Освоение экологически чистых материалов – актуальное направление критических технологий XXI века

МАТЕРИАЛОВ: БИОСИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

В 2000 г. ЕС приняла стандарт EN 13432, регламентирующий требова-

ния к биоразлагаемым полимерам. Стандарт внедряет критерии оценки и процедуры, касающейся возможности естественного гниения биоразлагаемых синтетических материалов в компостных

ямах, а также их обработку без присутствия кислорода (т.е. рециклинг органических веществ, а не сжигание).

На рис. 5.3 схематично представлен путь трансформации биополиме-

ров в процессах компостирования.

Рис. 5.3. Схема производства, потребления и утилизации биополимеров, полу-

ченных из возобновляемых источников, включающая стадию компостирова-

ния: 1) путь от сбора урожая до получения продукта; 2) путь от сбора урожая

до утилизации биополимеров; 3) путь от сбора урожая до сбора урожая

Путь от урожая через получение, использование к переработке полимеров тем или иным способом можно образно назвать «от колыбели к могиле» [3].

Если продукт либо упаковка компостируются, образуется гумус и диоксид углерода. Диоксид углерода используется растениями в ходе фотосинтеза, а гумус возвращается в землю в качестве удобрений для получения питательных веществ, потребляемых растениями. Цикл процессов от сбора урожая до возвращения продуктов преобразования полимеров в землю для выращивания новой биомассы и до следующего сбора урожая относится к процессу «от колыбели к колыбели». Обычно после использования пластики, полученные из нефти, особенно пластики, используемые в упаковке и сельском хозяйстве, содержат примеси, снижающие возможность повторного использования; таким образом, они заканчивают существование на мусорных свалках, где влага и кислород присутствуют в небольшом количестве А 5. БОТЕХНОЛОГИЯ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ: БИОСИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

совсем отсутствуют. Поэтому на мусорной свалке они разлагаются крайне медленно.

Напротив, биоразрушаемые пластики под воздействием почвенных и

водных микроорганизмов трансформируются до гумуса и далее до диоксида углерода и воды (конечных продуктов распада органики) в срок от несколько месяцев до десятков суток в ходе компостирования. Сроки, необходимые для разложения тароупаковочных материалов в естественных условиях, могут составлять многие годы и десятилетия. Разложение в природной среде синтетических полимерных материалов составляет десятки и сотни лет, в то время,

как использование биополимеров приводит к значительному сокращению этих сроков.

Скорость разложения материалов зависит от ряда факторов – вида полимера, влажности, температуры, светового воздействия, микробной составляющей среды и др. Наиболее высокой способностью к биодеструкции обладают полимеры, которые содержат химические связи, легко подвергаемые

гидролизу. Присутствие заместителей в полимерной цепи часто способствуе повышению биодеструкции, зависящей также от степени замещения цепи длины ее участков между функциональными группами, гибкости макромолекул и т. д. На скорость разрушения полимеров влияет также величина их молекул. В то время как мономеры или олигомеры могут легко гидролизоваться

и окисляться микроорганизмами, полимеры с большой молекулярной массоболее стабильны. Биодеструкцию большинства технических полимеров инициируют процессы небиологического характера, такие как термическое и фотоокисление, термолиз, механическая деградация и т.п.

Процессы биологической деструкции биопластиков могут протекать в

аэробных условиях с образованием диоксида углерода и воды, а также аноксигенной среде, без участия кислорода, с образованием метана и воды.

Компостирование – преимущественно аэробный процесс и может рассматриваться как природный путь переработки отходов. Компост может производиться не только в больших масштабах на коммерческих компостирующих мощностях, но и в малом масштабе, например на заднем дворе небольшой фермы.

Таким образом, утилизация синтетических материалов – огромная эко-

логическая проблема, и рассматриваемые проекты как захоронения и компостирования, так и возможной реутилизации химических пластиков не оптимистичны [4, 5]. Полагают, что это технически невозможно, так как для транспортных и непищевых упаковок возможно применение до 25 % вторичных пластмасс, но не для упаковок пищевых продуктов. Нельзя не отметить,

что сбор и повторная переработка полимерной тары и упаковки неизменно приводит к ее удорожанию, а качество рециклизованного полимера и изделий при этом снижается. Если предположить, что значительная часть тары и упаковки будет в будущем использована повторно, для этого необходимо знать, какая кратность переработки является допустимой и когда неизбежно изделия попадут на свалку.

ГЛАВА 5. БИОТЕХНОЛОГИЯ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ: БИОСИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ОБЛАСТИ ПРИМЕН __

Дата добавления: 2014-01-03