землепользование.

Вывод

«Существуют серьёзные препятствия для углеродно-нейтральных альтернатив, не в последнюю очередь из-за цены, так как ископаемое масло всё ещё дешевле. Однако больший фокус на дизайне полимеров — важный шаг в правильном направлении к циркулярной экономике пластика», — заключает Раджни Хатти Каул.