Почему полимеры угрожают окружающей среде сообщение

Обновлено: 25.05.2024

Суша и океаны Земли со стремительно наполняются пластиковым мусором: до сих пор не определен единый способ избавления Земли от него. Ученые регулярно изобретают новые способы бесследно уничтожить самый популярный полимер, рассказываем о них подробнее.

Как разлагается пластик

Среднее время разложения пластмассовых изделий, созданных по разным технологиям, колеблется от 400 до 700 лет. Полиэтиленовые пакеты, которые повседневно используются людьми, в природе разлагаются от 100 до 200 лет. Это обратная сторона прочности и долговечности пластиковых изделий.

Основные опасения связаны с тем, что пластмассы, попадая в землю, распадаются на мелкие частицы и могут выбрасывать в окружающую среду химические вещества, добавленные в них при производстве. Это может быть хлор, различные химикаты, например, токсичные или канцерогенные антивоспламенители. Эти химические вещества могут просочиться в грунтовые воды или другие ближайшие источники, что может нанести серьезный вред тем, кто пьет эту воду.

Кроме того, так называемый биоразлагаемый пластик по мере разложения может высвобождать метан, который является очень сильным парниковым газом, что вносит существенный вклад в глобальное потепление.

При попадании на полигоны пластик не представляет потенциально никакой угрозы, так как полигон — специальное инженерное сооружение, которое создается для защиты окружающей среды и здоровья человека и препятствует загрязнению в том числе почвы и подземных вод.

Большинство вреда наносит именно тот пластик, который выбрасывает сам человек в непредусмотренных для этого местах или который оказывается на стихийных свалках.

Также компании сегодня разрабатывают новые способы ускорить процесс разложения пластика и придумывают новые виды биоразлагаемых пластиков, которые распадаются за три-шесть месяцев.

Такие материалы делаются не из нефтепродуктов, как обычные, а из крахмала, жиров, кукурузы или других биомасс. Но для увеличения производства этих материалов придется расширять посевные земли за счет сокращения лесов и других природных зон.

Виды переработки пластика

Механический рециклинг

Среди физических методов самым распространенным является механический рециклинг. Способ состоит в измельчении, дроблении и перетирании пластиковых материалов для получения рециклата — полимерного материала, впоследствии используемого для изготовления других пластмассовых изделий.

На первом этапе отходы сортируют по типу пластика, состоянию материала и степени загрязненности. Затем материал проходит этап предварительного дробления. Впоследствии пластмассу заново сортируют, моют и высушивают, а затем обрабатывают в термических установках для получения расплава однородной консистенции — рециклата.

Впоследствии уже расплавленный материал отправляют в экструдер для формирования промежуточных гранул либо напрямую вторичной продукции. Для осуществления процесса используются дробилки и грануляционные установки

В результате этого метода из пластмасс формируются новые материалы. Химический рециклинг используется для переработки полимерных молекул, в результате которого образуются новые структуры, впоследствии используемые в качестве сырья для производства новых продуктов.

Многие крупные международные компании, такие как Adidas, Unilever, P&G, Danone and Interface, активно инвестируют в развитие этого направления. В его основе лежит процесс деполимеризации или химического разрушения полимерного связующего.

В результате процесса образуется готовое вторсырье, такое как новый пластик (полимеры), мономеры для изготовления нового пластика, нафта для производства нового пластика и химических веществ, основные химикаты, такие как метанол, транспортное топливо для авиации и автомобилей, воски для свечей и мелков, а также синтетическую сырую нефть.

Преимуществом химического метода является возможность перерабатывать пластик, когда его разделение для механического рециклинга либо экономически неэффективно, либо технически невозможно. Чаще всего метод используется для переработки загрязненного материала.

Гидролиз и гликолиз

При гидролизе пластик взаимодействует с водой в кислой, щелочной или нейтральной среде. В результате происходит деполимеризация материала и расщепление на мономеры.

Сольволиз

Сольволиз является наиболее часто используемым методом химического рециклинга и реализуется с использованием широкого диапазона растворителей, температур, давлений и катализаторов, таких как сверхкритическая вода и спирты.

В роли катализатора выступают соли щелочных металлов. По сравнению с пиролизом для процесса сольволиза необходимы более низкие температуры. В процессе образуются восстановленное волокно и химическое вещество, которое впоследствии может быть использовано для коммерческих целей.

Метанолиз

В основе метода лежит расщепление пластмассы при помощи метанола в резервуарах с высокими температурами. В процессе используются катализаторы, такие как ацетат магния, ацетат кобальта и диоксид свинца.

Термокатализ

В России был разработан процесс утилизации пластика в компоненты жидкого топлива с использованием катализатора разового действия на основе шламов некоторых металлургических производств. Изначально пластмассовые отходы измельчаются, а затем с добавлением катализатора поступают в реактор, где смесь нагревается свыше 400 °C.

Полученная в результате реакции смесь углеводородов подается на сжигание как готовое котельное топливо, которое также может работать в качестве пластификатора некоторых компонентов дорожного покрытия. Впоследствии продукт может быть переработан с целью получения бензина, дизеля и мазута.

Преимуществом метода является низкое энергопотребление, а из недостатков выделяется сложность контроля процесса и технологического оборудования по причине необходимости вести процесс при высоком давлении.

Механизмы термической деструкции полимеров классифицируются по содержанию кислорода на несколько видов: пиролиз, метанолиз, газификация, сжигание.

Пиролиз

Пиролиз является одним из самых эффективных, но при этом дорогостоящих способов переработки пластика. При использовании метода пиролиза отходы обрабатываются под воздействием высоких температур в специально оборудованных камерах без доступа кислорода. В результате химического процесса образуются газ, тепловая энергия и мазут.

При расщеплении пластиковых отходов методом пиролиза получают бензиновую фракцию, которая может достигать до 80% от массы исходного сырья.

Процесс подразумевает термическое разложение пластиковых отходов при различных температурах (300–900° C) в условиях отсутствия кислорода, в результате чего происходит термическое разложение и высвобождение содержащихся в пластике частиц водорода. Образуется ряд углеводородов, которые можно использовать в качестве основ топливных веществ.

Пиролиз разрушает 99% вредных сложносоставных веществ, которые входят в состав пластика, что делает его одним из самых экологичных вариантов переработки отходов, однако требует большого количества энергии.

Газификация

При газификации из несортированного грязного материала образуют синтетический газ, который впоследствии может быть использован как для постройки новых полимеров, так и для вырабатывания тепловой и электрической энергии, метанола, электричества, кормовых белков и различной биомассы.

Отходы обрабатываются потоком плазмы при температуре 1 200 °C, благодаря чему разрушаются токсичные вещества и не образуется смолы. Впоследствии мусор превращается в пепел, который часто прессуют в брикеты и закладывают в фундамент зданий. Метод газификации приобрел особую популярность в Японии.

Главным достоинством метода является возможность перерабатывать пластик без сортировки. Среди недостатков отмечается высокая вероятность выброса вредных газов в атмосферу.

Экспериментальные методы

Термическая деполимеризация является одним из экспериментальных физико-химических способов. Он построен на процессе пиролиза с использованием воды. В результате термической деполимеризации получают как смесь углеводородов, пригодных для создания синтетического топлива, так и новые пластиковые материалы.

В процессе деполимеризации монопластик вроде ПЭТ-бутылок расщепляется обратно в мономеры, которые могут быть переработаны в новые ПЭТ-материалы. Термическая деполимеризация позволяет перерабатывать смешанные виды пластиков, однако создает потенциально опасные побочные продукты.

Радиационный метод основан на использовании высокоэнергетического излучения для разрушения полимерной матрицы, при этом физические характеристики наполнителя остаются неизменными. Предполагается, что в будущем этот все еще экспериментальный метод ставит основным способом утилизации армированного пластика.

Среди недостатков процесса выделяют повышенную радиационную нагрузку на человека и окружающую среду. Более того, утилизации подвергаются только тонкослойные пластики.

Исследователи из Австрии обнаружили, что бактерии из рубца коровы, одного из четырех отделов ее желудка, могут разрушать пластик.

Ученые предполагали, что такие бактерии могут быть полезны, поскольку в рационе коров есть натуральные растительные полиэфиры: они схожи по структуре с пластиком.

Авторы работы рассмотрели три вида полимеров: ПЭТ, PBAT и полиэтиленфураноат. В результате выяснилось, что все три пластмассы можно разрушить микроорганизмами из желудков коров, причем пластиковые порошки разрушаются быстрее, чем пластиковая пленка.

Проблема загрязнения пластмассами может быть решена с помощью жуков, широко распространенных в Корее. Личинки жуков из отряда жесткокрылых (Plesiophthophthalmus davidis) могут разлагать полистирол. Кишечная флора насекомого может окислять и изменять поверхностные свойства полистирольной пленки.

В виде монтажной пены

Новозеландские ученые разработали метод превращения биоразлагаемых пластиковых ножей, ложек и вилок в пену, которую можно использовать в качестве изоляции стен или во флотационных устройствах.

В качестве эксперимента ученые поместили столовые приборы в специальную камеру, заполненную углекислым газом. Изменяя уровень давления, исследователи наблюдали, как диоксид углерода расширился внутри пластика, создавая пену, в дальнейшем ученые получили и пенопласт.

Каждый раз, когда пластик перерабатывается, он немного теряет свою прочность. Но для пенопласта это неважно: во многих областях применения от него не требуется прочности. Этот материал используют в качестве изоляции для стен или во флотационных устройствах.

В виде ванилина

Шотландские ученые разработали уникальный способ переработки пластиковых отходов. С помощью генномодифицированных бактерий его превратили в ароматизатор ванилин.

В виде топлива и смазочных материалов

Ученые из США придумали способ переработки пластика в полезные материалы. Их сразу можно использовать в качестве реактивного или дизельного топлива и смазочных материалов.

Исследователи из Центра инноваций в области пластика при Делавэрском университете (CPI) в США разработали прямой метод преобразования одноразовой пластиковой упаковки (пакеты, упаковки из-под йогурта, пластиковые бутылки, крышки от бутылок и другие) для использования в качестве реактивного или дизельного топлива и смазочных материалов.

Исследователи использовали новый катализатор и уникальный процесс для быстрого разрушения трудно перерабатываемых пластмасс — полиолефинов. На их долю приходится 60–70% всех производимых сегодня пластмасс.

Проблемы переработки пластика

Вместе с загрязненностью поступающего материала это делает процесс сортировки и очистки трудоемким и затратным. Более того, система организованного сбора и переработки мусора осуществляется только в ограниченном количестве стран.

Таким образом, большинство пластиковых отходов не подвергается рециклингу и выбрасывается в окружающую среду или при более организованном подходе — сжигается.

Ежегодные выбросы парниковых газов вызываемые производством и переработкой пластика ставят под угрозу нашу способность выполнять глобальные климатические задачи.

В 2019 году производство и сжигание пластика добавили более 850 миллионов тонн парниковых газов в атмосферу.

850 млн. т. парниковых газов = 189 угольных электростанций мощностью 500 МВт

В настоящее время выбросы парниковых газов производимые в результате жизненного цикла пластика угрожают целям мирового сообщества о сокращении выбросов углерода.

При добыче и транспортировке ископаемого топлива, которое используется для создания пластика выделяется значительное количество парниковых газов.

Можно выделить следующие прямые выбросы:

утечка и сжигание метана
выбросы от сжигания топлива и потребления энергии в процессе освоения месторождения
выбросы, вызванные нарушением естественного ландшафта (лесов и полей) под колодцы и трубопроводы

Только в США в 2015 году на такие выбросы (в основном фракционированного газа) пришлось не менее 9,5–10,5 млн тонн эквивалента CO2 (CO2e) в год.

За пределами США, где нефть является основным сырьем для производства пластмассы, примерно 108 миллионов метрических тонн CO2e в год выделяется при добыче и транспортировке углеводородов необходимых для производства пластмасс.

Производство пластмасс – одна из наиболее быстрорастущих отраслей промышленности. При производстве полимером выделяется огромное количество парниковых газов.

Применяются энергоемкие химические процессы переработки, которые сопровождаются выбросами CO2е, например:

крекинг алканов в олефины
полимеризация и пластификация олефинов в пластиковые смолы
и другие химические процессы

В 2015 году 24 этиленовых завода в США выделели 17,5 млн. метрических тонн CO2e, что равно 3,8 млн. легковых автомобилей.

Во всем мире в 2015 году выбросы от крекинга с целью получения этилена составили от 184,3–213,0. миллионов метрических тонн CO2e, что сопоставимо с выбросами от 45 миллионами легковых автомобилей в течении года.

Такие выбросы быстро растут. Пример США:

в Пенсильвании строится новый этиленовый завод Shell. Он будет выбрасывать до 2,25 млн. тонн CO2e в год
новый завод по производству этилена в Бэйтауне, Техас, будет до 1,4 млн. тонн.CO2e в год

Годовые выбросы только от этих двух новых объектов будут равны добавлению почти 800 000 новых машин. И это только два предприятия среди более 300 новых и модернизирующихся нефтехимических проектов, которые строятся в США. В основном их назначение – производство пластика.

Основная масса пластиковых отходов в мире вывозится на свалку. И только не более 7% перерабатывается или сжигается. Тем не менее любой из способов прямо или косвенно способствует дополнительному выделению парниковых газов.

полигоны выделяют наименьшее количество парниковых газов в абсолютных значениях, но в тоже время представляют значительные количество других рисков.
утилизация имеет умеренный уровень выбросов, но при этом стимулирует добычу углеводородов, для производства новых пластмасс. То есть также добавляет парниковые газы в атмосферу.
сжигание приводит к чрезвычайно высоким выбросам и является основным источником выбросов в системе управления пластиковыми отходами.

По прогнозам тенденция на использования методов сжигания и утилизации будут расти в ближайшие десятилетия. Так выбросы в США от сжигания пластика в 2015 году оцениваются в 5,9 миллиона тонн CO2e.

Мировые выбросы только от упаковочного пластика (plastic packaging), который составляет 40% спроса на пластмассу, в 2015 году составили 16 миллионов тонн CO2e. Эта оценка не включает 32% отходов пластиковой упаковки которая не поддается подсчетам. Речь идет об открытом сжигании пластика, которое происходит без какого-либо восстановления энергии, или другие практики, которые широко распространены и трудно поддаются количественной оценке.

Огромное количество пластика попадает в окружающую среду. Такие отходы также влияют на выбросы парниковых газов. И хотя усилия по количественной оценке подобных выбросов находятся на ранних стадиях, первые подобные исследования показали, что пластик плавающий на поверхности океана по мере разрушения постоянно выделяет метан и другие парниковые газы.

Текущие оценки касаются только одного процента отходов, которые лежат на поверхности океана. Ущерб от пластика, находящегося под водой пока не может быть оценен с точностью.

Важно отметить, что исследование показало – пластик на береговых линиях, в устьях рек и на суше выделяет парниковые газы с еще большей скоростью.

Микропластик в океанах мешает поглощать и изолировать углекислый газ. Океаны поглотили порядка 20–40% всего антропогенного углерода, выделенного с начала индустриальной эры. Микроскопические растения (фитопланктон) и животные (зоопланктон) играют важную роль в биологическом углеродном процессе: захватывают углерод с поверхности океана и переносят его на глубину, предотвращая его повторный вход в атмосферу.

Планктоны загрязняются микропластиком. Лабораторные эксперименты предполагают – это пластиковое загрязнение может уменьшить способность фитопланктона фиксировать углерод с помощью фотосинтеза.

Они также предполагают, что пластиковое загрязнение может снизить скорость метаболизма, репродуктивные функции и выживание зоопланктона, которые переносят углерод на глубину океана.

Исследование этих воздействий все еще находится в зачаточном состоянии, но ранние признаки того, что пластиковое загрязнение может помешать крупнейшему естественному поглощению углерода на Земле должен быть причиной для пристального внимания и серьезного беспокойства.

Загрязнение пластиком окружающей среды происходит органично и стихийно. Каждую минуту в мире продается один миллион пластиковых бутылок. У каждого есть упаковка или контейнеры из пластика в ванной, кухне или комнате. Большинство людей используют пластиковые пакеты для упаковки продуктов в повседневных покупках. В глобальном масштабе производятся миллионы тонн мусора. При этом пластик вредит планете и всему живому на ней.

Загрязнение пластиком мирового океана

Пластик есть везде, в каждом океане, даже в далекой Арктике. В водах Северного Ледовитого океана находится 300 миллиардов кусочков пластика. При этом проблема загрязнения окружающей среды пластиком отображается в следующих фактах:

Во всем мире только 9% пластикового мусора перерабатывается, а 12% проходят через мусоросжигательные заводы. Подавляющее большинство попадает на свалки или, что еще хуже, прямо в окружающую среду.

В Европе ситуация лучше. Причина – около 30% пластика перерабатывается, 39% сжигается, а остальное отправляется на свалки. Каждую минуту во всем мире продается 1 млн пластиковых бутылок. Или 20 000 каждую секунду! Всего в 2016 году их было продано 480 млрд (невообразимое количество!). В 2019 году этот показатель увеличился до 600 млрд. Скептики утверждают, что официальное количество занижено.

Для справки! Пластиковая бутылка разлагается (или, скорее, рассыпается в пыль) в естественной среде более 500 лет.

В Европе проивзодство пластика распределяется так:

около 40% производства пластика составляет упаковка;
22% – это различные виды бытовой техники;
20% — строительные материалы.

Частицы микропластика присутствуют практически во всех водных системах мира, таких как ручьи, реки, озера и моря. 83% протестированной водопроводной воды из различных мегаполисов мира было загрязнено пластиковыми частицами.

В свою очередь, 93% исследованной бутилированной воды, производимой 11 крупнейшими компаниями отрасли, содержали частицы пластика. За одну стирку флисовой толстовки (например, из переработанного ПЭТ) в сточные воды попадает до 250 000 микропластических частиц. По оценкам, до 2 миллионов животных в год могут погибнуть от тесного контакта с пластиком во всем мире.

Пластик, как экологическая проблема

Некоторые пластмассы обладают токсическими свойствами. Если они попадают в организм животных, то могут нарушить нормальное функционирование гормонов. И даже если материал не токсичен, он действуют как магнит, притягивая другие токсины и загрязнители, попавшие в океан, почву, организмы.

Для справки! Многие пластмассы содержат бисфенол, который считается опасным для здоровья человека и может вызывать множество заболеваний.

Пластик по-разному негативно влияет на морскую среду. Внешний вид мусора может сбить с толку охотничьих животных:

Полиэтиленовые пакеты морским черепахам напоминают медуз, плавающих в воде;
Чайки могут принять такой мусор за настоящую пищу;
Некоторые виды новорожденных рыб путают пластиковые частицы с морским планктоном.

Вместо еды морские животные проглатывают эти токсичные таблетки и наносят вред своему здоровью. Морской мусор вредит более чем 600 видам, обитающим в океанах или напрямую зависящим от морской экосистемы.

В этом отношении можно говорить о шестом массовом вымирании. Страдает не только сама природа, но и человек. Ежегодно убытки от рыболовства и туризма достигают 8 миллиардов долларов. На этом потери не заканчиваются.

Почему следует беспокоиться о загрязнении моря?

Ловить рыбу, съевшую пластик, вредно для нашего здоровья. По данным ФАО ООН, в 2015 году человечество выловило 92,6 млн т рыбы и других морских обитателей, которые идут в пищу людям.

Пластик в океане принимает множество форм. Это могут быть зерна размером с песчинку и даже меньше – микрочастицы, которые попадают в рыбу и других животных, но не перевариваются. В конечном итоге микропластик может попасть в мясо рыбы и, наконец, на столы и в тела людей. Так и происходит длительное время.

Конечно, все это имеет довольно неприятные последствия. В скумбрии или улитках, которые ели французы, ученые обнаружили десятки различных материалов. Встречается нейлон, полистирол и полиэтилен. В настоящее время рыба уже не так полезна, как люди думают о ней.

Проблема пластика в экологии и способы решения занимают умы правительств всех государств. Экономические потери от загрязнения огромны. Более того, если ситуацию не поменять, уже к 2050 году жизнь на планете станет невозможной.

Пластик – самый популярный материал современности. Низкая себестоимость, прочность и универсальность применения способствуют широкому распространению производства пластиковых изделий. Сейчас практически все, что нас окружает, состоит из пластика: бутылки, посуда, мебель, техника и др. Как и изделия из других материалов, пластик рано или поздно приходит в негодность, теряет эстетический вид или не выполняет возложенные на него функции. Из-за больших объемов отработанного пластика остро становится вопрос его утилизации. На данный момент проблема разрослась до масштабов экологической катастрофы. Пластиковый мусор загрязняет почву, воду, оказывает негативное влияние на живые организмы. Чем же он опасен?

Чем опасен пластик для окружающей среды

Как отмечалось ранее, пластиковый мусор тяжело утилизировать. Объемы отработанных изделий большие, а полигоны и свалки заполнены. К тому же пластик очень долго разлагается в земле. По разным данным срок его разложения в почве составляет от 50 до 500 лет. Сжигание подобного мусора весьма негативно отражается на природе. Так, от сжигания полимеров в больших объемах в атмосферный воздух выбрасываются диоксины. Эти токсические вещества негативно воздействуют на человека, растения и животных. Изделия из ПВХ и вовсе нельзя сжигать, ведь при горении они выделяют хлористый водород.

Чем опасен пластик для человека

Ученым из Америки удалось доказать, что пластиковая посуда пагубно влияет на организм человека. Вещества, которые выделяются из пластиковой тары при контакте с едой или водой, плохо выводятся из организма и негативно на него влияют. Вредные вещества также выделяют мебель и окна, но посуда оказывает наиболее сильное влияние, ведь чаще всего непосредственно используется человеком. Наибольшую опасность несет вода в бутылках, газированные напитки, которые долго хранились в таре. Так, использование емкостей из ПВХ могут привести к появлению рака. Это объясняется тем, что материал индуцирует канцерогенные вещества, которые накапливаются в организме. Кроме того, химические вещества, которые имеются в пластмассе, могут привести к аллергии, бесплодию, заболеваниям сердечно-сосудистой системы и ожирению.

Не используйте изделия и ПВХ, ведь они содержат:

Самые опасные виды пластика

Какой же пластик является самым опасным, какой можно использовать и какой стоит вовсе избегать?

Полиэтилентерфлатат/ПЭТ. Из него изготавливают бутылки для воды, напитков, растительного масла, соусов. Рекомендуется не использовать данную тару повторно, ведь она будет выделять фталат. Это вещество отрицательно воздействует на нервную, эндокринную и репродуктивную системы.
Полиэтилен высокой плотности/ПЭВП. Используют для изготовления пакетов, бутылок для молочной продукции, пищевых контейнеров. Использовать можно несколько раз, однако способен выделять формальдегиды, которые отражаются на работе дыхательной и нервной системы.
Поливинилхлорид/ПВХ. Применяется для изготовления пищевых контейнеров и пленки, окон, мебели, натяжных потолков и детских игрушек. Оказывают весьма негативное влияние на весь организм человека.
Полиэтилен низкой плотности/PEBD. Из него делают мусорные пакеты упаковку для бытовой химии и техники. При разложении и нагреве выделяет формальдегид. В других случаях безвреден.
Полипропилен/PP. Применяют для изготовления стаканчиков, детских соков, трубочек, подгузников, упаковок для детского питания. Практически безвреден.
Полистирол/PS. Материал для изготовления одноразовых ложек, вилок, ножей, тары для яиц, стаканчиков, пенопласта и коробок под диски. Изделия могут быть использованы только раз. При повторном применении, нагреве или разложении выделяет стирол. Вещество, которое отрицательно влияет на кровеносную, нервную системы, также на печень и почки.

Чтобы избежать пагубного влияния пластика, старайтесь минимизировать его использование. Используйте экологически чистую тару: тряпичные сумки вместо пакетов, стеклянные бутылки вместо пластиковых (в Австралии, Китае, Австрии и Бангладеш и вовсе от них отказались).

Читайте также: