Полимерная упаковка выходит из оборота почти сразу же после того, как товар попал в руки покупателя. Отходы полимеров, в том числе и упаковочных материалов, подвергают либо захоронению в земле, либо утилизации, которая осуществляется по одному из трех направлений: сжигание, пиролиз, рециклинг. Очевидно, что ни захоронение, ни утилизация не улучшают экологическую обстановку.
И хотя до недавнего времени долговечность синтетических полимеров считалась их главным достоинством, согласно современным представлениям сопряжена со значительными проблемами и в перспективе представляет серьезную угрозу для экологии.
Радикальным решением проблемы полимерного мусора, по мнению ряда специалистов, является создание полимеров, способных при соответствующих условиях подвергаться биодеградации (то есть биоразложению) с образованием безвредных для живой и неживой природы веществ.
В таком подходе, вообще-то, нет ничего нового — индустрия пластмасс началась с использования в качестве сырья природных ингредиентов (натурального каучука и нитроцеллюлозы). Полимеры, аналогичные природным, применяются довольно давно. Полимеры на основе гидрата целлюлозы используется для кондитерских товаров и для упаковки сосисок, а на основе ацетат целлюлозы — применялся для упаковки сухих продуктов без жиров.
Первоначально, идея создания синтетических полимеров заключалась как раз в том, чтобы создавать материалы, отличающиеся исключительно высокой стойкостью к воздействию факторов окружающей среды. А теперь, формируется новый подход к разработке полимерных материалов, диаметрально противоположный традиционному. Необходимо получение полимеров, которые сохраняют эксплуатационные характеристики только в течение периода потребления, а затем претерпевают физико-химические и биологические превращения под действием факторов окружающей среды и легко включаются в процессы метаболизма природных биосистем.
Считается, что полимерные материалы на основе растительного сырья — зерновых, древесины, крахмала, полисахаров — разлагается на полностью безопасные компоненты: воду, диоксид углерода, биомассу, и другие естественные природные соединения, то есть обеспечивают абсолютную экологичность процессов утилизации. К тому же запасы растительного сырья могут возобновляться вечно. Однако, это слишком упрощенный взгляд на проблему, и все не так просто, как кажется на первый взгляд. Для того, чтобы идея биоразложения полимерного материала реализовалась, необходима совокупность трех основных факторов:
— соответствующие условия окружающей среды;
— наличие микроорганизмов, селективно действующих на полимерный материал;
— полимерные материалы определенной химической структуры.
Если один из этих элементов отсутствует, то биоразложение как экологическая идея просто не реализуется. Примером могут служить газеты или яичная скорлупа, которые после длительного пребывания в земле или на свалках почти полностью сохраняются.
Биоразлагаемые полимерные материалы по способу их изготовления можно разделить на несколько основных групп:
— полимеры на основе природных полимеров (натуральный каучук, белки, полисахариды, хитин, эпоксидированные масла, полимеры из ненасыщенных растительных масел, лигнин, поллулан и т.д.);
— химически синтезированные полимеры;
— микробиологические синтезированные полимеры и их смеси;
— композиционные материалы.
Специалисты пока не пришли к единому мнению относительно классификации биоразлагаемых полимеров. Например, имеются классификации, основанные на технологических подходах к решению проблемы биоразложения полимеров. Выделяются следующие направления:
— селекция специальных штаммов микроорганизмов, способных осуществлять деструкцию полимеров;
— синтез биоразлагаемых полимеров методами биотехнологии;
— синтез биоразлагаемых полимерных материалов, имеющих химическую структуру, сходную со структурой природных полимеров;
— разработка материалов, производимых с использованием возобновляющихся биологических ресурсов.
Основной перспективный и многообещающий пластик для пищевой промышленности — полилактид, водостойкий, биоразлагемый гидролизом до углекислого газа, воды и метана, полимер, хорошо компостируемый. Спектр его использования в пищевой промышленности обширен: ламинирование бумаги для упаковки, посуда для микроволновых печей, мешки для отходов, одноразовая посуда, упаковка для пищевых продуктов. На основе полилактидов получают сополимеры с гликолидами, капролактоном, пластифицируют собственным мономером и олигомером.
В действительности, перечень полимерных материалов, способных к биоразложению гораздо шире, и поиск альтернативного сырья для полимеров имеет довольно продолжительную историю. Корни этих поисков уходят в 30-е годы, когда промышленный магнат Генри Форд исследовал возможность использования полимерных материалов на основе соевых культур для различных комплектующих своих автомобилей.
Реальный успех был достигнут значительно позднее. Биоразлагаемые материалы с активным растительным наполнителем впервые появились в 70-80-е годы ХХ века на рынке упаковки в США, Италии, Германии. Это были композиции крахмала с различными синтетическими полимерами. По сравнению с термопластами на основе пластифицированного крахмала они удачно сочетали технологичность и высокие эксплуатационные характеристики, присущие синтетическому компоненту, со способностью к биодеструкции, обусловленной наличием в их составе природного полимера — крахмала.
Сейчас перспективы роста потребления биоразлагаемых полимеров улучшаются. Сформировалась рыночная ниша, появились рентабельные предприятия, свойства новых биополимеров стали приближаться к характеристикам традиционных полимерных материалов — полистиролу, полипропилену и т.д.
Сейчас доступными считаются более 30 различных биополимеров, которые находят широкое применение не только на рынке упаковки, но и в текстильной промышленности, сельском хозяйстве, медицине, строительстве. Практически все крупные в области производства полимерной продукции фирмы предложили свои ассортимент биоразлагаемых материалов.
Наиболее успешным считают проект, предложенный совместным предприятием двух крупнейших в своих сегментах компаний — сельскохозяйственного гиганта Cargill и лидера в производстве химических продуктов Dow Chemical. Созданная компания Cargill Dow претендует на позиции лидера в производстве полимолочной кислоты (PLA) — полимера, изготавливаемого на основе растительных сахаров из возобновляемых сельскохозяйственных ресурсов: зерновых и сахарной свеклы. Получаемый полимер обладает хорошей прозрачностью, прочностью, глянцем, является отличным влагопротектором, так же, как и ПЭТ, не пропускает запахи. Предполагаемая сфера применения — двуосноориентированные упаковочные пленки, жесткие контейнеры и даже покрытия. Компания утверждает, что упаковка из PLA-полимера способна полностью разлагаться в течение 45 дней при условии создания соответствующей структуры компостирования. Следует заметить, что в отличие от своих конкурентов, биополимеры от Cargill Dow оказались довольно успешными с коммерческой точки зрения. Успех подтверждается заинтересованностью компании Hoechst Trespaphan Gmbh, известного производителя ориентированной пленки.
Рынок биоразлагаемых полимеров является одним из наиболее быстроразвивающихся сегментов агрохимического комплекса в странах Америки, Европы и Японии.
Несмотря на разницу в оценке обемов потребления биораглагаемых полимеров, общественность европейских стран воспринимает этот сегмент как вполне реальную часть рынка. В связи с этим в 2000 г. ЕС приняла стандарт EN 13432, регламентирующий требования к биоразлагаемым полимерам. По решению Европейской Комиссии 2001/524/WE этот стандарт приведен в соответствие с директивой 94/62/WE. Стандарт внедряет критерии оценки и процедуры, касающейся возможности естественного гниения биоразлагаемых синтетических материалов в компостных ямах, а также их обработку без присутствия кислорода (речь идет о запрете на сжигание).
Однако, все не так просто и не настолько оптимистично, как кажется на первый взгляд. Переход производству и потреблению биоразлагаемых полимерных материалов вовсе не означает окончательное решение вопроса охраны окружающей среды от использованной полимерной упаковки, тары и других вышедших из употребления изделий из полимеров. Существует целый ряд причин, которые явно не оставляют место оптимизму при более критическом рассмотрении вопроса:
— трудность регулирования скорости распада на свалках под воздействием факторов окружающей среды;
— довольно высокая стоимость полимеров, способных разлагаться по воздействием факторов окружающей среды, в том числе под действием микроорганизмов;
— технологические трудности производства биоразлагаемых полимеров;
— безвозвратная потеря ценных сырьевых ресурсов, в том числе пищевых, особенно с учетом наличия голода в отдельных регионах мира не доказано снижение опасности отрицательного воздействия материалов и продуктов их распада на природу и животный мир.
Поэтому, по мнению ряда специалистов, избавление от отходов полимеров путем создания и применения быстроразлагаемых материалов должно иметь контролируемое применение, а возможно, и ограниченное.
Кроме того, обсуждается и моральный аспект проблемы — имеет ли человечество моральное право использовать сельскохозяйственное сырье для производства химической продукции, если в мире существует голод?