Биосуета вокруг... чего? (Часть 5)

Комментариев: 13

См. также "Биосуета вокруг... чего? (Часть 1)"
"Биосуета вокруг... чего? (Часть 2)"
"Биосуета вокруг... чего? (Часть 3)"
"Биосуета вокруг... чего? (Часть 4)"
"Биосуета вокруг... чего? (Часть 6)"

Мы продолжаем публикацию серии материалов Михаила Григорьевича Рожавского на тему биополимеров, их происхождения и места в современном мире. Размышляя об этих, уже нашумевших, полимерах, автор развенчивает наиболее распространенные мифы о них и рассказывает, как же обстоит дело с "зеленым пластиком" в действительности.

Часть 5. А что с ними будет?

Теперь посмотрим на варианты окончания жизненного цикла полимеров и изделий из них. Это – важный момент, поскольку завершение жизненного цикла полимерных изделий (да и вообще всех продуктов, изготовляемых человеком) требует затрат общества. Все производимые природой объекты участвуют в том или ином круговом цикле, появляясь на свет, выполняя свою функцию (возможно, и не всегда понятную нам) и отмирая, превращаясь в базу для реализации новых природных жизненных циклов. Коль скоро искусственные, т.е. произведенные человеком полимеры мы определили, как природно-эволюционное явление, связанное с человеческой деятельностью, логично предположить, что и завершение их жизненного цикла должно протекать с участием человека.

Давайте же рассмотрим варианты. Ну, прежде всего для нашего анализа имеет смысл выделить принципиально два типа полимеров с различными вариантами завершения жизненного цикла: биоразлагаемые и бионеразлагаемые. Что представляют собой последние, всем понятно, поэтому чуть подробнее остановимся на биоразлагаемых полимерах.

Как заканчивают жизнь биоразлагаемые полимеры (или изделия из них)? В конечном итоге их должны поедать микроорганизмы, давая воду, углекислый газ и биогумус. Чтобы быть съеденными микроорганизмами, полимеры, как мы знаем, должны либо сразу представлять собой съедобный субстрат, либо пройти некую подготовительную стадию перед биоразложением. В соответствии с этим биоразлагаемые полимеры можно разделить на две условные группы:

• одностадийно (их еще называют иногда гидроразлагаемыми) разлагаемые (к таким полимерам относятся, например, полилактиды – ПЛА (PLA), другие полигидроксиалканоаты (PHA), крахмал и некоторые композиционные материалы на основе крахмала, ряд других полимеров);
• двухстадийно (чаще называют оксоразлагаемыми) разлагаемые (это, как правило, полимеры с добавками, обеспечивающими предварительный распад полимера на все более мелкие фрагменты под действием света, либо других атмосферных факторов; и только на второй стадии остатки полимеров перерабатываются микроорганизмами).

Вообще говоря, для нашего анализа это деление не принципиально, поскольку заканчивают свой жизненный цикл обе группы биополимеров одинаково, однако есть между ними некоторая разница (для нашего анализа, впрочем, не существенная) в экологическом отношении.

Итак, берем изделие из одностадийно разлагаемого биополимера, например, прозрачный контейнер для упаковки торта из PLA. Какие стадии утилизации должен он пройти? Пойдем с конца: он должен быть закомпостирован, иначе его распад будет протекать по совсем уж непонятной схеме. Это означает, что, прежде всего, отходы такого полимера необходимо собрать в одном месте.

Таким образом, первой стадией утилизации является сбор биоразлагаемых полимерных отходов (1).

Процесс микробиологического разложения полимера в компосте происходит под действием определенных штаммов микроорганизмов. Их необходимо сначала вывести, а затем поддерживать их жизнедеятельность с тем, чтобы они не погибли. Для этого, а также для того, чтобы микроорганизмы работали, требуется обеспечить необходимый для них режим температуры, влажности, кислотности (рН) среды. То есть процесс биоразложения полимеров в компосте есть нормальный технологический процесс, в котором основным действующим началом является биологический субстрат. Мне трудно представить себе реализацию технологического процесса с соблюдением определенных технологических параметров вне рамок использования технологического оборудования с учетом того, что температура окружающей среды в большинстве районов Земного шара имеет серьезные суточные и сезонные колебания. Однако даже не это главное.

Главное вот что: а нужно ли проводить предварительное отделение биоразлагаемых полимерных отходов от, скажем, металлических, стеклянных и других? Понятно, что отделять их от бумажных, деревянных, картонных и т.п. «родственных» материалов, наверно, не обязательно, но от тех, которые пройдут через компост «транзитом» (а возможно, и не без вреда для бактерий), наверно, было бы целесообразно. Кроме того, наличие лишнего материала в реакторе всегда увеличивает его объем, причем за счет неэффективной части.

Это означает, что процесс хотя бы некоторой начальной сортировки мусора, содержащего биоразлагаемые полимеры, проводить нужно. И это – вторая стадия утилизации (2). Впрочем, если сбор мусора организован по раздельной схеме, то отделять полимеры от других отходов необходимости не будет.

Бытовые полимерные отходы, отходы упаковки обычно представляют собой довольно объемные предметы – бутылки, контейнеры, пленка и т.д. Поэтому, дабы не увеличивать объемы компоста, необходимо провести либо прессование, либо, что предпочтительнее, дробление отходов. В таком виде они лучше приспособлены для потребления микроорганизмами. В любом случае перед загрузкой отходов в компостную яму целесообразно провести хотя бы минимальную их подготовку.

И это – третья стадия (3) процесса утилизации биоразлагаемых отходов.

Четвертой (4) стадией является непосредственно переработка подготовленных и закомпостированных отходов с образованием в качестве конечного продукта биогумуса (образовавшиеся при этом углекислый газ и вода интереса пока не представляют). Ясно также, что через некоторое время (например, 2-3 месяца) потребуется извлечь какую-то часть образовавшегося биогумуса для отправки его возможным конечным потребителям и высвобождения места для закладки новых порций компоста.

Далее. Допустим, процесс биоразложения полимерных отходов осуществляется в компостной яме открытого типа (т.е. вне емкостного оборудования). Нет ли при этом опасности вредного влияния на здоровье людей штаммов микроорганизмов, попадание которых в воздух при этом весьма вероятно? Так, например, в свое время в г.г. Кириши, Кетов, Ангарск и др. в результате деятельности заводов микробиологического синтеза экологическая ситуация серьезно ухудшилась. А ведь процессы на этих предприятиях осуществлялись в закрытых аппаратах, а не в открытых компостных ямах. Вопрос…

Процесс биоразложения двухстадийно разлагаемых биополимеров отличается только тем, что вначале – непосредственно перед биоразложением - полимерные отходы предстоит подвергнуть воздействию факторов (например, света), вызывающих их деполимеризацию до состояния биоассимилируемых фрагментов. Это – процесс, протекающий во времени. Все это время отходы необходимо где-то содержать, причем собрать их нужно до того, как процессы фотодеградации пройдут настолько глубоко, что изделие (пакет, контейнер и т.п.) развалится на части, которые и собрать-то будет уже невозможно из-за их хрупкости, мелкости и т.д. Будучи собраны в одном месте (допустим, на полигоне для мусора), эти отходы должны быть размещены там таким образом, чтобы на каждое изделие падал бы свет (иначе добавки, отвечающие за фотодеградацию, не будут работать). А как это сделать практически? А если солнце спрячется за тучи? Все эти вопросы, конечно же, решаемы…

Теперь сравним процессы утилизации биоразлагаемых и бионеразлагаемых полимерных изделий. Для краткости и удобства изложения материала представим его в табличной форме.

Конечно, представленные схемы переработки являются весьма приблизительными и в каждом конкретном случае могут иметь свои особенности. Однако для нас важно, что утилизация отходов из биоразлагаемых и бионеразлагаемых полимеров представляет собой цепь организационных, логистических и технологических операций.
И вот теперь главное: ради чего придется затрачивать усилия в том и в другом случаях?

Удобно посмотреть на результаты, опять-таки представленные в табличной форме:

Продолжение следует. Читайте дальнейшие размышления о биополимерах через неделю!