Отходы от морепродуктов
Бисквит из омаров и коктейль из креветок - отличная еда, но по приемлемой цене. Ежегодно в пищевой промышленности образуется от 6 до 8 миллионов тонн отходов от крабов, креветок и омаров. В зависимости от страны, эти когти и ноги в основном выбрасываются обратно в океан или на свалки.
На многих из этих же полигонов постоянно накапливается пластмассовый мусор. С момента начала массового производства в 1950-х годах человечество произвело более 8 миллиардов тонн пластика.
Лишь 10 процентов пластиковой упаковки успешно перерабатывается. Большая часть остального находится на свалках в течение очень длительного времени (разрушение пластиковой бутылки занимает около 450 лет) или выбрасывается в окружающую среду, возможно, вызывая отвращение у морских птиц, которые глотают крохотные кусочки или собираются в плавучих мусорных ямах Тихого океана.
У некоторых учёных существует предположение, что эти проблема можно решить вместе. Устойчивые раковины ракообразных содержат хитин, материал, который, наряду с производным хитозаном, обладает многими желательными свойствами пластика и для биоразложения требуется всего несколько недель или месяцев, а не столетий.
Получение хитина
Задача состоит в том, чтобы получить достаточно чистого хитина и хитозана из скорлупы для производства "пластика" на биооснове экономически эффективным способом.
"Нет никакого плана или руководства по эксплуатации того, что мы делаем, - говорит Джон Кис, генеральный директор Mari Signum, стартап-компании, расположенной недалеко от Ричмонда, штат Вирджиния, которая разрабатывает способы производства экологически читина. Но шквал достижений в зеленой химии дает некоторые ориентиры.
Природные леса
Хитин является одним из самых богатых органических материалов в мире, после целлюлозы, которая придает древесным растениям их структуру. Помимо ракообразных хитин встречается у насекомых, рыбьей чешуи, моллюсков и грибов. Как и пластик, хитин - это полимер, молекулярная цепь, состоящая из повторяющихся элементов. Структурный блок хитина, N-ацетил-D-глюкозамин, представляет собой сахар, связанный с глюкозой. Хитин и хитозан являются антибактериальными, нетоксичными и используются, в частности, в косметике, перевязке ран, обработке воды в бассейне и других областях.
Предприниматели пытаются запустить новые хитиновые продукты. Cruz Foam, компания из Санта-Круза, Калифорния, начала производить доски для серфинга из хитина, хотя с тех пор она стала ориентироваться на гораздо более крупный рынок упаковочной пены. Для биоразложения полистирольной пены - общего компонента как досок для серфинга, так и упаковки пищевых продуктов - требуется не менее 500 лет. Соучредитель компании Марко Роланди убежден, что пена Cruz Foam легко разлагается, основываясь на результатах домашнего теста.
Производство хитина
"Я положил пенопласт Cruz Foam в компост на заднем дворе, а месяц спустя на нем появились черви, - говорит он.
Экологичные доски для серфинга и раневые повязки ценны, но они являются нишевыми продуктами - мелким картофелем, не оставляющим вмятин в огромных количествах пластмасс на основе ископаемого топлива.
В прошлом, ученые предлагали крупномасштабное производство хитина или хитозана. Но химия для отделения материалов от отходов раковины имеет большие недостатки, поэтому работа не заставила себя долго ждать. Ракушки из морепродуктов высушиваются.
Как извлекать хитин?
Во-первых, для извлечения хитина традиционно требуются коррозионные химикаты. Ракообразная раковина содержит от 15 до 40 процентов хитина. Чтобы добраться до хитина, необходимо удалить белок вместе с минералами, в основном карбонатом кальция, которые делают раковины жесткими.
Соляная кислота, сильная кислота, удаляет карбонат кальция при выделении углекислого газа; гидрооксид натрия, или щелочь, является прочной основой, которая удаляет белок.
Для производства одного килограмма хитина требуется 10 килограммов снарядов, шесть килограммов угля для отопления, девять килограммов соляной кислоты, восемь килограммов гидроксида натрия и 330 килограммов пресной воды.
Для промывки хитина от остаточных загрязнений может потребоваться до 200 кг воды.
Получение хитозана требует дополнительного этапа: добавление горячего, концентрированного раствора гидроксида натрия в хитин. Для этого компании должны инвестировать в дорогостоящие коррозионностойкие реакторы, очистку сточных вод и технологии улавливания углекислого газа.
Суровые реакции, используемые сегодня, также разрывают длинные полимерные цепи, которые делают материалы прочными, ограничивая универсальность хитина и хитозана. Технический директор "Мари Сигнума" Джулия Шамшина проводит аналогию с одеждой: Невозможно сделать свитер с шариком пряжи, сделанным только из коротких нитей.