Термин «биоразлагаемые материалы» мы встречаем все чаще. Он стал вполне привычным. И мы уже не задумываемся над тем, что под ним подразумевается. Каждый знает, что использовать биоразлагаемые пакеты это хорошо, и честно выбирает в супермаркете пакет, на котором написано: «Из биоразлагаемого пластика». Но мало кто задумывается, почему он это делает. Потому что это модно?

Нет, потому что мы снижаем углеродный след. Что такое углеродный след? Модное словосочетание? Или мера нашего отношения к окружающей среде? Упаковочные компании, так же как и производители продуктов питания, товаров массового спроса не снимают с себя ответственность за состояние окружающей среды. Разобраться в этих вопросах пытается главный технолог по развитию ЗАО «Мир Упаковки», канд. техн. наук Ольга Коваленко.

Сначала появилось общее понятие «экологический след»

«Экологический след» (Ecological Footprint) – это условное понятие, отражающее потребление человечеством ресурсов биосферы. Это площадь биологически продуктивной территории и акватории, необходимой для производства используемых нами ресурсов и поглощения и переработки наших отходов, единица измерения, определяющая соотношение между потребностями человека и объемами экологических ресурсов, которые имеются у нас в запасе.

Считается, что среднему жителю Земли необходим в среднем эквивалент в 2,7 га. А планета может дать лишь 1,8 га на человека. Это означает, что мы живем «не по карману» и истощаем свой природный капитал. Мы живем в долг, за счет будущих поколений, истощая землю и ресурсы.

Поэтому были выработаны основные правила для сохранения будущего Земли. Следуя им, человек должен ограничить уровень своих потребностей в ресурсах и снизить количество производимых отходов. Потому что наше развитие сегодня не должно достигаться в ущерб нашим правнукам. Правила жизни экологически сознательного гражданина:

• экономия электроэнергии, тепла и воды;
• экономия не возобновляемых источников топлива и полезных ископаемых;
• снижение влияния на окружающую среду при пользовании различными видами транспорта;
• разумное потребление продуктов питания;
• гуманное отношение к животным, в том числе вегетарианство;
• сохранение лесов, путем уменьшения объемов потребления бумаги;
• переработка и повторное применение отходов (бумага, металлы, стекло и т.д.);
• органическое земледелие и инновационные технологии.

Для удобства количественной оценки влияния человека на природу и был введен термин углеродного следа (carbon footprint), показывающий, сколько стоит Земле тот или иной продукт, услуга или иная человеческая деятельность.

«Углеродный след» ( Carbon footprint ) – термин, используемый для обозначения расчетного количества вредных для природы выбросов от деятельности отдельных организаций или предприятий. Для потребительских целей существует много вариантов грубой оценки этого параметра: от простых онлайновых калькуляторов до сложных инструментов с использованием теорий жизненного цикла или расчетов по методу «затраты–выпуск».

Углеродный след — это мера парниковых газов, выделяемых в процессе производства, использования и утилизации продуктов и услуг. Показатель «углеродного следа» представляет собой обзор всех влияющих на климат парниковых газов, выделяемых в процессе той или иной деятельности. Этап производства охватывает все процессы — от извлечения сырья из земли до попадания товара на полку магазина (после реализации товара его упаковка попадает в разряд отходов и процесс их утилизации тоже должен быть учтен).

Углеродная маркировка – сравнительно новая концепция, официально предложенная в 2007 г . в Великобритании, где она была впервые описана в документе «Carbon Trust» и согласована с Британским институтом стандартизации. Она показывает, сколько «весит» тот или иной продукт или услуга. Все просто. «Углеродный след» на одного человека не должен превышать 1 т в год. Имея на руках маркировку всех товаров и услуг, человек может сосчитать свой углеродный след и оценить свое влияние на природу. Мир озабочен проблемой снижения углеродного индекса. Экологическое законодательство Европы и США поощряет его снижение производителями продуктов через налоговое регулирование. По некоторым данным, налог на традиционную полимерную упаковку в ряде стран составляет до 20% от ее продажной стоимости.

Полимерные материалы из растений

На фоне популярности экологических идей еще в 60-е гг. ХХ в. появились полимерные материалы на основе возобновляемых ресурсов, то есть из растений. Сырьем служат кукуруза, картофельный крахмал, пшеница, сахарный тростник и т. п. Многие годы их производство было минимальным. Совокупность различных факторов: взлет цен на нефть, повышение интереса во всем мире к возобновляемым ресурсам, рост обеспокоенности в связи с выбросами парниковых газов, особое внимание к утилизации отходов – возродили заинтересованность в биополимерах и эффективных способах их производства. Как результат – последние 5 лет биопластики переживают настоящий бум.

Свою роль, разумеется, сыграло и желание европейских и американских химических гигантов найти свою нишу и «отстроиться от конкурентов» из Азии, наладивших массовую переработку ископаемого сырья в полимеры.

Новые материалы получили название биопластиков. Биопластики очень разные по своим свойствам и, важный момент, – не все биопластики биоразлагаемы! Для удобства приведем схему:

Рис. 1. Классификация пластиков по критериям исходное сырье / биоразлагаемость

Появление биопластиков позволяет значительно снизить углеродный индекс и полимеров и товаров, производимых на их основе. В чем разница между традиционными пластиками и биопластиками?

Рис. 2. Схема производства традиционных и растительных полимеров

Пластики, производимые традиционным путем, на основе продуктов переработки нефти, характеризуются высоким углеродным индексом, но имеют низкую стоимость на рынке. Она определяется большим опытом, множеством отработанных технологий, которые создавались десятилетиями. Полимеры, бывшие в ходу в 50–60-е гг., отходили на задний план, будучи признаны слишком токсичными, уступив место знакомому нам сейчас пищевому полипропилену. Разработка новых полимеров из ископаемого сырья продолжает развиваться и пока не собирается сдавать позиции биопластикам.

Рис. 3. Классификация организации «Европейские Биопластики»

Рис 4. Рынок биополимеров – доли типов сырья

Небиоразлагаемые биопластики

Биопластики на основе растительного сырья, но не отличающиеся по свойствам от полученных традиционно, только начинают свой путь, но вполне могут заменить пластики на основе невозобновляемых сырьевых источников. Для удобства и выделения таких пластиков введена специальная маркировка, показывающая содержание пластика на растительной основе в смесях с традиционными полимерами.

Рис 5. Пример стандартизации растительных полимеров по шкале от 1 до 4 звезд компании «Vinçotte» (Нидерданды)

Рис 6. Производители и марки материала

Биоразлагаемые/компостируемые биопластики

Еще больше мы снижаем углеродный индекс, используя биоразлагаемые материалы на основе возобновляемых ресурсов, то есть на растительной основе. По приблизительным подсчетам только пластики на основе крахмала могут сэкономить от 0,8 до 3,2 т CO2 на тонну по сравнению с тонной пластмассы, полученной из органического топлива.

Так что же такое – биоразлагаемые материалы? Ответ на этот вопрос есть в новом проекте национального стандарта ГОСТ Р «Ресурсосбережение. Упаковка. Требования, критерии и схема ликвидации упаковки посредством компостирования и биологического разложения», выход которого ожидается в 2012 г. ГОСТ во многом повторяет соответствующую европейскую директиву ЕН13432:2000. В соответствии с ГОСТом биоразлагаемый пластик должен отвечать двум критериям:

• Разлагается при определенных условиях за 180 дней
• Полученный компост не токсичен для растений

Ниже приведена сокращенная схема, по которой пластик проверяется на биоразложение.

Рис. 7 . Сокращенная схема, по которой пластик проверяется на биоразложение

Согласно стандарту EN 13432 биологическое разложение пластика (биодеградация) тестируется в стандартных компостных условиях в течение 180 дн. По результатам тестирования биоразлагаемые пластики (в количестве не менее 90%) должны превратиться в углекислый газ, воду и гумус. Далее полученный компост просеивается через сито, сквозь ячейки которого могут проходить частицы размером не более 2 мм. Нормой считается, когда исходный биополимер оставляет после себя остаток не более 10%. При этом полученный компост не должен с одержать токсичные элементы или тяжелые металлы.

Под термином «биоразлагаемые материалы на растительной основе» впускается несколько групп пластиков:

• PLA (полилактиды, полимеры на основе молочной кислоты, прозрачный материал)
• PLA-КОМПАУНДЫ (СМЕСИ)
• PHA (Polyhydroxyalkanoates / полигидроксиалконоат )
• Материалы на основе КРАХМАЛА,
• Материалы на основе ЦЕЛЛЮЛОЗЫ.

Производители материалов и возможных изделий из них представлены на рисунках 8 – 10.

Рис 8. Производители PLA

Рис 9. Производители материалов на основе крахмала

Рис 10. Производители материалов на основе целлюлозы

Разложение разных видов разлагаемых полимеров требует разных усилий: для одних нужно создавать условия компостирования и температуру выше 70оС, другие виды разлагаются в морской воде и в почве. Кстати, последних, соответствующих условиям безалаберного использования упаковки потребителями (выброс на природе), гораздо меньше, чем требующих промышленного компостирования. А значит – необходима организация сбора мусора.

На производстве ЗАО «Мир Упаковки» были проведены испытания разлагаемого материала на основе кукурузы, PHA производства китайской компании «Ecomann». Свойства материала:

• Внешний Вид сырья – гранулы (возможна порошкообразная консистенция);
• Светло-желтый, «слоновая кость»;
• OTR аналогичен PET;
• Устойчив к растворителям, включая уайт-спирит;
• Возможность печати – аналогично PET и PP;
• Устойчив к УФ-излучению;
• Возможно применение запайки;
• Соответствует требованиям к биоразлагаемым материалам;
• Разрешен для контакта с пищевой продукцией.

Если проанализировать свойства биоразлагаемых материалов на растительной основе, то легко выделить ограничения в их использовании:

• материалы обладают низкими температурами стеклования, поэтому их лучше использовать для упаковки под продукты питания, хранящиеся в холодильнике;
• материалы очень эластичны при температурах переработки, поэтому основные направления изготовления тары из них это термоформинг, производство пленок раздувом , литье под давление простых изделий, например вилок и ложек;
• стоимость материалов высока по сравнению с традиционными материалами. И только некоторые компании, крупнейшие производители продуктов питания, могут позволить себе использовать упаковку на основе биоразлагаемых материалов.

Крупные проекты на мировом рынке

Застрельщиками движения выступают крупные транснациональные корпорации – производители продуктов питания. Из наиболее заметных проектов последних лет следует назвать французский Danon со стаканчиком для йогурта Activia из PLA (сырье марки IngeoNatureWorks), компанию Coca-Cola, которая начинает выпуск бутылок для основных брендов в нескольких штатах США из растительного аналога PET собственного производства. От нее не отстает компания PepsiCo, так же освоившая выпуск растительного PET для своих бутылок. Из менее известных в России имен – минеральная вода Biota (бутылка из PLA марки Ingeo от NatureWorks), детские йогурты производителя StonyfieldFarm (материал стаканчика – тот же PLAIngeo). Из материала PHA следует отметить пилотный выпуск серии косметической упаковки упаковочным гигантом-инноватором, компанией RPC.

Транснациональные гиганты, запуская эко-проекты, рассчитывают не только найти отклик в сердцах экологически сознательных потребителей развитых стран, но и снизить свою налоговую нагрузку через снижение того самого «углеродного следа», с которого мы начинали нашу статью. Обращаем внимание читателей, что практически все эти проекты учитывают имеющиеся ограничения биоматериалов, выявленных нами в ходе испытаний и кабинетных исседований: газированные напитки упаковываются в растительный, но не биоразлагаемый материал, а йогурты, упакованные в компостируемый PLA, хранятся в холодильнике, что не дает проявиться технологическим недостаткам растительного полимера, таким как низкая температура стеклования.

Основной же объем производимой в мире биоразлагаемой упаковки пока приходится на такие изделия как пакеты, сетки и одноразовая посуда. Иными словами, речь пока не идет о массовом выпуске жесткой тары под промышленное производство ТНП. Говорить о полностью разлагаемом майонезном ведерке или пресервной банке пока не приходится.

Выводы

Будущее биополимеров, тем не менее, внушает оптимизм: свойства биоразлагаемых материалов постоянно совершенствуются, объемы производства растут, поэтому цены на сырье в конечном итоге должны будут начинать снижаться. По мнению эксперта отрасли Дона Росато, в течение следующих десяти лет ожидается продолжение быстрого роста глобального рынка пластиковых материалов, наблюдающегося в течение последних пятидесяти лет. Ожидается также увеличение мирового потребления пластмасс, при этом существенное развитие получат все категории полимеров, так как пластики продолжают вытеснять традиционные материалы, включая сталь, дерево и стекло. По некоторым экспертным оценкам биопластикам удастся прочно занять от 1,5 до 4,8% общего рынка пластмасс, что в количественном отношении составит от 4 до 12,5 млн. т в зависимости от технологического уровня разработок и исследований в области новых биопластиковых полимеров. К 2020 г. пятая часть мирового рынка пластмасс будет занята биопластиками , что эквивалентно 30 млн. т.

И здесь мы хотели бы, возвращаясь к планируемым в России новому ГОСТу и Закону об утилизации упаковки, призвать отечественных производителей продуктов питания и товаров народного потребления и упаковки для них, задуматься как о грядущем налоговом бремени, так и об этической стороне вопроса: сбережении планеты для наших внуков и снижении пресловутого «углеродного следа». А агрохолдингам – задуматься о возможном выращивании на российских нивах любимой культуры Никиты Хрущева для производства биополимеров.

Автор: Ольга Коваленко,
к.т.н., главный технолог по развитию ЗАО «Мир Упаковки», Мария Молодиченко, менеджер по маркетингу и рекламе ЗАО «Мир Упаковки»