В конце 2010-х стало ясно, что пластиковое загрязнение — не просто страшилка из выступлений экоактивистов: эта проблема касается каждого. Число свалок и мусоросжигательных заводов растет, а микрочастицы медленно распадающегося пластика тем временем проникают повсюду: ученые уже обнаружили их в арктических льдах, на дне Марианской впадины и даже в человеческих экскрементах.
Как и зачем утилизируют мусор сегодня?
Во-первых, пластиковых отходов и правда очень много. В 2017 году исследователи подсчитали, что с 1950-х человечество произвело около 8,3 миллиарда тонн этого материала — столько весит миллиард очень крупных слонов. По оценке ученых, две трети этого объема уже отправились на свалки или в океан, пополнив «мусорные острова».
Во-вторых, пластиковое загрязнение влечет за собой немало опасных последствий. Отходы всё чаще становятся пищей диких животных, а затем поднимаются «вверх» по пищевой цепочке. Авторы недавнего исследования обнаружили микрочастицы пластмассы в фекалиях тюленей, живущих в одном из британских реабилитационных центров для животных: источником частиц оказалась рыба, которой кормили тюленей. Другая группа ученых выяснила, что пластиковое загрязнение значительно повышает риск развития болезней у кораллов.
Воздействие пластика на организм животных и человека начали исследовать не так давно, поэтому нельзя с уверенностью сказать, насколько безопасны для нас частицы этого материала.
Кроме того, отходы меняют облик планеты: например, Большое мусорное пятно на севере Тихого океана растет с каждым годом.
Сегодня существует несколько основных способов переработки пластика. Чаще всего применяют механический рециклинг: пластмассовые отходы измельчают, плавят и фасуют в небольшие гранулы, пригодные для повторного использования. Менее популярные методы — расщепление при высокой температуре в присутствии метанола (метанолиз) или этиленгликоля (гликолиз), а также термическое разложение без доступа воздуха (пиролиз). Увы, эти способы требуют тщательной сортировки мусора и применения дорогого оборудования, поэтому сжигание отходов до сих пор обходится дешевле. Исследователи и лаборатории по всему миру ищут новые способы переработки пластика: сегодня большая часть этих технологий кажется фантастикой, но методы совершенствуются год от года. Возможно, эти подходы станут основой мусороперерабатывающих заводов будущего — эффективных, экологичных и недорогих.
Пожиратели пластика: переработка с помощью насекомых
Насекомые настолько разнообразны, что способны съесть, кажется, что угодно — от подпорченных фруктов до свитеров из вашего шкафа. Ученые обнаружили, что некоторым видам насекомых можно скормить и пластик — пищеварительная система тех, кого мы привыкли считать вредителями, эффективно перерабатывает наш мусор, превращая его в безопасные отходы. Как это происходит и смогут ли черви и личинки заменить предприятия по сортировке пластмассы?
В 2015 году исследователи из США и Китая выяснили, что личинки большого мучного хрущака неплохо чувствуют себя на пластиковой диете. Несколько сотен червей в течение двух недель кормили пенополистиролом, одним из самых популярных типов пенопласта, и в то же время личинки из контрольной группы ели отруби. Выживаемость в обеих группах оказалась примерно одинаковой, пенопласт не навредил будущим жукам. В финале эксперимента исследователи отправили на анализ экскременты мучных червей, питавшихся пенопластом: выяснилось, что 48 % пластика пищеварение личинок превратило в углекислый газ, а другая половина подверглась деполимеризации — длинные полимерные цепочки разбились на звенья-мономеры. За день сотня личинок уничтожала до 40 миллиграммов пенопласта.
Группа «Грибы»: грибок против свалки
Еще один неожиданный союзник в борьбе за чистую планету — грибки. В 2017 году это выяснили ученые из Китая и Пакистана: в поисках организмов, способных разрушать мусор, они отправились на свалку в Исламабаде. Из образцов свалочной почвы ученые выделили грибок, разрушающий полиуретан. Хотя этот материал — не пластик, технологии его утилизации не менее важны: из полиуретана делают множество вещей от автомобильных шин до подошв ботинок.
Внимание ученых привлек грибок Aspergillus tubingensis, близкий родственник хорошо знакомой нам «черной плесени» Aspergillus niger.
Умение этого грибка разлагать полиуретан протестировали сначала в лаборатории, а потом и в полевых условиях — материал обрабатывали грибком и зарывали в почву.
Лучше всего Aspergillus tubingensis работал в желеобразной питательной среде из агар-агара, но и в почве он неплохо справлялся с задачей. Исследование методом инфракрасной спектроскопии показало, что грибок действительно разрушает химические связи полиуретана.
Микромир за чистоту: бактерии, разрушающие пластик
Все исследователи, изучающие переработку с помощью насекомых и грибков, приходят к выводу: важнейшую роль в этом играет микрофлора организмов-«пожирателей». Если удастся выяснить, что это за микробы, тот же механизм можно будет воспроизвести без участия грибка или личинок.
В 2016 году такой штамм бактерии Ideonella sakaiensis удалось получить японским биологам. Источником снова стали образцы почвы и грязи — ученые собрали их неподалеку от завода по переработке бутылок из ПЭТ (полиэтилентерефталата), одного из самых популярных в мире упаковочных материалов. На остатках пластика обитало несколько типов бактерий, но штамм 201-F6 оказался единственным виновником разложения ПЭТ.
Эти бактерии выделяют особые ферменты, которые получили названия «ПЭТаза» и «МЭТаза», — они запускают серию реакций, позволяющих разложить бутылочный пластик на две менее токсичных составляющих, терефталевую кислоту и спирт этиленгликоль.
Еще много-много раз: вторичное использование пластика
Полностью уничтожить пластик нелегко, но есть еще один подход, позволяющий уменьшить количество мусора, — повторное использование материала. Например, бутылки из ПЭТ измельчают в мелкие хлопья, которые затем становятся сырьем для изготовления тканей, утеплителей или новых бутылок. Однако мелкие предметы вскоре снова придется выбрасывать, и не факт, что они попадут в переработку, а не на свалку.
Чтобы увеличить цикл использования пластика, исследователи предлагают делать из отходов «долгоиграющие» объекты, — например, добавлять его в дорожное покрытие.
Сегодня дорожное полотно чаще всего покрывают асфальтом: смесью песка и гравия с различными битумами. Инженеры предлагают заменить часть битума на пластиковые гранулы, чтобы сделать покрытие крепче и долговечнее (один из производителей заявляет, что его разработка на 60 % прочнее традиционного асфальта).
Автор статьи Наталья Пелезнева
https://knife.media/plastic-recycling/
(с.) сайт НОЖ