С тех пор как бакелит был открыт в 1907 году как первый синтетический пластик – он использовался в качестве электрического изолятора – этот легкий, прочный и пластичный класс материалов помог создать современный мир. Пластмассы являются основным ингредиентом при проектировании и производстве продукции, и их использование, особенно в качестве предметов одноразового использования, таких как бутылки для воды и пищевая упаковка, расширяется. Общий вес пластиков, производимых в год, в настоящее время составляет более 380 миллионов тонн, а к 2050 году он превысит 900 миллионов тонн.
Но, как и ископаемое топливо, из которого они производятся, пластмассы могут иметь негативные последствия для окружающей среды. По оценкам, к 2050 году около 12 миллиардов тонн пластиковых отходов будут лежать на свалках или загрязнять природную среду. Для сравнения, в 2015 году это число составляло около 4,9 миллиарда тонн. Использованные пластмассы также составляют значительную часть топлива, подаваемого в мусоросжигательные заводы, вырабатывающие энергию, которые являются источником выбросов углерода. Документальные фильмы, подобные тем, которые озвучил Дэвид Аттенборо, привлекли внимание к опасности для окружающей среды, которую представляют пластиковые отходы. Кадры с выброшенными бутылками с водой, удушающими морских обитателей, также помогли вызвать общественный резонанс и выдвинули проблему пластикового загрязнения на глобальную повестку дня.
Хотя многие пластмассы теперь имеют символ переработки, на практике переработка пластмасс является грубым и энергоемким процессом. Переработанный пластик, как правило, более низкого качества — у него меньшая прочность, чем вновь произведенный пластик. Все чаще потребителям продаются продукты, изготовленные из биоразлагаемых пластиков, полученных из растительных источников или обогащенных кислородом и другими химическими веществами, которые позволяют им разлагаться в окружающей среде. Однако это усложняет усилия по переработке, поскольку биоразлагаемые пластмассы отрицательно влияют на качество переработанных пластмасс, а у предприятий по переработке не существует надежного способа отделить эти пластмассы от других форм.
Как можно создать более экологичные пластмассы, стало сегодня одним из самых больших и актуальных вопросов в химии. Исследователи из многих отраслей в настоящее время работают над способами сокращения пластиковых отходов и повышения шансов на их переработку.
Об одной такой попытке сообщается в выпуске журнала Nature на этой неделе. Штефан Мекинг и его коллеги из Университета Констанца в Германии описывают новый тип полиэтилена — один из наиболее распространенных типов одноразового пластика, — который можно перерабатывать путем восстановления большей части исходных материалов, а с этим трудно справиться. существующие материалы и технологии переработки.
Этот новый пластик нуждается в дальнейших испытаниях и оценке его воздействия на существующую инфраструктуру переработки. Это потребует другой технологии переработки, отличной от той, которая доступна в существующих центрах переработки. Если будет достигнут консенсус в отношении того, что его следует использовать, и если его можно будет расширить, это может ускорить переход к переработанному пластику. Это может быть частью решения, позволяющего сделать использование пластика менее вредным.
Но одна химия может продвинуть нас лишь до определенного момента. Если мы хотим сократить сжигание пластика и накопление материалов в океанах и на свалках, промышленность не сможет продолжать производство пластика нынешними темпами. Компаниям необходимо взять на себя больше ответственности за полный жизненный цикл своих пластиковых изделий. И чтобы это произошло, правительствам необходимо будет ввести больше правил, а предлагаемый договор Организации Объединенных Наций по пластику также должен добиться успеха.
Односторонняя система
Пластмассы изготавливаются путем объединения цепочек простых молекулярных строительных блоков. Нелегко запустить этот процесс в обратном направлении, чтобы создать материалы для повторного использования, хотя исследователи добились определенного прогресса. Основным препятствием на пути к улучшению переработки пластмасс является то, как разорвать химические связи систематическим и низкоэнергетическим способом, чтобы восстановить ценные материалы, которые затем можно будет использовать для производства столь же высококачественных пластмасс.
Есть несколько способов дать пластику загробную жизнь. К ним относится механическая переработка — при которой их измельчают, плавят и повторно используют в качестве пластика более низкого качества. Другой вариант — химическая переработка пластика путем разрыва связей, которые удерживают длинные молекулы пластика вместе, создавая более мелкие полезные молекулы, из которых можно превратить новые пластики. Последний подход, возможно, более сложный из двух, — это то, над чем работают Мекинг и его коллеги.
Эта команда — одна из нескольких в мире, которые пытаются найти способ переработки полиэтилена. Используя возобновляемый источник, Мекинг и его коллеги создали прочный полиэтиленоподобный материал, который содержит химические группы, которые легче расщепить, чем группы обычных пластиков, что позволяет разобрать материал на этапе переработки. Ученым удалось восстановить почти весь исходный материал посредством процесса переработки и переделать из него полиэтиленоподобный материал.
Эта работа идет вслед за работой другой команды, которая сообщила об аналогичных результатах в октябре. Сюзанна Скотт из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и ее коллеги использовали катализатор, помогающий расщепить полиэтилен на более мелкие молекулы, которые можно было бы использовать в качестве исходных блоков для производства различных типов полимеров.
Это умная химия и жизненно важные исследования. Теперь этот подход необходимо изучить для различных типов пластика и в более крупных масштабах. Но пока использование пластика продолжает расти, сама по себе переработка не уменьшит загрязнение пластиком.
Промышленность это прекрасно понимает и занимается — хотя и не так активно, как нужно — вопросом о том, как сократить выпуск продукции. Пятая часть компаний, производящих или использующих пластиковую упаковку, взяли на себя обязательство под названием «Глобальное обязательство по новой экономике пластмасс», созданное Фондом Эллен Макартур и Программой ООН по окружающей среде. Подписавшиеся стороны обещают увеличить переработку пластмасс в рамках более широкой приверженности принципам экономики замкнутого цикла, которые направлены на достижение непрерывного использования ресурсов и устранение отходов. Но, согласно последнему отчету, прогресс неравномерен, особенно когда речь идет о сокращении одноразовой упаковки и переходе на полностью многоразовую упаковку.
Очевидно, что компании необходимо подталкивать или оказывать более сильное давление, чтобы они действовали. Если бы от них требовали взять на себя ответственность за весь жизненный цикл своих пластиковых изделий, они были бы менее склонны использовать материалы, которые трудно повторно использовать или перерабатывать. С этой целью предлагаемый глобальный договор, который описывается как эквивалент Парижского климатического соглашения по загрязнению пластиком, должен добиться успеха. В прошлом договоры, направленные на борьбу с изменением климата и потерей биоразнообразия, встречали сопротивление и даже ослаблялись некоторыми представителями промышленности и правительствами, заинтересованными в ископаемом топливе. История не может повториться; у планеты нет времени.
Химики подарили миру пластик более века назад. Но эти чрезвычайно полезные материалы теперь являются серьезным источником экологических проблем. К счастью, химики как в научных кругах, так и в промышленности полны решимости найти экологически безопасный способ переработки пластмасс. Компании и правительства теперь должны активизировать свою деятельность и взять на себя ответственность за свою роль в накоплении пластиковых отходов. Действия не могут произойти слишком рано.
Природа 590, 363-364 (2021 г.)
дои: https://doi.org/10.1038/d41586-021-00391-7
