Оксо-биоразложение: экологический аспект

Тема био- и оксо-биоразложения полимеров очень популярна в России. Об этом пишут

Профильные газеты и журналы, этой теме посвящены конференции и семинары,

где специалисты и особенно неспециалисты стремятся высказать свое мнение.

Но в сфере потребления ситуация не меняется. Иностранные компании понемногу

Применяют добавки и продают оксо-биоразлагаемую упаковку. Российские компании

осторожничают, но проявляют интерес. Ощущение, что все ждут, когда же

органы власти начнут регулировать этот процесс.

В ожидании законодательной инициативы

С одной стороны, проблема борьбы с мусорными отходами чрезвычайно актуальна, и представители правительства так или иначе обсуждают ее. Например, не так давно премьер-министр РФ Дмитрий Медведев, облетая на вертолете Московскую область, был неприятно удивлен количеством мусорных свалок. Он заявил, что экология может стать системным драйвером модернизации экономики. Не раз поднимали вопрос с утилизацией отходов Владимир Путин и другие представители властей. А с другой стороны, основные существующие законы и законопроекты («Об упаковке и упаковочных отходах», поправки к ФЗ №89 «Об отходах производства и потребления») направлены на повышение ответственности производителей за утилизацию отходов, создание системы вторичной переработки. И законодательные инициативы направлены в эту сторону. Но является ли такой подход решением проблемы? Предприятия уже платят сбор за негативное воздействие на окружающую среду. К тому же отобранные полимерные отходы никто не выбрасывает, так как это — ценное сырье.

Основным источником пластмассового мусора являются не предприятия, а население, и здесь вопрос утилизации стоит очень остро. Какие способы решения предлагаются? Их немного: ввести частичный запрет на полиэтиленовую упаковку (например, толщиной до 12 микрон) или, как предлагает РСПП, запретить выдачу бесплатных пакетов.

Такой подход не является эффективным — об этом говорит международный опыт. По данным канадской компании EPI, пионера в сфере производства оксо-биоразлагающих добавок, вклад полимерных отходов в общемировое загрязнение не столь уж весом. Он составляет гораздо меньше 1 процента от общего количества мусора на наших улицах и около 0,3 процента от того, что находится на свалках. При этом при производстве и утилизации альтернативных видов упаковки (например, бумажной или из органического сырья) в атмосферу и воду выбрасывается гораздо больше вредных веществ и парниковых газов, чем при производстве традиционных пластиковых изделий. К тому же альтернативные виды упаковки не так удобны и функциональны. В полиэтиленовом пакете весом около 7 г можно переносить до 20 кг, то есть более чем в 2500 раз больше собственного веса! Бумажный пакет весит приблизительно в 6 раз больше пластикового, в 4 раза дороже и занимает в 10 раз больше места для хранения.

Интересны следующие факты. Так, налог на полиэтиленовые пакеты, введенный в Ирландии, повлек за собой значительное увеличение (до 300-500 процентов) продаж пластиковых мешков для мусора. А запреты пакетов в разных странах приводят к некоторому снижению продаж и увеличению числа краж при обслуживании и розничной торговле. Можно приводить еще массу доводов, подтверждающих очевидный факт: пластиковая упаковка стала неотъемлемой и незаменимой частью нашей бытовой жизни. Запреты или ограничения ее использования не могут быть эффективным способом решения «мусорной» проблемы. Бороться с привычкой наших сограждан бросать пакеты «где придется» можно двумя основными путями:

— раздельно собирать и перерабатывать;

— делать пластиковую упаковку, одноразовую посуду и другие изделия оксо-биоразлагаемыми.

Оптимальный выход

Почему же оксо-биоразложение является оптимальным способом решения экологических проблем, связанных с утилизацией пластикового мусора?

Во-первых, он самый низкозатратный и технологичный (например, по сравнению с биоразлагаемыми компостируемыми пластиками или биоразлагаемыми композициями на основе полиолефинов с высоким наполнением различными пищевыми отходами). При производстве оксо-биоразлагаемых пластиков используются крупнотоннажные полимеры ПЭ, ПП, которые модифицируются на стадии производства изделия экструзией или литьем.

Во-вторых, упаковка разлагается без особых специальных условий. Нужны только кислород (для первой стадии) и — для запуска процесса — ультрафиолетовое излучение или некоторые другие механические и температурные факторы.

В-третьих, доказана экологическая безопасность оксо-биоразлагающих добавок.

О том, что оксо-биоразложение — это 2-стадийный процесс, который запускается добавкой-катализатором, писали и говорили уже немало (рис. 1). В этой технологии у специалистов полимерной отрасли да и просто заинтересованных лиц больше всего вопросов вызывает один момент. Почему обычный пластик становится пищей для бактерий? Под действием катализаторов (биоразлагающей добавки) длинные молекулярные полимерные цепи с гидрофобной поверхностью распадаются на короткие, имеющие гидрофильную поверхность (рис. 2). Бактерии легко атакуют такой разрушенный пластик. Основной питательной средой для них служит углерод. Поскольку полимеры в основном состоят из углерода, бактерии активно потребляют его. Таким образом, пластик превращается в углекислый газ, воду и биомассу — конечные продукты процесса оксо-биоразложения. 

Казалось бы, чудо. Но на самом деле это факт, подтвержденный и производителями оксо-биоразлагающих добавок, и независимыми экспертами еще в 2004 году. Так, научно-исследовательская группа департамента химии и индустриальной химии университета Пизы (Италия), которую возглавлял профессор Эмо Чьеллини, более 3 лет тщательно изучала полиолефины, в состав которых входили биоразлагаемые композиции TDPA® (Totally Degradable Plastic Additive) компании EPI. Они исследовали в основном образцы различных типов и марок полиэтилена в сочетании с различными биоразлагающими добавками. Образцы помещались в почву или компостные сооружения. Пленки из ПЭНП и ЛПЭНП показывали высокую способность к окислению. Как мы писали чуть раньше, в результате этого процесса углеродные цепи разбивались на все более мелкие молекулы. Пленки становились хрупкими и распадались на маленькие частицы. Скорость разложения зависела от температуры и относительной влажности — росла с увеличением температуры и уменьшением относительной влажности.

Как показали исследования профессора Чьеллини, окисленные частицы пластика становились гидрофильными и при захоронении в земле или при нахождении в компосте поедались микроорганизмами. В результате биоразложения получались продукты в следующих пропорциях:

65-75 процентов минеральных веществ (с п о м о щ ь ю м и к р о б о в углерод преобразовывался в

Углекислый газ) и 10-15 процентов клеточной биомассы.

Сроки разложения до к о н е ч н ы х продуктов з а в и с е л и от степени окисления пластиковых

Фрагментов и от условий окружающей среды. Образцы полиэтилена с добавками TDPA® проявляли способность к биодеградации в тех условиях, в которых обычный полиэтилен, по большому счету, инертен (рис. 3). Профессор Эмо Чьеллини подтвердил, что пленки с TDPA®, которые были исследованы в его лаборатории, могут быть классифицированы как оксо-биоразлагаемые. Процедура его исследования соответствовала положениям ASTM Standard Guide D6954-04 («Экспонирование и исследование пластиков, которые разлагаются в окружающей среде при сочетании окисления и биодеградации»).

В отличие от EPI, никто из других ведущих производителей оксо-биоразлагающих добавок не предоставил результатов независимых исследований, проведенных признанными экспертами. Могут ли они гарантировать полное биоразложение готовой продукции, в состав которых входят их добавки, пока остается вопросом.

Процесс разложения на мусорном полигоне

По данным специалистов EPI, изучавших изделия с собственными добавками и добавками других производителей на нескольких континентах, в разных климатических зонах, не все компании-производители могут гарантировать разложение пакетов со своими аддитивами внутри мусорных свалок. Как известно, в глубине мусорного полигона кислород сохраняется в течение 3 лет. Поэтому нужна высокая скорость разложения полимера, чтобы уложиться в этот отрезок времени и не остаться в пространстве, лишенном кислорода. Исследования показали, что упаковка с добавками

EPI разлагается на кусочки в течение 10 месяцев с момента захоронения отходов на свалке (рис. 4).

Для второй стадии — разложения с помощью микроорганизмов или биодеградации — кислород не обязателен. Поэтому такой окисленный пластик в дальнейшем успешно разложится до конца.

Вопросы разложения ПС

На сегодняшний день биоразлагаемыми делают многие товары повседневного спроса из полиэтилена и полипропилена. Это пакеты, одноразовая посуда, пищевые контейнеры, обертки для леденцов и многое другое. Но до сих пор практически нет полистирольных оксо-биоразлагаемых изделий, и это не случайно. Надо относиться с осторожностью к тем производителям, которые обещают, что их добавки разложат любые изделия из данного полимера. Так, по результатам многолетних исследований EPI, полистирол поддается только оксо-деградации, то есть распадается на кусочки, и совсем не поддается биодеградации, так как его не поедают бактерии. Также надо с осторожность относиться к заявлениям тех производителей, которые утверждают, что один вид добавки пригоден для разложения сразу нескольких полимеров:

полиэтилена, полипропилена, полистирола. В арсенале основных мировых производителей есть несколько десятков видов добавок, которые подбираются в зависимости от полимера, от конечного продукта, использования функциональных добавок при производстве изделия и других факторов.

Российские компании уже более 6 лет производят оксо-биоразлагаемую упаковку. Многие специалисты отрасли и экологи часто задают вопросы: как будут вести себя куски разлагающегося пакета; не будут ли они летать в воздухе; не станет ли это еще большей проблемой, чем валяющиеся на земле целые пакеты? Ответить можно так. Окисленный пластик (кусочки пакета) имеет гидрофильную, то есть способную к смачиванию поверхность, которая будет цепляться за неровности почвы и практически не будет разноситься ветром вокруг.

По запросу EPI специалисты Университета Суссекс в Великобритании изучили, как поведут себя мельчайшие частицы пластика после первой стадии биоразложения и не вредно ли для человека их присутствие в воздухе. Руководитель кафедры химии профессор Норман Билигхем сделал такое заключение: «В атмосфере существует много различных включений, таких как аэрозольные взвеси. Большинство из них — это вулканическая пыль, песок пустынь, частицы соли и продукты человеческой деятельности. Это около 3·109 тонн натуральных и 3·108 тонн антропогенных (искусственных) частиц в год. Больше всего в аэрозольных взвесях растительных частиц, которые являются пылью, оставшейся после разложения растений. Они намного более токсичны, чем любой возможный продукт разложения полиэтилена. Даже если пластиковый пакет, выброшенный в окружающую среду, разложился на частицы, которые разбросаны вокруг, разложение должно быть очень стремительным, и существует большая вероятность быстрого исчезновения.

Нет никаких фактов, подтверждающих токсичность оксо-разлагающихся пластиков. Нет никаких фактов, которые говорили бы, что пластиковые фрагменты, частицы в принципе токсичны и тем более что они вреднее (токсичнее) частиц растительного происхождения в окружающей среде. Таким образом, мы можем заключить, что оксо-деградирующие фрагменты полиэтиленовых и полипропиленовых полимеров должны иметь ничтожный эффект воздействия на среду по сравнению с частицами, присутствующими в воздухе, которым мы дышим».

Но этот результат относится только к пластиковым изделиям с добавками TDPA® компании EPI. Доказывать безопасность продуктов других производителей — их собственная задача.

Рынок оксо-биоразлагаемых полимеров

Существующие экологические проблемы, новейшие исследования эффективности и безопасности метода показывают, что у оксо-биоразлагаемых полимеров — большое будущее. Можно с уверенностью сказать, что это — один из самых оптимальных способов решения экологических проблем. Но в силу отсутствия законодательной поддержки и других причин спрос на такие продукты в России растет крайне медленно. Например, в прошлом году было потреблено всего около 16 тонн оксо-биоразлагающих добавок. Эта цифра составляет менее 1 процента от показателей этого сегмента на мировом рынке. По экспертным оценкам, объем потребления таких добавок в мире составляет более 2 тыс. тонн в год.

На сегодняшний день уже порядка 90 стран используют биоразлагаемую упаковку, контейнеры, пленку. Такие изделия производят в Европе, Америке. Но особое распространение они получили в азиатских и африканских странах. В силу невысокого уровня культуры и невозможности использовать другие способы борьбы с пластиковым мусором (раздельный сбор, например) данный метод в этих регионах стал единственно возможным путем решения проблемы. Во многих странах производители оксо-биоразлагающей упаковки получили законодательную поддержку. Но тем не менее потенциал у рынка гораздо выше. По оценкам экспертов компании EPI, потенциальная емкость мирового рынка оксо-биоразлагающих добавок

составляет 10 процентов от рынка гибкой упаковки. Последний на сегодняшний день достиг объема в 16 млн тонн. Таким образом, рынок оксо-биоразлагаемой упаковки мог бы составлять 1,6 млн тонн, добавок для ее создания — 16 тыс. тонн.

Эксклюзивный дистрибьютор EPI (Канада) в России — ООО «ЭкоСэйф». 

Статья опубликована в журнале «Пластикс» , № 8 (126) 2013 г.

Эдуард ЗАМЫСЛОВ, к.х.н., технический директор ООО «Интернешнл Пластик Гайд»