Відтоді, як у 1907 році було відкрито бакеліт як перший синтетичний пластик — його використовували як електричний ізолятор — цей легкий, міцний і піддається формуванню клас матеріалів допоміг створити сучасний світ. Пластмаси є основним інгредієнтом у дизайні та виробництві продуктів, і їх використання, особливо як предмети одноразового використання, такі як пляшки для води та харчові обгортки, розширюється. Загальна вага пластику, що виробляється на рік, наразі становить понад 380 мільйонів тонн, а до 2050 року планується перевищити 900 мільйонів тонн.
Але, як і викопне паливо, з якого вони виготовляються, пластик може мати негативні наслідки для навколишнього середовища. До 2050 року приблизно 12 мільярдів тонн пластикових відходів будуть лежати на звалищах або забруднювати природне середовище. Для порівняння, у 2015 році це число становило приблизно 4,9 мільярда тонн. Використаний пластик також становить значну частку палива, що подається в сміттєспалювальні установки, що виробляють енергію, і є джерелом викидів вуглецю. Документальні фільми, як-от фільми Девіда Аттенборо, привернули увагу до екологічної небезпеки, яку становлять пластикові відходи. Кадри викинутих пляшок з водою, що душить морське життя, також допомогли викликати громадський резонанс і підштовхнули проблему забруднення пластиком до глобальних порядків денних.
Незважаючи на те, що багато пластикових виробів тепер мають символ переробки, на практиці переробка пластику є сирою та енергоємною. Перероблений пластик, як правило, нижчої якості — він має меншу міцність — ніж нещодавно виготовлений пластик. Споживачам все частіше продають продукти, виготовлені з біологічно розкладаного пластику, отриманого з рослинних джерел або збагаченого киснем та іншими хімікатами, щоб вони могли розщеплюватися в навколишньому середовищі. Однак це ускладнює переробку, оскільки біологічно розкладаний пластик негативно впливає на якість переробленого пластику, а заводи з переробки не можуть відокремити цей пластик від інших форм.
Як створити більш стійкий пластик, стало одним із найбільших і найактуальніших питань сучасної хімії. Дослідники з багатьох галузей галузі зараз працюють над тим, як зменшити кількість пластикових відходів і підвищити шанси на їх переробку.
Про одну з таких спроб повідомляється в номері Nature цього тижня. Штефан Меккінг і його колеги з Університету Констанца в Німеччині описують новий тип поліетилену — один із найпоширеніших типів одноразового пластику — який можна переробити шляхом відновлення більшості вихідних матеріалів — те, що важко зробити з існуючі матеріали та технології переробки.
Цей новий пластик потребує подальшого тестування та оцінки його впливу на існуючу інфраструктуру переробки. Для цього знадобиться технологія переробки, відмінна від тієї, що доступна в існуючих центрах переробки. Якщо існує консенсус щодо того, що його слід використовувати, і якщо його можна збільшити, це потенційно прискорить перехід до переробленого пластику. Це може бути частиною рішення зробити використання пластику менш шкідливим.
Але тільки хімія може завести нас далеко. Якщо потрібно зменшити спалювання пластику та накопичення матеріалів в океанах і на звалищах, промисловість не зможе продовжувати виробництво пластику з нинішніми темпами. Компанії повинні брати на себе більше відповідальності за повний життєвий цикл своїх пластикових виробів. І для того, щоб це сталося, урядам потрібно буде запровадити більше правил, а запропонована угода ООН щодо пластику також має бути успішною.
Одностороння система
Пластмаси виготовляються шляхом комбінування ланцюгів простих молекулярних будівельних блоків. Непросто запустити цей процес у зворотному напрямку, щоб створити матеріали для повторного використання, хоча дослідники досягли певного прогресу. Основна перешкода на шляху вдосконалення переробки пластику полягає в тому, як розірвати хімічні зв’язки систематично та з низьким споживанням енергії, щоб відновити цінні матеріали, які потім можна використовувати для виготовлення так само високоякісного пластику.
Є кілька способів подарувати пластмасі загробне життя. До них відноситься механічна переробка — за допомогою якої їх подрібнюють, розплавляють і повторно використовують як пластик нижчої якості. Іншим варіантом є їх хімічна переробка — шляхом розриву зв’язків, які утримують разом довгі молекули пластику, створюючи менші корисні молекули, з яких можна зробити новий пластик. Над останнім підходом, можливо складнішим із двох, працювали Мекінг та його колеги.
Ця команда є однією з кількох у всьому світі, які намагаються знайти такий спосіб переробки поліетилену. Використовуючи поновлювані джерела енергії, Меккінг і його колеги створили міцний поліетиленовий матеріал, який містить хімічні групи, які легше розщеплюються, ніж у звичайних пластмасах, що дозволяє деконструювати матеріал на етапі переробки. Вчені змогли відновити майже весь вихідний матеріал за допомогою процесу переробки та переробити з нього поліетиленовий матеріал.
Ця робота відбувається після роботи іншої групи, яка повідомила про подібні висновки в жовтні. Сюзанна Скотт з Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі та її колеги використовували каталізатор, щоб допомогти розщепити поліетилен на більш дрібні молекули, які можна було використовувати як початкові блоки для виготовлення різних типів полімерів.
Це розумна хімія та життєво важливі дослідження. Тепер необхідно дослідити цей підхід для різних типів пластику та в більших масштабах. Але до тих пір, поки використання пластику продовжує зростати, переробка сама по собі не зменшить забруднення пластиком.
Промисловість це добре усвідомлює та займається — хоча й не такою мірою, як потрібно — питанням про те, як скоротити виробництво. Одна п'ята компаній, які виробляють або використовують пластикову упаковку, взяли на себе зобов'язання під назвою Глобальне зобов'язання нової економіки пластмас, створене Фондом Еллен Макартур і Програмою ООН з навколишнього середовища. Підписанти обіцяють збільшити переробку пластику в рамках ширшого зобов’язання принципам циркулярної економіки, які спрямовані на безперервне використання ресурсів і усунення відходів. Але, згідно з останнім звітом, прогрес нерівномірний, особливо коли мова йде про скорочення одноразової упаковки та прийняття повністю багаторазової упаковки.
Очевидно, що компанії потрібно підштовхувати або сильніше тиснути, щоб вони діяли. Якби від них вимагали взяти на себе відповідальність за весь життєвий цикл їхніх пластикових виробів, вони були б менш схильні використовувати матеріали, які важко повторно використати чи переробити. З цією метою запропонована глобальна угода, яка описується як еквівалент Паризької кліматичної угоди щодо забруднення пластиком, має досягти успіху. У минулому угоди, спрямовані на боротьбу зі зміною клімату та втратою біорізноманіття, зустрічали спротив і навіть послаблювали деякі представники промисловості та уряди, зацікавлені у викопному паливі. Історія не може повторитися; планета не встигає.
Хіміки подарували світу пластмасу більше століття тому. Але ці надзвичайно корисні матеріали зараз є серйозним джерелом екологічного лиха. На щастя, хіміки як в наукових колах, так і в промисловості сповнені рішучості знайти безпечний для навколишнього середовища спосіб вилучення пластику. Компанії та уряди тепер повинні активізуватись і взяти на себе відповідальність за свою участь у накопиченні пластикових відходів. Дія не може прийти занадто швидко.
Nature 590, 363-364 (2021)
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-00391-7
