Красноярским ученым удалось сделать важный шаг по спасению планеты от экологической катастрофы. Они разработали технологию производства экологичного быстроразлагаемого пластика. А сырьем для производства нового материала являются отходы рыбной промышленности.
Вездесущ и смертельно опасен
Наша эпоха – время повсеместного использования пластиков. Эти материалы имеют огромное количество плюсов. Они прочны, легки, прекрасно обрабатываются. И что очень важно, химически инертны. Металл, который долго был царем конструкционных материалов, подвергается коррозии, она может «съесть» конструкцию всего за несколько десятилетий. А пластик устойчив не только к самому распространенному земному растворителю – воде, но и к самым агрессивным веществам – кислотам и щелочам. Но этот плюс оборачивается огромным минусом, имеющим катастрофические последствия для экологии. Пластик практически не разлагается в природе. А это означает, что он накапливается в огромных количествах в виде мусора. Это происходит и на земле, и в океане, где наблюдаются уже огромные пластиковые острова.
Пластик представляет серьезную угрозу для живых организмов и экосистем по нескольким причинам.
• Морские и наземные животные могут запутаться в пластиковых отходах или проглотить их. Это может привести к удушью, повреждению внутренних органов и гибели животных.
• Пластик, накопленный в почве, может препятствовать росту корней растений, снижать доступ кислорода и воды, что негативно сказывается на их росте и здоровье.
• Пластик может выделять вредные химические вещества, такие как бисфенол А (BPA), фталаты и полихлорированные дифенилы (ПХД), которые могут попадать в окружающую среду и пищевые цепочки. Эти вещества могут вызывать гормональные нарушения, репродуктивные проблемы и даже рак.
• Пластиковые частицы могут адсорбировать на своей поверхности различные загрязнители, такие как тяжелые металлы и органические загрязнители, увеличивая их концентрацию в окружающей среде.
• Пластик со временем разрушается на мельчайшие частицы, известные как микропластик. Эти частицы могут быть проглочены различными организмами, включая планктон, который находится в основе морских пищевых цепочек, что может привести к накоплению микропластика в организмах на всех уровнях пищевой цепи.
• Микропластик может проникать в ткани организмов, включая человека, через пищу, воду и воздух, что вызывает воспалительные процессы, повреждение клеток, и способствовать развитию различных заболеваний.
• Чистка пластиковых отходов из окружающей среды требует значительных финансовых затрат.
• Пластик может разрушать экосистемы, нарушать естественные процессы и приводить к утрате биоразнообразия.
«Зеленая» альтернатива
Эти факторы делают пластик серьезной угрозой для всех форм жизни на Земле, требующей комплексных мер по его снижению, переработке и управлению отходами.
– Мировое производство синтетических пластмасс выросло почти до 400 миллионов тонн в год. Ожидается, что к 2050 году эта цифра достигнет одного миллиарда тонн в год. Накопление пластиковых отходов создает глобальную экологическую проблему. Одно из возможных решений связано с их обязательной переработкой. Второй путь решения этой проблемы – постепенный переход к новому поколению разрушаемых полимерных материалов, среди которых особое место занимают полигидроксиалканоаты, – говорит кандидат технических наук, старший научный сотрудник Института биофизики СО РАН Евгений Киселев.
Полигидроксиалканоаты (ПГА) представляют собой биоразлагаемые термопластичные полимеры. Эти соединения синтезируются некоторыми микроорганизмами, которые используют их для накопления энергии и защиты в неблагоприятных условиях. ПГА обладают схожими свойствами с традиционными пластиками, но имеют важное преимущество – они быстро разлагаются в природной среде. Благодаря этим характеристикам ПГА считаются перспективными материалами, которые могут постепенно заменить синтетические пластики, производимые из нефти. Для синтеза ПГА могут использоваться различные субстраты, включая побочные продукты различных промышленных процессов.
Исследователи из Красноярского научного центра СО РАН предложили использовать отходы рыбной промышленности в качестве сырья для синтеза ПГА-полимеров. В частности, они предложили использовать некондиционный рыбий жир в качестве углеродного субстрата для производства этих полимеров. Такой метод позволит снизить стоимость производства ПГА, сделает процесс более экологичным за счет использования возобновляемого сырья и поможет решить проблему утилизации значительного количества непереработанных рыбных отходов.
Таким образом, ученые решают сразу две проблемы, потому что отходы для рыбной промышленности – еще та головная боль.
Были изучены три вида жировых побочных продуктов: отходы от переработки свежей балтийской кильки, отходы от консервного производства свежей атлантической скумбрии, а также остатки кильки, используемой в производстве шпрот, после процесса копчения.
– Мировой улов, используемый для производства консервированных шпрот, составляет примерно 500 тысяч тонн в год. Консервы из шпрот – массовый продукт, выпускаемый во многих странах. На рыбоперерабатывающих предприятиях одной только Калининградской области ежедневно образуется около 10 тонн отходов в виде копченых голов кильки. Это делает актуальным поиск решений по использованию этих жиросодержащих отходов, в том числе в качестве потенциального сырья для производства целевых биотехнологических продуктов, – поясняет Евгений Киселев.
Как оказалось, бактерии прекрасно справляются с рыбными отходами, перерабатывая их в биопластик. Так, всего за двое суток микроорганизмы перерабатывают 60 процентов субстрата. В ходе экспериментов были получены несколько видов биопластика.
Перечень областей для применения этого материала огромен
• В медицине – это хирургические нити, которые постепенно разлагаются в организме, имплантаты и скобы, которые со временем растворяются и не требуют повторных операций для их удаления. Материалы могут применяться в тканевой инженерии: служат матрицами для выращивания клеток и восстановления тканей.
• В фармацевтике экопластики используются в системах доставки лекарств, где ПГА-материалы обеспечивают постепенное высвобождение активных веществ.
• ПГА используются для создания биоразлагаемых упаковок и одноразовой посуды, которые уменьшают загрязнение окружающей среды.
• В промышленности экопластики используются в качестве материалов для 3D-печати, обеспечивая экологичность производимых изделий, фильтрационных материалов, биоразлагаемых волокон и тканей. И это далеко не полный перечень.
Значимость исследований красноярских ученых подтверждена присуждением им гранта Российского научного фонда.
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».
