В 1907 году Лео Бэкеланд изобрел новый материал, бакелит, который стал первым настоящим синтетическим пластиком, состоящим из молекул, не встречающихся в естественном мире. Это был удивительный прорыв. Бакелит был прочным и термостойким, и ему можно было придать практически любую форму. В народе его называли «материалом тысячи применений».
Это мягко сказано. Сегодня пластмассы являются одним из краеугольных камней современной технологической цивилизации - прочные, гибкие, долговечные, не подверженные коррозии и, казалось бы, бесконечно универсальные. Пластиковые предметы окружают нас повсюду: от пищевых контейнеров и бутылок с молоком и газировкой, которые мы покупаем в супермаркете, до столешниц на наших кухнях и покрытия наших кастрюль. Мы носим одежду из пластиковых волокон, сидим на пластиковых стульях и путешествуем в автомобилях, поездах и самолетах с пластиковыми деталями. Пластмассы даже стали важным строительным материалом, используемым во всем, от изолированных стеновых панелей до оконных рам. Мы постоянно находим новые способы использования пластика.
Наша зависимость от пластика также имеет все более серьезную обратную сторону, потому что мы делаем так много его и так много выбрасываем. Из 9,1 миллиарда тонн (8,3 миллиарда метрических тонн) пластика, произведенного в мире с 1950 года, 6,9 миллиарда тонн (6,3 миллиарда метрических тонн) стали отходами, и только 9 процентов из них были переработаны. Остальное попадает на свалки и в Мировой океан, где пластиковое загрязнение разрушает дикую природу и вымывается на пляжи. Около 40% отходов приходится на выбрасываемую упаковку.
Но есть способ исправить это, потому что существуют более экологичные альтернативы пластику. Вот 10 из них.
10: Стекло
Давным-давно и мамы, и молочники наполняли стеклянные бутылки молоком. Теперь осмотрите свою кухню, и вы, вероятно, увидите много пластика - бутылки из-под воды, бутылки из-под газировки, контейнеры для хранения продуктов. Времена изменились.
Иногда вернуться в прошлое полезно. В отличие от пластика, который часто получают из ископаемого топлива, стекло делают из песка. Этот возобновляемый ресурс не содержит химических веществ, которые могут попасть в пищу или организм. И его легко перерабатывать - выбрасываете ли вы бутылки в мусорную корзину, чтобы превратить их в новые бутылки, или повторно используете стеклянные банки для хранения остатков. Конечно, стекло может разбиться, если его уронить, но оно не расплавится в микроволновой печи.
Стеклянные бутылки и банки потенциально на 100% пригодны для вторичной переработки, а стекло в них можно использовать повторно бесконечно, без потери качества и чистоты. Производители стекла приветствуют переработанное стекло, потому что, когда оно используется в качестве ингредиента для производства нового стекла, оно требует меньше энергии в печах. Производители контейнеров и производители стекловолокна (которые также используют переработанное стекло) вместе покупают 3,35 миллиона тонн (3,03 миллиона метрических тонн) переработанного стекла ежегодно.
Но мы могли бы намного лучше справиться с переработкой стекла. В 2015 году, последнем году, за который Ассоциация охраны окружающей среды США (EPA) располагает статистикой, американцы переработали лишь 26,4 % использованной стеклянной тары.
9: Многоразовые сумки для покупок
Когда пластиковые пакеты впервые появились на рынке, у нас был выбор: бумага или пластик. Сегодня все пластиковое. И если вы не такой сверхбдительный человек на кассе, вы обнаружите, что идете домой с сумкой для каждого предмета.
На самом деле, сложно совершить покупку, если ее сразу не выбросят в пластик. Неудивительно, что пластиковые пакеты кажутся вездесущими. США произвели поразительные 4,13 миллиона тонн (3,75 миллиона метрических тонн) пластиковых пакетов в 2015 году, самом последнем году, за который доступны данные, и только 530 000 тонн (481 000 метрических тонн) из них были переработаны. Остальные оказываются мусором в городах и поселках, и слишком многие попадают в океан, где ежегодно убивают миллионы морских черепах, птиц и морских млекопитающих. Но ты должен как-то тащить эти продукты домой. Ну так что ты делаешь? Многоразовые сумки для продуктов, для начала.
Вы можете украсить их узорами или напечатать название вашего банка/тренажерного зала/магазина замороженных йогуртов. Все раздают их, и они бывают из холста, тканого пластикового волокна, пеньки, хлопка и даже кожи. Вы найдете нейлоновые, которые складываются в сумку, достаточно маленькую, чтобы поместиться в вашем кармане. На самом деле подойдет любой тип сумки, независимо от того, предназначена она для продуктов или нет.
Бонус: избегая пластиковых пакетов, они не будут скапливаться в ваших шкафах, и вам не придется беспокоиться о том, куда они деваются, когда вы их выбрасываете.
8: Пластмассовые добавки
В то время как одни заняты разработкой заменителей пластика, другие стремятся сделать обычные термопласты биоразлагаемыми. Как? Добавляя добавки, называемыеконцентратами-продеградантами(PDC). PDC обычно представляют собой соединения металлов, такие как стеарат кобальта или стеарат марганца. Они способствуют процессам окисления, которые расщепляют пластик на хрупкие низкомолекулярные фрагменты. Микроорганизмы поглощают фрагменты по мере их распада, превращая их в углекислый газ, воду и биомассу, которая, как сообщается, не содержит вредных остатков.
Поищите аддитивные технологии, и вы столкнетесь с торговыми названиями TDPA (аббревиатура от Totally Degradable Plastic Additives) или MasterBatch Pellets (MBP). Они используются для производства одноразовых пластиков, таких как тонкие пластиковые пакеты для покупок, одноразовые подгузники, мешки для мусора, покрытия для свалок и контейнеры для пищевых продуктов (включая контейнеры для фаст-фуда).
При добавлении к полиэтилену (стандартный материал для пластиковых пакетов) в количестве 3 % PDC могут способствовать почти полной деградации; В течение четырех недель 95 процентов пластика превращается в благоприятные для бактерий фрагменты. Полимеры, содержащие PDC, хотя и не являются строго биоразлагаемыми («биоразлагаемыми»), более экологичны, чем их более чистые полимерные собратья, которые сотни лет лежат на свалках.
Недавнее исследование, проведенное исследовательской фирмой HIS Markit, показало, что стоимость биоразлагаемого пластика, проданного по всему миру, превысила 1,1 миллиарда долларов в 2018 году, и прогнозируется, что к 2023 году она вырастет до 1,7 миллиарда долларов.
Проблема с PDC?
Биоразлагаемый пластик выглядит и ощущается точно так же, как пластиковые изделия, которые мы рекомендуем перерабатывать. Так что же произойдет, если мы случайно переработаем эти биоразлагаемые пакеты? Что ж, последствия могут быть катастрофическими: ирригационные насосы из переработанного полиэтилена, загрязненные добавками PDC, вряд ли прослужат долго. На самом деле, переработчики пластика в Южной Африке настолько убеждены в невозможности не допустить попадания биоразлагаемых материалов, содержащих PDC, в потоки вторичной переработки, что хотят запретить их использование в этой стране.
7: Молочный белок
Все новорожденные млекопитающие выживают на нем. Без него не было бы мороженого. На самом деле нельзя отрицать ценность или удовольствие от молока.
Теперь ученые говорят, что это может помочь в производстве биоразлагаемого пластика для мебельных подушек, изоляции, упаковки и других продуктов. Да, исследователи оживляют идею превращения казеина, основного белка, содержащегося в молоке, в биоразлагаемый материал, который по жесткости и сжимаемости не уступает полистиролу.
Пластик на основе казеина известен с 1880-х годов, когда французский химик обработал казеин формальдегидом, чтобы получить материал, который мог заменить слоновую кость или панцирь черепахи. Но хотя он идеально подходит для украшений, которыми восхищалась даже королева Мария, пластик на основе казеина слишком хрупок для чего-то большего, чем украшение.
Ученые нашли способ сделать белок менее восприимчивым к растрескиванию благодаря силикатной глине под названиеммонтмориллонит натриязамораживание монтмориллонита натрия в губкообразный материал под названиемaerogel, они пропитали пористую сеть глины казеиновым пластиком. Результат? Материал типа полистирола, который при попадании в свалку начинает полностью разлагаться. Современный пластик на основе молока не так легко трескается благодаря силикатному каркасу, и они даже сделали материал менее токсичным, заменив формальдегид глицеральдегидом во время процесса.
Будущее казеинового пластика не определено, но замена его полистиролом на нефтяной основе определенно даст нам еще одну причину полюбить молоко.
6: Виноградные отходы
Винодельческая промышленность производит много отходов винограда - в основном твердый материал, который остается после прессования винограда для извлечения сока, который ферментируется в вино. (Это составляет около 25 процентов от веса винограда).
Но итальянская компания Vegea использует отходы винограда для изготовления синтетической кожи, которая могла бы заменить виниловую искусственную кожу, а также ткани для одежды.
Согласно статье в Horizon, журнале Европейского Союза о технологических инновациях, Vegea уже выпустила модную линию образцов носимой одежды для швейной компании H&M, которые были представлены на выставке 2017 года. В него вошли платья, обувь и сумки из отходов винограда.
В настоящее время Vegea расширяет свои производственные мощности для производства одежды из отходов винограда для продажи в магазины одежды, так что вскоре вы сможете добавить отходы винограда в свой гардероб. Материал из виноградных отходов может в конечном итоге появиться в мебели и автомобилях
5: Жидкое дерево
На очереди многообещающий биопластик или биополимер под названиемжидкая древесинаБиополимеры подделывают его; эти материалы выглядят, ощущаются и действуют точно так же, как пластик, но, в отличие от пластика на нефтяной основе, они биоразлагаемы. Этот конкретный биополимер получают излигнина на основе целлюлозы, возобновляемого ресурса.
Производители смешивают лигнин, побочный продукт бумажных фабрик, с водой, а затем подвергают смесь серьезному нагреву и давлению, чтобы создать формовочный композитный материал, который является прочным и нетоксичным. Немецкие исследователи использовали этот заменитель пластика в различных предметах, включая игрушки, футболки для гольфа и даже коробки для динамиков Hi-Fi.
В 2018 году издание Bioplastics News сообщило, что Кристофер Джонсон, исследователь из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США, разработал многообещающий процесс для улучшения преобразования лигнина в материал-заменитель пластмасс, а также нейлона..
Поскольку он сделан из дерева, он также может быть переработан в древесину.
4: Полиэфиры PCL
Следующие три позиции в этом списке - это биоразлагаемые пластики, называемыеалифатические полиэфиры В целом, они не так универсальны, как ароматические полиэфиры, такие как полиэтилентерефталат (ПЭТ), который обычно используется для изготовления бутылок для воды. Но поскольку ароматические полиэфиры полностью устойчивы к микробному разложению, много времени и усилий тратится на поиск жизнеспособных альтернатив алифатическим полиэфирам.
Возьмитеполикапролактон(PCL), синтетический алифатический полиэфир, который не производится из возобновляемых ресурсов, но полностью разлагается через шесть недель. компостирования. Он легко обрабатывается, но не используется в значительных количествах из-за производственных затрат. Однако смешивание PCL с кукурузным крахмалом снижает стоимость.
Биомедицинские устройства и нити уже сделаны из медленно разлагающегося полимера, и исследователи тканевой инженерии тоже изучают его. Он также применяется для продуктов, контактирующих с пищевыми продуктами, таких как подносы.
3: полиэфиры PHA
«Полиэфиры, произведенные естественным путем» может звучать как фраза, заимствованная из маркетинговой кампании, но накормите сахаром определенные виды бактерий, и вы получите линию по производству пластика.
Так обстоит дело сполигидроксиалканоатом(PHA)полиэфирами, двумя основными составляющими которые представляют собойполигидроксибутрат(PHB) иполигидроксивалерат(PHV). Эти биоразлагаемые пластмассы очень напоминают искусственный полипропилен. Хотя они все еще менее гибкие, чем пластмассы на нефтяной основе, вы найдете их в упаковке, пластиковой пленке и бутылках, изготовленных методом литья под давлением.
Издержки производства в основном поставили PHA в тень более дешевых пластиков на нефтяной основе, но небольшая изобретательность в поиске недорогого сырья может вскоре сделать его лучшим выбором. Кукурузный раствор, патока и даже активный ил могут поставлять сахар, необходимый бактериям для производства пластика.
ПГА разлагаются путем компостирования; композит PHB/PHV (92 части PHB/8 частей PHV, по весу) почти полностью разрушается в течение 20 дней культивирования анаэробным сброженным илом, рабочей лошадкой биологических очистных сооружений.
ПГА уже используются в различных продуктах, включая одноразовую упаковку для продуктов питания, напитков и различных потребительских товаров. Они также используются в медицинских целях, таких как швы, и для изготовления сельскохозяйственной фольги, используемой для хранения тюков сена.
2: Полиэстер PLA
Производство пластика из переработанной кукурузы может показаться несбыточной мечтой, но это происходит каждый день. Полимолочная кислота, илиPLA, является еще одним алифатическим полиэфиром, который может быть получен из молочной кислоты, которая производится путем ферментации крахмала во время мокрого помола кукурузы.. Хотя PLA чаще всего получают из кукурузы, PLA также можно производить из пшеницы или сахарного тростника
PLA выглядит и работает аналогично полиэтилену, используемому в пластиковой пленке, упаковочных материалах и бутылках, а также может использоваться в качестве заменителя полистирола, используемого в пенопластовых пищевых тарелках и контейнерах, а также в пластиковых столовых приборах. Но в отличие от обычных пластиков на нефтяной основе, PLA имеет ряд больших преимуществ. Во-первых, поскольку он сделан из растений, которые поглощают углекислый газ по мере роста, нет чистого увеличения количества углекислого газа из его сырья. Исследование, проведенное в 2017 году, показало, что переход с обычного пластика на PLA сократит выбросы парниковых газов в США на 25 процентов.
ПЛА имеет преимущество в том, что он быстро биоразлагается в правильных условиях. Если пластик отправить на промышленное предприятие по компостированию, где он постоянно подвергается воздействию тепла и микробов, он может разложиться за два-три месяца. Однако если его выбросить на свалку, он не сломается быстрее, чем обычный пластик.
1: полимеры на основе крахмала
Являясь полностью биоразлагаемым, недорогим, возобновляемым и натуральным полимером, крахмалу уделяется большое внимание при разработке устойчивых материалов. Однако когда дело доходит до замены пластика, крахмал не поможет; его плохие механические свойства означают, что он имеет ограниченное применение для изготовления прочных изделий из пластика.
Одна из самых горячих тенденций в разработке биоразлагаемых пластиков может сделать полимерные композиты более биоразлагаемыми. Вы называете это, и крахмал, вероятно, был объединен с ним, хотя и с разной степенью успеха.
Крахмал обычно смешивают с алифатическими полиэфирами, такими как PLA и PCL, и поливиниловым спиртом, чтобы получить полностью биоразлагаемый пластик. Добавление крахмала также снижает затраты на производство пластика. Но содержание крахмала должно превышать 60 процентов от состава композита, прежде чем он окажет значительное влияние на деградацию; по мере увеличения содержания крахмала полимеры становятся более биоразлагаемыми. Имейте в виду, однако, что добавление большего количества крахмала также влияет на свойства пластика. Если вы ненадолго положите мокрые листья в мешочек с крахмалом, у вас будет беспорядок, когда вы пойдете за мешком.
Итак, несмотря на то, что не существует серебряной пули, позволяющей сделать пластик более экологичным, сочетание возрождения старых идей и революционных пластиковых технологий является шагом в правильном направлении.
Часто задаваемые вопросы об альтернативах пластику
Можно ли заменить пластик биоразлагаемыми альтернативами?
Да. Экологически чистая и компостируемая багасса - идеальная замена пластику, когда вам нужны одноразовые стаканчики, тарелки и коробки для еды на вынос.
Являются ли пластиковые альтернативы более безопасными для окружающей среды?
Исследования показывают, что замена пластика альтернативными материалами поможет уменьшить ущерб окружающей среде.
Что может быть альтернативой пластику?
Существует множество экологически чистых альтернатив, таких как нержавеющая сталь, стекло, бамбук, ткани из натуральных волокон и керамика, в зависимости от того, чем вы пытаетесь заменить пластиковый предмет.
В чем преимущество использования бамбука вместо пластика или дерева?
Бамбук - это натуральный и возобновляемый материал, обладающий противогрибковыми и антибактериальными свойствами. Он также биоразлагаем.