Исследователи делают устойчивый пластик более пригодным к компостированию

24.08.2023 Исследователи из Школы упаковки Мичиганского государственного университета разработали способ сделать перспективную и устойчивую альтернативу пластмассам на основе нефти более биоразлагаемой.

Группа под руководством Рафаэля Аураса (Rafael Auras) создала смесь полимеров на биологической основе, пригодную для компостирования как в домашних, так и в промышленных условиях. Работа опубликована в журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

"В США и во всем мире существует большая проблема с отходами, особенно пластиковыми, - сказал Аурас, профессор МГУ и заведующий кафедрой устойчивого развития упаковки компании Amcor.

В США перерабатывается менее 10% пластиковых отходов, что означает, что большая часть пластиковых отходов оказывается в виде мусора или отходов, создавая экономические, экологические и даже медицинские проблемы.

"Разрабатывая биоразлагаемые и компостируемые продукты, мы можем убрать часть этих отходов", - сказал Аурас. "Мы можем уменьшить количество отходов, попадающих на свалку".

Еще один бонус заключается в том, что пластик, предназначенный для компостного бункера, не нужно будет очищать от пищевых загрязнений, что является основным препятствием для эффективной переработки пластика. Предприятиям по переработке пластика приходится выбирать между затратами времени, воды и энергии на очистку грязных пластиковых отходов и простым их выбрасыванием.

"Представьте, что у вас есть кофейная чашка или поднос для микроволновой печи с томатным соусом", - говорит Аурас. "Вам не нужно будет их промывать или мыть, их можно просто компостировать".

Команда работала с так называемой полимолочной кислотой, или PLA, которая во многих отношениях кажется очевидным выбором. Она используется в упаковке уже более десяти лет, и ее производят из растительных сахаров, а не из нефти.

При правильном использовании побочные продукты PLA являются естественными: вода, углекислый газ и молочная кислота.

Кроме того, исследователям известно, что PLA может разлагаться в промышленных компостерах. В таких компостерах создаются условия, например, более высокие температуры, которые в большей степени способствуют разложению биопластика, чем в домашних компостерах.

Тем не менее, идея сделать PLA пригодным для компостирования в домашних условиях кажется некоторым людям невыполнимой.

"Я помню, как люди смеялись над идеей разработки домашнего компостирования PLA", - говорит Пуджа Майекар, докторант из группы Аураса и первый автор нового отчета. "Это связано с тем, что микробы не могут нормально атаковать и потреблять PLA. Он должен быть расщеплен до такой степени, чтобы микробы могли использовать его в качестве пищи".

Хотя промышленные компостные установки могут довести PLA до такого состояния, это не означает, что они делают это быстро или полностью.

"На самом деле, многие промышленные компостеры до сих пор отказываются принимать биопластики, такие как PLA", - говорит Аурас.

Эксперименты, проведенные при поддержке Министерства сельского хозяйства США и MSU AgBioResearch, показали, что PLA может пролежать 20 дней, прежде чем микробы начнут его переваривать в условиях промышленного компостирования.

Чтобы избавиться от этой задержки и сделать возможным компостирование в домашних условиях, Аурас и его команда включили в PLA углеводный материал, называемый термопластичным крахмалом. Помимо прочих преимуществ, крахмал дает микробам компоста то, что им легче переварить, пока PLA разлагается.

"Когда мы говорим о добавлении крахмала, это не означает, что мы просто добавляем крахмал в матрицу PLA", - говорит Майекар. "Речь идет о попытке найти оптимальный вариант использования крахмала, чтобы PLA лучше разлагался без ущерба для других свойств".

К счастью, Анибал Бхер уже занимался составлением различных смесей PLA с термопластичным крахмалом, наблюдая за тем, как они сохраняют прочность, прозрачность и другие желаемые свойства обычных PLA-пленок.

Работая с Ванварангом Лимсуконом, Бхер и Майекар могли наблюдать, как эти различные пленки разрушаются в процессе компостирования при различных условиях.

"Различные материалы по-разному подвергаются гидролизу в начале процесса и биоразложению в конце", - сказал Лимсукон. "Мы работаем над тем, чтобы проследить весь путь".

Группа проводила эти эксперименты с использованием систем, которые Аурас и сотрудники лаборатории, как прошлые, так и нынешние, в основном создали с нуля за 19 лет его работы.




Источник:  https://phys.org/news/2023-08-starch-bio-based-polymer-bioplastics-compostable.html