Примерное время чтения: 6 мин.
У химии возобновляемого сырья долгая история, но, несмотря на это, технологии его создания до сих пор не приобрели широкого распространения в промышленности. Разведка и добыча невозобновляемых источников сырья с каждым годом становятся все более затруднительными, что заставляет людей искать новые источники энергии и химикатов.
Еще в 1960-е годы полимерные материалы научились получать из кукурузы, картофельного крахмала, пшеницы и даже сахарного тростника, но по технологическим свойствам они уступали полимерам из углеводородов, да и стоили дорого. В последние годы производство полимеров из растений резко выросло, так как люди научились превращать биомассу в продукт, полезный для промышленности и в быту, а пластики из растений сравнялись по свойствам с синтетическими. Промышленники и общественность в свою очередь стали подсчитывать выброс СО2 при любом производстве, а тренд на «зеленость» набирает обороты во всём мире, и эксперты считают, что биопластики переживают бум.
Полимеры, сделанные из растительного сырья, называют биопластиками. Гигантские отходы деревообрабатывающей и лесной промышленности — буквально неисчерпаемый источник для получения этого материала. Сначала из отходов химическим путем извлекают целлюлозу — полимер, образующий оболочки растительных клеток. А получаемые из нее различные ароматические углеводороды идут на производство пластмасс.
При этом стоит отметить, что их «природное» происхождение и название с приставкой «био» не означает, что все они биоразлагаемы и безопасны для окружающей среды. И это важный момент. Из растений можно получить и стандартные блоки, из которых делают обычные полимеры (этилен, амид и другие), а можно и биоразлагаемые пластики, которые распадаются на компоненты, нетоксичные для растений (поэтому их часто также называют биопластиками). На сегодняшний день в мире успешно внедрено более 100 видов биоразлагаемых полимеров.
Полиэтилен, используемый для упаковки, может быть получен гидролизом и последующей ферментацией сахара из сахарного тростника, специальных сортов кукурузы и картофеля; а полиамид, из которого делают ткани, выделяют из касторового масла, а его получают из растения клещевины. И оба эти полимера ничем не отличаются от своих собратьев, сделанных из нефти. Разница только в том, что сырье на следующий год вновь вырастет на поле.
В Исследовательском центре биоэкономики при Гогенгеймском университете (Германия) с помощью гидротермальной карбонизации предлагают перерабатывать корни цикория (примерно 800 тысяч тонн), которые ежегодно сгнивают на полях. На опытном производстве из этого сырья получают не только биогаз, но и полимеры — такие как фурфурол, гидроксиметилфурфурол, молочную кислоту, фенолы, гликолевый альдегид. Из них химическим путем изготавливают полиэстер, нейлон, пластик для бутылок и одноразовой посуды.
В компании Green Science Alliance поставили амбициозную цель заменить все химические продукты, полученные из нефти и ископаемых, на материалы из растений и природной биомассы. На данный момент разработчики уже представили биоразлагаемые пластики и смолы, натуральные покрытия, краски, пластификаторы, смазочные материалы и формованные на 3D-принтере изделия из биомассы, включая мебель. Кроме того, компания разработала косметические средства для ногтей, ингредиенты которых получены из растений и природной биомассы с минимальным содержанием нефти.
Последней новинкой Green Science Alliance стал клей из растительных ингредиентов. Это двухрастворный продукт на основе эпоксидной смолы с содержанием растительной биомассы 30-50%. В будущем разработчики намерены еще больше увеличить этот показатель. Клей подходит для использования с древесиной и древесными материалами, а также склеивания керамики, стекла, металла, пластика и пленок. Он демонстрирует прочность сцепления, примерно сопоставимую с прочностью сцепления коммерчески доступных клеев на основе эпоксидной смолы, полученной из нефти.
Некоторые компании идут другим путем, смешивая традиционные полимеры с природными молекулами. Например, компания Roquette модифицировала крахмал из пшеницы, пришив к нему гидрофобные группы, и стала добавлять его к полиэтилену или полипропилену. Получается композитный материал, из которого делают упаковку для косметики, стаканчики для йогуртов и даже панели автомобиля.
Другие крупные компании в свете последних модных веяний, в том числе, добавляют био-полиэтилен к полиэтилену, полученному из нефти, вводя для такого пластика специальную маркировку или название (Polyethylene Green и т. п.). Так, в 2009 году компания «Кока-кола» выпустила «растительную бутылку», но в ней пока только 30% полимера получено из биомассы, а у «Вольвика» (производитель питьевой воды) — только 20%.
Специалисты Биохимтехцентра ТулГУ изучают процесс превращения органического материала из растений (древесины, соломы, отходов сельскохозяйственных культур) в энергию или фурановые «соединения-платформы». На основе таких соединений могут быть получены новые биологически активные вещества и полимерные материалы с выдающимися свойствами наноцеллюлозы. Как считается, это материал будущего, пригодный для изготовления гибкой электроники, брони, цветофильтров, сенсоров, композитных материалов для медицины и предметов домашнего обихода. Наноцеллюлоза, как и биопластики, пока обходится дорого.
Специалистами из Японии были получены из целлюлозной биомассы ароматические полимеры, обладающие самым высоким уровнем огнестойкости. Новый органический пластик имеет термостабильность, то есть способность сохранять свои свойства при повышении температуры до как минимум 740℃. Материал был создан из исходного сырья без использования тяжёлых неорганических наполнителей, а это значит, что он лёгок сам по себе. Ожидается, что применение такого пластика позволит снизить урон, который человек наносит природе.
Москва
