«Полезный» пластик: рынок биополимеров пошел в резкий рост

Эта разработка появилась еще в XX веке, но именно сейчас биопластик приобретает массовую популярность, а его производство стремительно растет. Спасет ли новый биоразлагаемый полимер планету от загрязнения и сможет ли вытеснить с глобального рынка традиционный «химический» пластик?

Что такое биокомпозиты.

В настоящее время одна из наиболее важных задач устойчивого развития — более широкое использование биоразлагаемых материалов. Они обеспечивают снижение негативного воздействия на окружающую среду. Такие материалы представляют собой композиции на основе синтетических и природных наполнителей — в качестве последних выступают возобновляемые источники. За счет использования в биопластике натуральных добавок, которые подвержены разложению, обеспечивается биодеградация композиционного материала в окружающей среде.

Есть и другой плюс — не нужно тратить средства на утилизацию. Вместо традиционного четырехэтапного жизненного цикла «разработка → производство → использование → утилизация», жизненный цикл биоразлагаемых материалов состоит из трех этапов «разработка → производство → использование». Таким образом, переход на биопластик обеспечивает снижение затрат для экономики.

С конца прошлого века разработка и производство подобных материалов, получивших название «биокомпозиты», привело к формированию соответствующей отрасли. Разработчики и производители стремятся улучшить основные эксплуатационные свойства и функциональные возможности материала, достичь более высоких показателей биодеградации и экологической чистоты.

Рынок — в рост.

С учетом тенденции по ужесточению экологического законодательства, за последние годы рынок биополимеров растет высокими темпами как в натуральном, так и в денежном выражении. Так, если в 2017 году мировое производство биополимеров в натуральном выражении составило 2 060 тыс. тонн, то в 2019 году оно выросло до 2 180 тыс. тонн.

Производимые в настоящее время биополимеры используются в самых разных отраслях экономики: при производстве упаковочных материалов, текстиля, транспортных средств, в сельском хозяйстве, строительстве.

Из чего можно сделать биопластик.

Как было отмечено выше, композиционные материалы состоят из одного элемента или нескольких фаз, полученных из компонентов биологического происхождения. В настоящее время около половины производимых биополимеров (48%) представляют собой решения на основе полиэтилена, полиэтилентерефталата и полиамида на биооснове. В качестве последней, как правило, используются отходы сельскохозяйственных производств, поскольку они обладают хорошей биоразлагаемостью, особенно под воздействием различных атмосферных условий.

Также большое внимание уделяется производству биокомпозитов из непищевых культур. Это делается для того, чтобы не создавать негативного влияния на продовольственное снабжение.

Биополимеры можно классифицировать несколькими методами: по биохимическим группам, по химической структуре и функциональным возможностям, по происхождению.

Полимеры, извлекаемые из биомассы, производятся естественным путем в окружающей среде и нуждаются только в небольшой модификации, которая будет применяться к конечным продуктам. Крахмал и целлюлоза чаще всего используются в этой группе.

Среди представленных материалов основное внимание уделяется натуральным волокнам, которые должны обладать низкой токсичностью и ценой, хорошими механическими свойствами и главное — биодеградацией, что позволяет создавать экологически чистые материалы, которые могут быть полностью разложены в окружающей среде.

Природные волокна очень разнообразны, потому что они могут происходить от растений или животных, и каждый из них имеет определенные характеристики, которые влияют на свойства извлеченного волокна. Волокна животного происхождения состоят из белков, в то время как растительные волокна состоят из полисахаридов, и эти волокна наиболее часто используются и могут соответствовать различным частям растений, например семена, листья, стебли и плоды.

Основными используемыми натуральными волокнами являются джут, сизаль, конопля, кокосовая кора, дерево, бамбук, кенаф, сахар багасс и др., и эти волокна могут быть использованы в их естественной форме, по смешанному составу, или получены в виде целлюлозы и лигнина. Последний, кстати, может быть получен из древесных волокон, которые являются отходами от других процессов, таких как производство бумаги, и показывает хорошие свойства как антибактериальное средство, стабилизатор и антиоксидант.

Эти производные материалы обладают иными характеристиками, чем другие биоразлагаемые полимеры и, в подавляющем большинстве, нуждаются в некоторых модификациях, чтобы взаимодействовать с другими полимерами. Но за ними, очевидно, так же будущее. И с учетом роста производства полимеров, извлекаемых из биомассы, можно говорить об устойчивой тенденции по постепенному вытеснению с рынка продуктов, изготовленных из традиционных пластиков.

Иветта Варьян

, инженер Центра коллективного пользования Инжинирингового центра РЭУ им. Г.В.Плеханова; научный сотрудник лаборатории физико-химии композиций синтетических и природных наполнителей Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН

Александр Бобков

, доцент кафедры теории менеджмента и бизнес-технологий РЭУ им. Г.В.Плеханова