В Мадриде в понедельник открылась климатическая конференция ООН. В течение двух недель делегации из 200 государств будут обсужать проблемы изменения климата и способы их решения.
«На протяжении десятилетий человечество находилось в состоянии войны с планетой, мы должны прекратить эту войну, и наука утверждает, что мы можем это сделать», — заявил накануне открытия саммита генеральный секретарь ООН Антониу Гутерриш.
Что делать человечеству с пластиковыми отходами — одна из глобальных проблем. Около 7,25 трлн тонн пластикового мусора присутствует на огромных просторах суши и в водах мирового океана.
У пластика есть масса достоинств. Без него была бы невозможна промышленная революция. Без синтетических материалов не было бы кинематографа и грампластинок.
Современная медицина полностью зависит от пластика — из него производятся шприцы, мешки для переливаемой крови и многое другое. Пластик в больших количествах присутствует в современных автомобилях и самолетах.
Трудно представить себе компьютеры, мобильные телефоны и интернет-технологии без пластика. Если оглянуться вокруг, можно понять, как много платика присутствует в повседневной жизни каждого из нас.
Сейчас производство пластмасс сопряжено со сжиганием углеводов и выбросом в атмосферу огромного количества парниковых газов, которые ускоряют глобальное потепление.
Ученые всего мира уже давно думают о том, как научиться получать многие синтетические материалы не за счет сжигания нефти и угля, а за счет поглощения присутствующего в атмосфере углекислого газа.
Это могло бы стать радикальным способом уменьшения выбросов парниковых газов в атмосферу. Но возможно ли это с научной и технической точки зрения?
Нейлон из углекислого газа
Синтетические материалы представляют собой искусственные полимеры, состоящие из длинных цепей связанных между собой молекул.
В Британском центре по утилизации углекислого газа (CDUUK) специалисты разработали способ производства нейлона или полиакриламида непосредственно из атмосферного углекислого газа.
По словам директора центра и профессора химии в Университете Шеффилда доктора Питера Стайринга, его коллегам удалось создать радикально новый метод производства нейлона с помощью новаторских химических технологий.
«Вместо того, чтобы использовать в качестве исходного сырья нефть или уголь, мы сумели использовать промышленные выбросы углекислого газа. Это полностью перевернет развитие нефтеперерабатывающей промышленности», — говорит профессор.
Матрас из газа
Для превращения углекислого газа в пластик требуется применение сложных катализаторов, которые ускоряют скорость протекания химических реакций, при этом не вступая в них.
На производстве нефтехимической корпорации Covestro в Германии специалисты создали матрасы, 20% массы наполнителя которых произведены из углекислого газа. Эти изделия продаются под брендом Cardyon.
Они обнаружили катализатор, содействующий реакции между углекислым газом и другими соединениями, в результате которой возникает целая группа химических веществ. Их используют при производстве полиуретана — материала, из которого изготовляются матрасы, подушки и изоляционные материалы в холодильной промышленности.
Учитывая, что в мире ежегодно производится более 15 млн тонн полиуретана, перевод этого производства на использование в качестве исходного сырья атмосферного углекислого газа смог бы серьезно сократить выбросы парниковых газов в химической промышленности.
Чистый воздух
Это не единственный пример использования двуокиси углерода при производстве различных типов пластика.
Британская химическая компания Econic, которая также разработала способ выработки полиуретана из углекислого газа, рассчитывает начать производство коммерческой продукции в течение двух лет, а также производить синтетические покрытия, герметики и эластомеры.
Коммерческий директор компании Ли Тейлор говорит, что новые материалы не только сравнялись по качеству с обычными пластиками, они превосходят их по ряду свойств.
«Мы обнаружили, что некоторые из наших материалов имеют повышенные эксплуатационные свойства, например, являются малосгораемыми или устойчивы к царапинам», — говорит директор.
По оценкам специалистов компании Econic, если 30% всех полиолов (молекул, которые выступают в роли скрепляющих агентов в полимерной цепи) состояли бы из двуокиси углерода, это привело бы к удалению 90 млн тонн парниковых газов из атмосферы, что равнозначно посадке четырех миллионов деревьев или ликвидации двух миллионов автомобилей.
Более того, так как атмосферный углекислый газ намного дешевле стандартного сырья — он стоит около 100 долларов за тонну вместо 2000 долларов за тонну пропиленоксида, — новое производство может оказаться крайне рентабельным.
Смелый взгляд в будущее
Достигнуты также значительные успехи в создании новых методов производства поликарбонатов — пластиков, используемых при изготовлении пищевых контейнеров и бутылок для детского питания — путем реакции между двуокисью углерода и сахаров, например, ксилозы, извлекаемой из отработанной кофейной гущи.
Эти новые пластики на основе сахаров будут более безопасны в использовании, чем производимые ныне изделия из бисфенола А, который был запрещен для применения в пищевой промышленности в Канаде в 2010 году.
Еще дальше идут планы производства этилена из двуокиси углерода; около половины всех пластиков, которые производятся в мире, основаны на этилене, что делает его одним из важнейших сырьевых материалов в мире.
В Университете Суонси в Уэльсе профессор Энрико Андреоли работает над созданием новых катализаторов, которые помогут вырабатывать этилен за счет химической реакции двуокиси углерода с водой при воздействии электричества.
По его оценкам, внедрение таких технологий в коммерческом секторе потребует, возможно, 20 лет, но эта цель заслуживает столь длительных усилий.
«Мы не сможет производить этилен из ископаемых углеводов через 30 или 40 лет, поэтому нам придется заняться способами его производства из углекислого газа», — говорит химик.
Опасны ли биопластики?
Однако к производству новых пластмасс следует подходить с осторожностью. Они могут иметь отрицательное воздействие на окружающую среду.
Биопластики — речь идет об одноразовой посуде, изготовляемой, например, из картофельного крахмала, или бутылках, на производство которых пошла кукуруза — привлекают в последнее время всеобщее внимание.
Однако такие материалы распадаются в природных условиях далеко не так быстро, как можно предположить из названия, и часто требуют переработки и утилизации на промышленных установках. А с точки зрения эмиссии парниковых газов на их производство уходит немало энергии.
Если учитывать расходы на выращивание исходного природного сырья с применением сельскохозяйственной техники, промышленную обработку этого сырья и так далее, такие биопластики оказываются куда более затратными в смысле выбросов парниковых газов, чем обычный пластик.
А это снова возвращает нас к идее производства пластиков из углекислого газа. Это не решит проблему пластикового загрязнения нашей планеты, но станет частью её решения.
Технологии, о которых вы должны знать в 2020 году: