Пластик. Вещество, которое помогло нам победить во Второй мировой войне, облегчая вес самолетов и участвуя в создании нейлоновых парашютов, за последние 70 лет проникло во все сферы нашей жизни. Пластиковая упаковка, пластиковые игрушки, пластиковая одноразовая посуда, пластиковые детали техники — список можно продолжать очень долго, ибо этот органический полимерный материал оказался на удивление удобен и дешев.

Однако от полезного материала до экологической катастрофы — один шаг: на планете сейчас больше 9 млрд тонн пластика, и лишь 10% из них хоть как-то перерабатывается или используется повторно. А с учетом того, что большая часть человечества живет на берегах океанов, немалое количество непереработанной пластмассы попадает в воду, где дробится на мелкие частички — так называемый микропластик. Причем его настолько много, что пять самых популярных гавайских пляжей на 15-20% состоят именно из крошечных обкатанных водой частиц пластика. И, конечно, не нужно говорить, что из множества видов пластмасс пищевых — считанные единицы, а остальные, попадая в морских обитателей, откровенно травят их и могут в конечном счете отравлять и нас.

Так что огромное количество пластика, который разлагается в природе за столетия и тысячелетия, действительно становится бичом нашего времени. И, разумеется, ученые и даже простые люди пытаются с этим бороться, и сегодня мы поговорим как про способы очистки океанов от пластика, так и про его биозаменители.

Ocean Cleanup — самый масштабный проект по очистке мирового океана от пластикового мусора

Большое тихоокеанское мусорное пятно — это не тот объект, который можно увидеть со спутника. И это не куча пластика, по которой можно пройтись. Но от этого его вред для живых организмов не становится меньше — от микрочастиц пластика, концентрация которых в этом пятне доходит до 100 000 на квадратный километр площади, массово гибнет планктон, который является основной пищей для множества морских организмов. А с учетом того, что площадь этого пятна уже сравнима с Индией и постоянно растет — оно становится настоящей катастрофой.


Карта плавающего пластика по данным НАСА.

Это хорошо понял Бойан Слэт, молодой голландский изобретатель: плавая в Греции, он находил больше пластиковых пакетов, чем медуз. В 2013 году, когда ем было 18 лет, он организовал проект Ocean Cleanup, после чего получил грант на 100 тысяч долларов от PayPal и за пару лет собрал на краудфандинге необходимые для запуска активной фазы проекта 2 миллиона долларов.

Принцип работы установки, придуманной Слэтом, достаточно прост: она представляет собой понтоны, соединенные трубами длиной в 600 метров. Она не имеет двигателей, поэтому перемещается также, как и мусор — по морским течениям, однако из-за того, что части труб и понтонов выпирают над поверхностью воды, установка все же движется чуть-чуть быстрее благодаря ветру и волнам. Под трубами находится три метра достаточно плотной ткани, в которую и собирается пластик. При этом рыбы не будут попадать в эту сеть — они отлично чувствуют опасность и будут оплывать ее ниже. Что касается планктона, то он спокойно будет проходить сквозь ткань.

В результате такая система, помещенная в океан, примет форму полукруга и будет сама плыть по течению вслед за мусором, попутно собирая его. К тому же, чтобы ночью в эту «ловушку» не попал корабль, по ее периметру будут гореть лампы, работающие от солнечных батарей. Разумеется, чтобы не искать эту установку по всему океану, она будет иметь спутниковые антенны и детекторы, определяющие количество собранного мусора.



Первую такую установку, названную System 001, сделали и опробовали к 2018 году, потратив на нее 25 миллионов долларов. Увы — ее работа на Большом мусорном пятне едва ли оказалась удовлетворительной: да, она собирала мусор, но быстро его теряла, так как двигалась недостаточно быстрее течений. К тому же в декабре того же года из-за механического напряжения от установки оторвался 18-метровый кусок. В результате ее решено было отбуксировать обратно в гавань на Гавайях для проверки и ремонта, а результатом ее двухмесячной работы стал сбор порядка 2 тонн пластика.

Но Слэт не отчаивается — установка сейчас активно дорабатывается: так, чтобы увеличить ее скорость, было решено прикрепить к ней дополнительные надувные буйки, а для увеличения прочности и уменьшения веса было придумано более простое соединение между барьером и собирающей мусор юбкой. Новые испытания установки, названной System 001/B, должны начаться уже в этом году.

«Пларус» — крупнейший российский завод по переработке пластиковых бутылок

Разумеется, выловленный в океане или отсортированный на свалках пластиковый мусор частично перерабатывается. Одним из способов переработки является пиролиз — нагрев пластмассы без доступа воздуха, в результате чего выделяется тепловая энергия и образуется газ и мазут.



Однако некоторые предприятия, в том числе «Пларус» в России, решили пойти другим путем, используя технологию bottle-to-bottle. Она заключается в том, что переработанный пластик из бутылок снова используется для их производства, причем по качеству он ничуть не хуже первоначального сырья.

Сырье завод «Пларус» закупает на различных мусорных полигонах по цене в 25 рублей за килограмм, а за один час он способен переработать больше тонны бутылок, причем сам процесс переработки достаточно сложен и почти полностью автоматизирован.

В начале бутылки попадают в специальный барабан, где с них срываются этикетки и грязь — это нужно, чтобы компьютер смог определить их цвет (которых, к слову, в основном четыре: натуральный прозрачный, голубой, коричневый и зеленый). В дальнейшем разделенные по цветам бутылки отправляются в следующий цех — на мойку. Там, в горячей воде, с них окончательно отмывают грязь, песок и этикетки, после чего они попадают на ленту конвейера и проверяются вручную.



После этого бутылки дробят, отделяя достаточно дорогие пробки, в результате чего образуются пластиковые «хлопья» — флексы. В дальнейшем их снова моют и плавят, получая длинные тонкие нити — стренги, которые уже нарезаются на гранулы. Они в свою очередь попадают в огромную 50-метровую башню, где под воздействием азота и высокой температуры пластик становится более мутным и вязким. После башни получившиеся гранулы охлаждают и пакуют — так и создается готовое уже цветное сырье для производства новых бутылок.

Мицеллий — заменитель пластика

Конечно, очистка океанов от пластика и его переработка — это нужные процессы, которые как минимум уменьшают негативный эффект от загрязнения окружающей среды. Но есть и другой путь: снизить производство пластмасс, заменяя их где можно различные биологическими материалами, которые достаточно быстро разлагаются и не наносят вред природе.

Так, нью-йоркская компания Ecovative Design планирует создавать различные вещи из мицелия, он же вегетативное тело гриба. Сам материал, который по сути является биоразлагаемым пластиком, они назвали Mushroom Materials. Он состоит из различных отходов сельскохозяйственных культур, таких как шелуха семян или стебли, и мицелия, который является отличным природным клеем. 



Сам процесс производства такого биопластика не очень сложен: мицелий добавляется к отходам или древесному волокну, и создают для него пригодные к размножению условия. Через некоторое время гриб связывает данный ему материал в одно целое, образуя «плиты». После этого их прессуют и получают аналог ДСП, но без применения вредного формальдегида, к тому же стоимость такого био-ДСП оказывается до 30% ниже. При этом, используя иные первоначальные вещества и особенность мицелия создавать длинные нити, можно с его помощью производить прочную и легкую ткань. И, самое главное — будучи выкинутым, такое вещество не будет загрязнять окружающую среду.

Съедобная посуда

С одноразовой пластиковой посудой мы встречаемся чуть ли не ежедневно: в ней нам подают кофе по утрам, ее используют в кафе и берут с собой на природу. Поэтому не удивительно, что ученые со всего мира решили направить свои исследования на создания биопосуды, которая быстро растворяется и которую... можно есть.

За примерами далеко ходить не нужно: так, несколько студентов из Самары создали стаканы из... яблочного пюре. Причем процесс их производства достаточно прост — нужно залить пюре в нужную форму, добавить органический загуститель и поставить запекаться в печь на несколько часов. В сухой среде такая посуда хранится несколько лет, и способна выдержать кипяток до полутора часов. При этом она полностью безопасна для человека, более того — ее можно съесть после использования.

Самарские ученые изобрели стаканы из яблочного пюре

Конечно, она оказывается достаточно дорогой: на создание одного стакана уходит пара яблок, что делает его себестоимость в районе 50 рублей. Однако студенты придумали более дешевую альтернативу — для получения таких стаканов подойдет и яблочный жмых, оставшийся после промышленного производства сока, что существенно снизит себестоимость, но все еще, к сожалению, пластиковая посуда оказывается куда дешевле.

А вот индийский стартап Edible Cutlery пошел по другому пути: они решили создавать съедобные столовые приборы. Производятся они прессованием злаковой муки с водой (и щепоткой соли), в результате чего получаются достаточно легкие, хотя и громоздкие, вилки и ложки. Причем сами индийцы предлагают использовать сорго, который для выращивания требует минимум воды — в 60 раз меньше, чем рис. К тому же для производства одной пластмассовой ложки требуется столько же энергии, сколько для производства целой сотни «сорговых», что делает этот процесс выгодным.



Конечно, минус тут такой же, как и у яблочной посуды: хранятся такие столовые приборы лишь пару лет в сухом месте. Но зато их вполне можно использовать как закуску к обеду, и они абсолютно не вредны для окружающей среды.

Биологическая упаковка

Пластиковые пакеты давно уже стали неотъемлемым атрибутом современности, и в каждой уважающей себя семье есть пакет с пакетами, причем зачастую даже не один. С учетом того, что в естественной среде пакеты разлагаются несколько столетий, а в океанах они приводят к гибели рыб, они становятся проблемой.

Компания BioLogiQ придумала достаточно интересное решение проблемы — добавлять к используемому сейчас для производства пакетов полиуретану картофельный крахмал. Он является побочным продуктом при производстве картофеля фри и чипсов, так что стоит достаточно дешево, при этом получаемые пакеты оказываются тоньше и прочнее обычные.

Альтернатива пластику: креветки.
Тара из «креветкового» пластика.

Достаточно необычным можно назвать решение египетских ученых, которые придумали создавать биопластик из... креветок. Да, эти вкусные существа имеют достаточно прочные панцири, которые мы никак не используем, а ведь в нем есть полезное вещество — хитозан. Если его вскипятить в кислоте для удаления карбоната кальция, а после этого обработать щелочным веществом и дать высохнуть, то в итоге получится полимерная пластиковая пленка. Она является биодеградируемой и имеет антибактериальные свойства, да и само производство достаточно эффективно: из 1 килограмма хитиновых панцирей можно создать до 15 пакетов.

Еще одно интересное решение придумали в тайском супермаркете Riming — они упаковывают свежую зелень и фрукты в банановые листья, которые достаточно крупные и крепкие для этого. Да, это сложно назвать гениальным изобретением, и тут уж точно нет никакого химического прорыва, но все еще такой подход позволяет снизить использование пластмасс.

Биопластик общего назначения
 
В современном мире пластик используется далеко не только в пищевой промышленности или при производстве пакетов и мебели, поэтому сейчас активно ищут биологические замены пластикам общего назначения.

В этой области далеко продвинулись ученые из Мексики, научившиеся делать биопластик из кактуса опунции (вспоминается «табуретовка» Остапа Бендера). Этот кактус растет не только в Латинской Америке, но и в Средиземноморье, на севере Африки и на Ближнем Востоке.



Сам процесс производства, увы, существенно труднее, чем в случае с обычными пластиками. Изначально листья опунции измельчают, получают из них сок и замораживают его. После этого к нему добавляют несколько биоразлагаемых ингредиентов, а полученное вещество разливают тонким слоем по поверхности и дают высохнуть. 

Получаемое таким образом вещество оказывается хорошей альтернативой различным пластмассам: из него можно делать и мебель, и различные пластиковые инструменты, и предметы личной гигиены, и, на худой конец, те же пакеты или тару.

Аналог пластика из конопли.
Производство конопляной целлюлозы.

Еще одним необычным веществом, из которого можно создавать биопластмассы, является конопля, которая растет повсеместно, за исключением, пожалуй, Антарктиды (но не стоит ее выращивать для этого в России — едва ли вам поверят). Композит из волокна стеблей Cannabis sativa (пенька) является крепким биоразлагаемым полимером, который можно использовать для производства веревок, деталей машин и даже в строительстве. 

Свое применение такая конопляная целлюлоза нашла в другой достаточно новой области — трехмерной печати: такие компании, как Kanesis и Zeoform, используют ее как сырье для заправки 3D-принтеров, и по своим свойствам она ничуть не хуже аналогов из пластмасс.

Итоги

В результате можно сказать, что в большинстве своем человечество осознало глубину пластиковой проблемы, и методы ее решения постоянно развиваются. Конечно, не все из них пока удачны (Ocean Cleanup), и не все выгодные (биопластик из кактусов), но то, что мы движемся в направлении решения этой проблемы, уже не может не радовать.