Пластмасса вместо компоста: наука нашла применение растительным отходам

Как уверяют учёные, в переработку годятся любые отходы сельского хозяйства и пищевой промышленности, древесина и даже микроводоросли. Влажную биомассу, как правило, более чем наполовину состоящую из воды, подвергают многоэтапному сильному нагреву в закрытых установках — это называется гидротермальной карбонизацией. Сначала из сырья удаляют кислород, затем высвобождают метан и водород, оставшуюся смесь сжижают, получая смолу или жидкое топливо. В недрах планеты происходит примерно то же самое, когда из органических осадков образуется нефть. Только на это уходит миллионы лет, а гидротермальная карбонизация занимает часы.
Перерабатывать биомассу умеют уже почти сто лет, и за это время технологию заметно усовершенствовали. Теперь главная задача — максимально разнообразить источники сырья, чтобы задействовать все биоотходы. Так, в Исследовательском центре биоэкономики при Гогенгеймском университете (Германия) с помощью гидротермальной карбонизации предлагают избавиться от 800 тысяч тонн корней цикория, которые каждый год сгнивают на полях. На опытном производстве из этого сырья получают не только биогаз, но и полимеры — такие как фурфурол, гидроксиметилфурфурол, молочную кислоту, фенолы, гликолевый альдегид. Из них химическим путём изготавливают полиэстер, нейлон, пластик для бутылок и одноразовой посуды.
По своим механическим и физическим свойствам биопластики (то есть сделанные из биомассы) не отличаются от обычных, из продуктов переработки нефти. Они такие же лёгкие, гибкие, прочные, а некоторые ещё и быстро разлагаются в почве или на свету, что даёт им экологическое преимущество.
Отличное сырье для биопластиков и микроводоросли, которые специально выращивают в огромных биореакторах. Проблема, однако, в том, что переработка биомассы остается довольно дорогой технологией. Чтобы её удешевить, нужно наращивать объёмы производства. Рынков же сбыта для изделий из биопластиков недостаточно.
Гигантские отходы деревообрабатывающей и лесной промышленности — буквально неисчерпаемый источник для биопластиков. Сначала из отходов химическим путём извлекают целлюлозу — полимер, образующий оболочки растительных клеток. Получаемые из неё различные ароматические углеводороды идут на производство пластмасс.
Волокна целлюлозы в клетке скрепляет лигнин — смесь природных полимеров. Обычно его считают вредной примесью и растворяют, чтобы очистить сырьё. Но учёные нашли применение и лигнину. С конца 1990-х из него синтезируют термопластики, то есть материалы, которые расширяются при нагреве. Из них можно отлить предмет любой формы — от вешалки и каблуков до пластиковой посуды и автомобильных тормозов, поэтому термопластики называют жидким деревом.
И ещё один необычный вид материалов даёт древесная биомасса — наноцеллюлозу. Это волокна или кристаллы наноразмера, которые получают, обработав обычную целлюлозу сильными кислотами.
О перспективности наноцеллюлозы заговорили около десяти лет назад, когда научились делать из неё различные конструкционные материалы. Как считается, это материал будущего, пригодный для изготовления гибкой электроники, брони, цветофильтров, сенсоров, композитных материалов для медицины и предметов домашнего обихода. Наноцеллюлоза, как и биопластики, пока обходится дорого. Впрочем, отмечают эксперты, объёмы производства каждый год растут, и к 2020-му эти материалы смогут конкурировать с обычной пластмассой.