Для широкой публики проблема пластика связана с одноразовой упаковкой. Нас призывают использовать меньше пластиковых пакетов для переноски, а продукты продаются как экологически чистые на том основании, что они упакованы в бумагу, стекло или сталь - иногда сомнительное утверждение. Но важно понимать, что демонизация полимеров и пластиков - не выход. Это больше, чем просто упаковка.
Мы используем пластмассы, потому что они могут делать то, что другие материалы не могут. Многие технологии будущего, от электротранспорта до медицинских устройств, будут основываться на действительно хороших полимерных материалах. У нас есть возможность и обязанность подумать о том, как мы можем модернизировать пластмассы, чтобы сделать их более пригодными для использования как для существующих приложений, так и для тех, которые нам понадобятся завтра. В процессе мы даже сможем уменьшить или обратить вспять уже нанесенный пластиком ущерб.
На Саммите по химическим наукам и обществу (CS3) в ноябре 2019 года международная группа исследователей, представляющих химические общества Китая, Германии, Японии и Великобритании, собралась, чтобы обсудить начальные исследования по повышению устойчивости пластмасс. Мы определили четыре основных исследовательских задачи, в которых химия, движимая фундаментальными исследованиями в области применения и международным сотрудничеством, имеет значительный потенциал для снижения негативного воздействия пластмасс. Нам необходимо понять их влияние на окружающую среду; разрабатывать новые, более экологичные пластмассы для будущего использования; разрабатывать технологии, способствующие переработке и / или деградации; и перейти к рециркуляции замкнутого цикла.
Нам нужно переосмыслить, как мы разрабатываем полимеры и добавки, из которых состоят пластмассы.
Эти четыре исследовательские задачи взаимосвязаны. Например, думая об устойчивости, вы должны рассматривать весь жизненный цикл материала, начиная с сырья. В настоящее время производство пластмасс тесно связано с нефтехимической промышленностью, которая вносит значительный вклад в выбросы парниковых газов. Мы уже можем посмотреть на снижение этого воздействия. Мы рекомендуем диверсифицировать ассортимент сырья, используемого для производства пластмасс, чтобы включить побочные продукты растительного происхождения, отходы биомассы, использованные пластмассы и даже отработанные газы, такие как диоксид углерода.
Чтобы лучше использовать это альтернативное сырье, нам нужно переосмыслить, как мы разрабатываем полимеры и добавки, из которых состоят пластмассы. Сегодняшние пластмассы в первую очередь предназначены для функциональности, без должного учета того, что происходит в конце их срока службы. Пластмассы завтрашнего дня не могут позволить себе продолжить эту тенденцию. Это не означает просто разработку полимеров, способных быстро разлагаться; в некоторых сценариях экологически безопасным выбором являются более прочные полимеры. Но даже если материал рассчитан на длительный срок службы, он все равно должен быть способен эффективно перепрофилироваться или сломаться.
При правильной конструкции мы можем упростить переработку полимеров, сделав их так, чтобы они разбирались более избирательно и требовали для этого меньше энергии. Некоторые изучаемые варианты включают полимеры, химический состав которых допускает инициированную деградацию, приводящую к образованию низкомолекулярных продуктов, которые могут быть химически переработаны или преобразованы в другие ценные продукты. Химическая переработка ПЭТ уже успешна, но ее можно было бы сделать более эффективной. Чем сложнее переработать полиолефины, такие как полиэтилен и полипропилен, тем сложнее.
Другие полимеры разрабатываются для образования пластмасс, которые подвергаются полному биоразложению до нетоксичных метаболитов при попадании в окружающую среду. Алифатические полиэфиры, включая полилактид и полигидроксиалканоаты, и термопластичный крахмал уже коммерчески доступны. В будущих исследованиях необходимо расширить диапазон разлагаемых полимеров и должным образом количественно оценить и оценить их воздействие - и влияние продуктов их разложения - на окружающую среду.
Также важно учитывать огромное количество пластиковых отходов, которые уже находятся в наших почвах, океанах и воздухе. По мере того, как пластмассы подвергаются физическому выветриванию, они фрагментируются, и небольшие размеры этих частиц затрудняют их определение. Кусок пластика даже размером в несколько миллиметров представляет собой удивительно разработанный продукт с различными структурами, работающими в разных масштабах длины, включая сферолиты, кристаллиты и аморфные области полимерных цепей. Мы работаем на международном уровне, чтобы разработать аналитические методы и теоретические модели, чтобы предоставить химически информативные данные по каждому из этих масштабов, в различных средах и в режиме реального времени.
Мы не должны искать единого решения
Проблема пластика не может быть решена только с помощью химии. Способы утилизации пластика и инфраструктура различаются по всему миру, поэтому снижение воздействия пластика на окружающую среду потребует изменений в политике, законодательстве и глобальном управлении отходами. Использование полимеров во многих различных секторах также означает, что мы не должны искать единого решения проблем, которые в настоящее время вызываются пластиковыми отходами. Но, разрабатывая набор новых технологий, химики могут помочь изменить конструкцию этих пластиков, чтобы они по-прежнему обладали необходимыми нам свойствами, но более устойчивым образом.
Проблемы, которые делают пластик проблематичным, также относятся ко многим другим материалам, включая те, которые используются в качестве заменителей пластмасс в упаковке. Устойчивость, воздействие на окружающую среду и ответственные инновации должны быть неотъемлемой частью науки, производства и дизайна всех материалов, а не второстепенным.