Биоупаковка - альтернатива синтетическому пластику. Современное состояние и направление работ по разрушаемым биопластикам

29 Декабря в 20:49 2276 0


Биоупаковка - альтернатива синтетическому пластику

В середине прошлого века человечество пережило революцию синтетических материалов, после которой синтетические пластики стали доминировать на рынке материалов, так как они наиболее активно используемые сегодня материалы.

Например, только полиэтиленовых пакетов используется ежегодно более десятка миллиардов. Полимерные изделия повсеместно используются также в быту и технических отраслях. В середине 90-х гг. прошлого столетия стали появляться сообщения о создании так называемых биопластиков, - материалов, получаемых из природных соединений, например, крахмала.

Такой пластик разлагается в природной среде микроорганизмами. Широкомасштабное внедрение биопластиков пока не началось; главным фактором, сдерживающим наращивание масштабов производства и применения биопластиков, остается их большая, чем синтетических материалов, стоимость. Однако в начале XXI в. удалось снизить затраты на производство биопластика, и термин biodegradable polymer становится неотъемлемой частью процесса производства упаковки.

Одна из активно использующих полимерные материалы отраслей относится к сфере производства упаковки. Пластиковая упаковка активно применяется во всех сферах нашей жизни, в нее пакуются как бытовые, так и пищевые продукты. Именно поэтому огромная часть неразлагаемых отходов приходится на долю упаковочной индустрии. У рынка полимерной тары и упаковки есть перспективы развития, обусловленные как наращиванием объемов производства полимеров, так и улучшением качества продукции.

Среднегодовые темпы роста внутреннего (в РФ) спроса на тароупаковочные материалы в перспективе до 2015 г. прогнозируются на уровне 4,5 %. Бурное развитие рынка полимерных упаковок и тары, а также крупногабаритных изделий, элементов автомобилей и пр. ставит задачу поиска новых, высокопрочных материалов.

Особо быстрыми темпами растет рынок крупногабаритной пластмассовой тары (КПТ), вытесняющей традиционно используемые металлические емкости больших объемов (до 1 000 л и выше). В настоящее время в мире ежегодный прирост производства КПТ составляет около 5-7 % в таких крупных странах-производителях (США, Германия). Российский рынок крупногабаритной пластмассовой тары также непрерывно увеличивается, на 5-6 % в год. В 2002 г. общий объем российского рынка КПТ составил 38,5 млн.

Если стеклянная тара, как правило, находится в потребительском цикле, а бумажная подвергается разложению в естественных условиях, то упаковка из синтетических полимеров, составляющая 40 % бытового мусора, практически «вечна» - она не подвергается разложению и вопрос о том, как быть и что делать с пластмассовым мусором становится глобальной экологической проблемой. От решения вопроса пластмассовых отходов в значительной степени будет зависеть экологическая ситуация в мире и, по всей видимости, темпы и направления развития производства синтетических пластмасс в наступившем XXI столетии.

Современное состояние и направление работ по разрушаемым биопластикам

Работы по биополимерам в настоящее время становятся все более актуальными. Биополимеры подразделяются на две категории: это полимеры, продуцируемые биологическими системами (например, микроорганизмами) и полимеры, синтезируемые химически, но на основе исходного сырья биологического происхождения (аминокислот, сахаров, жиров).

В первую очередь предлагается их использовать в упаковочной индустрии, где срок службы большинства изделий исчисляется всего лишь несколькими месяцами или даже днями. (Зачем же тогда применять материал, по прочности рассчитанный на сотни лет?) К тому же, как показывают результаты многочисленных исследований, именно полимерная упаковка - бутылки, контейнеры, коррексы, коробки, блистеры и пакеты - составляет основную долю твердых бытовых отходов.

Среди наиболее перспективных сфер применения разрушаемых биопластиков: легкая и пищевая промышленность, сельское и коммунальное хозяйство (пакеты, пленки, бутыли, поддоны, пластыри, сетки, мешки, одноразовая посуда, одежда, технический текстиль и ткань, флаконы для парфюмерно-косметических товаров, детские игрушки, цветочные горшки, подпорки для растений, торфяные мешки, удобрительные ленты, покрывающие и всходозащитные пленки, корпуса компьютеров, орг-, видео-, аудиотехники, мобильных телефонов и т.п.

Конструирование биополимеров за последние десять-пятнадцать лет превратилось в одно из основных междисциплинарных исследований. Главной целью данного направления работ является: 1) поиск и изучение новых биополимеров; 2) получение фундаментальной основы для конструирования биологических систем, синтезирующих полимеры с заданными свойствами.

Среди применяемых и активно разрабатываемых в настоящее время новых биоразрушающихся полимеров - алифатические полиэфиры, полиамиды, сегментированные полиэфируретаны, полимеры молочной и гликолевой кислот (полилактиды и полигликолактиды, силикон, полиэтилентерефталат и с недавних пор ПГА). Биодеградирующие полимеры привлекают производителей и экологов тем, что разлагаются в сжатые сроки - от нескольких месяцев до нескольких лет, с образованием безопасных для окружающей природы веществ, таких как вода, биомасса, углекислый газ или метан (в зависимости оттого, какой процесс разложения имел место - анаэробный или аэробный).

Следует отметить, что наблюдаемый в последние годы интерес к биодеградирующим полимерам связан не только с ухудшением экологической обстановки: серьезные опасения специалистов вызывает неуклонное уменьшение мировых запасов нефти и газа.

Поэтому возобновляемое растительное сырье могло бы стать решением проблемы. Не случайно, что в Европе происходит бум в области развития биотоплива и биополимеров. «За последние несколько лет исследователи и производители биоразлагаемых полимеров значительно продвинулись вперед, - заявил Стив Мойо (Steve Mojo), исполнительный директор Нью-йоркского Института биодеградирующей продукции. - Разработаны эффективные технологии производства, благодаря чему пять лет назад биоразлагаемые полимеры уже появились на рынке».

Сегодня по многим физическим и техническим характеристикам биопластики не уступают традиционным пластмассам и вместе с тем безопасны для окружающей среды. Но так как эта индустрия находится на этапе становления, то все еще существует множество заблуждений. Так, некоторые ошибочно полагают, что все полимеры, полученные из растительного материала, являются биодеградирующими, - это не так: способность к разложению в естественных условиях зависит не только от «натуральности» сырья, а от целого ряда свойств, в частности, от молекулярной структуры материала.

Также неверно думать, что все полимеры, способные к биоразрушению, получают из природных компонентов: основой для их производства может служить и синтетическое сырье. Например, биоразлагаемый полимер Ecoflex компании Basf (Германия) изготавливают из углеводорода. Позже на основе этого материала компания разработала композиционный Ecovio, при производстве которого наряду с «синтетикой» используется возобновляемое сырье (полилактид).

Согласно результатам исследований European Bioplastics (европейской ассоциации производителей, поставщиков и потребителей биопластиков и других биоразлагаемых материалов), в 2007 г. в мире было изготовлено 262 тыс. т биополимеров. При этом 80 % получены из растительного сырья и являются биоразрушаемыми; 12 % было изготовлено из натуральных компонентов; 8 % произведены из синтетического сырья, способного к биодеградации. Основным потребителем биоупаковки является пищевая индустрия. В Европе с 2000 г. действует стандарт EN 13432, регламентирующий требования к биодеградирующим полимерам, принятый ЕС.

Факторы, влияющие на развитие производства разрушаемых биопластиков

Каковы же перспективы развития упаковки на основе биопластиков? Существует ряд факторов, с одной стороны, сдерживающих ее применение, с другой, - стимулирующих её. Сдерживает массовый переход на использование биопластика его довольно затратное производство. Следует отметить, что и потребители пока не готовы покупать товары в экологически чистой упаковке, которая дороже обычной, синтетической.

Однако с увеличением объемов производства синтетических пластиков с каждым годом возрастают расходы на их утилизацию. Выявляются также негативные моменты от использования таких материалов для упаковки напитков и пищевых продуктов. Так, сравнительно недавно установлено, что ряд материалов, используемых, в частности, для производства пластиковых контейнеров, может стать причиной возникновения серьезных заболеваний, включая онкологические.



Это связано с использованием бисфенола-A при изготовление синтетической упаковки. Как заявили ученые Медицинской академии Бостона, это вещество со временем накапливается в организме человека. Согласно подсчетам, каждый год во всем мире для упаковки пищевых продуктов и напитков производится 2,8 млн т бисфенола. В результате проведенных исследований последствий использования тары с применением бисфенола британские производители отказались от производства емкостей, содержащих бисфенол.

Ранее исследователи пришли к выводу о том, что фталаты (эфиры фталевой кислоты), которые используются в производстве виниловой пищевой упаковки, медицинских трубок и детских игрушек, наносят вред развитию ряда функций у новорожденных мальчиков. Токсичное вещество 2-ЕНА обнаружено в полимерных крышках для детского питания учеными из университета Вюрцбург (Германия).

Эти новые данные требуют более осторожного подхода к синтетической упаковке, особенно при наблюдаемом в настоящее время расширении ее применения в пищевой промышленности. Подобная информация, наряду с ужесточающимися законами по переработке отходов, в частности в странах ЕС, побуждают предпринимателей, работающих в сфере производства упаковки, обращаться все более активно к биопластикам. В Германии, например, в мае 2005 г. введены новые правила, регулирующие утилизацию упаковки. Директива German Packaging Directive предполагает освободить от налогов предприятия, поставляющие на рынок товары в биоразлагаемой упаковке.

Поправка, которая была принята Верховной палатой немецкого парламента, вошла в силу в январе 2005 г. Она гарантирует для сертифицированных упаковочных материалов на биооснове исключение из ключевых разделов Положения - вплоть до 2012 г., а это значит, что они изымаются из ряда перечней по возврату и утилизации отходов. По словам Харальда Каэба, председателя Ассоциации биоразлагаемых пластиков IBAW и автора изменений в Положении, это решение устраняет решающую помеху к использованию биоупаковки в Германии. «Определенно, это послужит толчком для использования биополимеров», - заявил он.

Аналогичные схемы уже действуют в Великобритании и Италии. В ряде стран Западной Европы налоговые льготы для производителей, использующих биоразлагаемые материалы при производстве упаковки, являются основным стимулом для развития этого направления. С 2006 г. некоторые голландские упаковочные предприятия полностью перешли на использование биоразлагаемых материалов. Правительство стимулирует этот процесс. Для этого в бюджете предусмотрено выделение средств в размере нескольких миллиардов евро. Уже сегодня в странах ЕС начинают использовать биопластики для упаковки бутербродов, изготовления одноразовой посуды, а также пакетов для мусора.

Нельзя не отметить, что развитие производства биоразлагаемых полимеров требует значительных инвестиций в исследования, сельскохозяйственные работы, строительство заводов. Несмотря на это, многие европейские и американские компании готовы идти на эти траты. Их заинтересованность поддерживают и розничные операторы целого ряда развитых стран.

Крупнейшие продуктовые сети Европы уже с 2003-2005 г. используют биоразлагаемую упаковку, в первую очередь для натуральных продуктов, овощей, фруктов, салатов и деликатесов. В Великобритании это Tesco, Sainsburis, Marks & Spenser; во Франции - Carrefour, Monoprix, Migros; в Италии - Esselunga, IPER, Coop Китае - Migro, Coop; в Голландии - Albert Heijn и другие. Например, бельгийская сеть супермаркетов Delhaize в 2006-2007 гг. использовала более 7 млн PLA-контейнеров для салата, а позже она прекратила использовать традиционные пакеты, заменив их одноразовыми биоразлагаемыми на основе крахмала. Информацию об особенностях биодеградирующего упаковочного материала и способах его утилизации можно увидеть на этикетках и информационных стендах над витринами.

Прогрессивные производители продуктов питания тоже внедряют биоупаковку. Этот маркетинговый ход помогает привлекать внимание к марке и добиваться лояльности «экологично» настроенной европейской аудитории. Так, макароны под маркой Birkel's Bio фасуются только в пакеты из биоразлагаемого пластика на основе целлюлозы. Birkel стала первой немецкой компанией, сделавшей ставку на коммерческое использование биоупаковки.

Французский производитель Richard Laleu внедрил новый материал - PLA-фольгу Biophan - в качестве упаковки для сыра. Финская Huhtamaki стала пионером на рынке биоразлагаемой одноразовой посуды, создав линию BioWare (стаканы для холодных напитков, тарелки, контейнеры и ножи) из вторичного сырья (макулатура) и биополимера NatureWorks PLA. В 2006 г. немецкая аптечная сеть Ihr Platz предложила покупателям линию оздоровительных напитков Vitamore в ПЛ-бутылках с крышками из полимера Mater-Bi на основе крахмала.

В конце 2007 г. компания Biota Brands of America (США), заявляющая, что она заботится об окружающей среде, вывела на рынок инновационный продукт - энергетическую воду Biota Spring Water. Новинка разлита в запатентованные биоразлагаемые бутылки Planet Friendly. Greenery, один из ведущих европейских концернов на рынке фруктов, овощей и грибов, в конце 2004 г. впервые применил биоразлагаемую упаковку для своих продуктов. Опыт оказался удачным, и в ближайшее время компания планирует полностью отказаться от традиционной полимерной упаковки.

Австралийское подразделение концерна Cadbury Schweppers заказывает биодеградирующие коррексы для коробок под шоколадные конфеты. А Nestle уже два года поставляет в Австралию конфеты из молочного шоколада Dairy Box («Молочная коробка»), коррексы для которых изготовлены из полимолочной кислоты PLA, они моментально разлагаются при контакте с водой.

С недавнего времени Dairy Box появились и в Европе. Ирландская компания Tipperary Water в дополнение к своим кулерам для воды предлагает биоразлагаемые одноразовые стаканчики из полилактида. На начальном этапе, в августе 2004 г., в Ирландии и Великобритании было продано 500 тыс. стаканчиков, и всего за три года объем продаж увеличился почти до 30 млн штук в год. Еще один пример из Ирландии: компания Alcan Packaging разработала новую слоистую пленку для упаковки мюсли британской компании Jordans.

Пленка из целлюлозы фирмы Natureflex и материала Mater-Bi компании Novamont рассчитана на компостирование в домашних условиях. В Дании и Ирландии введен налог для продуктовых сетей на использование ПЭ пакетов, а в Италии, Франции, ряде штатов США с 2010 г. использование небиоразлагаемых пакетов будет вообще запрещено.

В результате этих мероприятий в Западной Европе в 2006 г. было потреблено 19,5 тыс. т биоразлагаемой упаковки, в США - 16 тыс. т. С июля 2008 г. в Китае запрещено использование в качестве упаковки тонкой полипропиленовой пленки. Согласно недавно опубликованному распоряжению городской администрации Лос-Анджелеса, начиная с первого июля 2010 г., во всех супермаркетах, продуктовых магазинах, а также магазинах одежды запрещается использование пластиковых пакетов.

Взамен предполагается использовать бумагу или иные биоразлагаемые материалы. Целью этого запрета является улучшение экологической обстановки в городе. В настоящее время в магазинах Лос-Анджелеса покупателям раздается 2,3 млн полиэтиленовых пакетов в год. Среднее время использования одного такого пакета составляет 20 мин.

Упаковка, создаваемая на основе биоразлагаемых материалов, появилась и в странах СНГ. Например, в России финская компания Huhtamaki планирует построить завод для производства различных видов упаковки и одноразовой посуды на основе технологии BioWare. Для выпуска некоторых изделий специалисты этой фирмы используют пластик, создаваемый из полимера молочной кислоты (полилактида, ПЛ). Нельзя не отметить при этом, что в настоящее время ПЛ-упаковка дороже аналогичных изделий из полипропилена. В России в целом, к сожалению, пока рано говорить о производстве и широком спросе у населения на биоразлагаемую упаковку. Однако уже сегодня необходимо задуматься о неизбежности перехода на биоразлагаемые пластики, безвредные для человека и окружающей среды.

Н.А. Воинов, Т.Г. Волова
Похожие статьи
показать еще
 
Биотехнологии и биоматериалы