Kopš 1907. gadā, kad bakelīts tika atklāts kā pirmā sintētiskā plastmasa — tā tika izmantota kā elektriskais izolators —, šī vieglā, spēcīgā un formējamā materiālu klase ir palīdzējusi veidot mūsdienu pasauli. Plastmasa ir galvenā produktu dizaina un ražošanas sastāvdaļa, un to izmantošana, jo īpaši kā vienreizlietojami priekšmeti, piemēram, ūdens pudeles un pārtikas iesaiņojums, paplašinās. Kopējais gadā saražotās plastmasas svars pašlaik ir vairāk nekā 380 miljoni tonnu, un līdz 2050. gadam tas sasniegs 900 miljonus tonnu.
Taču plastmasai, tāpat kā fosilā kurināmā, no kuras tās tiek ražotas, var būt negatīva ietekme uz vidi. Līdz 2050. gadam aptuveni 12 miljardi tonnu plastmasas atkritumu atradīsies poligonos vai piesārņos dabisko vidi. Salīdzinājumam — 2015. gadā šis skaitlis bija aptuveni 4,9 miljardi tonnu. Izlietotā plastmasa arī veido lielu daļu no degvielas, ko padod enerģiju radošajās atkritumu sadedzināšanas iekārtās, kas ir oglekļa emisiju avots. Dokumentālās filmas, piemēram, Deivida Attenboro stāstītās filmas, ir pievērsušas uzmanību plastmasas atkritumu radītajam apdraudējumam videi. Kadri ar izmestām ūdens pudelēm, kas smacē jūras dzīvi, arī ir palīdzējuši izraisīt sabiedrības sašutumu un veicinājuši plastmasas piesārņojumu globālajās programmās.
Lai gan uz daudzām plastmasām tagad ir otrreizējās pārstrādes simbols, praksē plastmasas pārstrāde ir neapstrādāta un energoietilpīga. Pārstrādātajai plastmasai parasti ir zemāka kvalitāte — tai ir mazāka izturība — nekā jaunizveidotajai plastmasai. Arvien vairāk patērētājiem tiek pārdoti produkti, kas izgatavoti no bioloģiski noārdāmas plastmasas, kas iegūti no augu avotiem vai papildināti ar skābekli un citām ķīmiskām vielām, lai tie varētu sadalīties vidē. Tomēr tas sarežģī otrreizējās pārstrādes centienus, jo bioloģiski noārdāmajai plastmasai ir kaitīga ietekme uz pārstrādātās plastmasas kvalitāti, un pārstrādes rūpnīcām nav uzticama veida, kā atdalīt šīs plastmasas no citām formām.
Tas, kā varētu izveidot ilgtspējīgāku plastmasu, šodien ir kļuvis par vienu no lielākajiem un neatliekamākajiem jautājumiem ķīmijā. Pētnieki no daudzām nozares nozarēm šobrīd strādā pie veidiem, kā samazināt plastmasas atkritumus un uzlabot iespējas tos pārstrādāt.
Viens no šādiem centieniem ir ziņots šīs nedēļas Nature numurā. Stefans Mekings un viņa kolēģi Konstancas Universitātē Vācijā apraksta jauna veida polietilēnu — vienu no visizplatītākajiem vienreizējās lietošanas plastmasas veidiem —, ko var pārstrādāt, atgūstot lielāko daļu izejmateriālu — kaut ko tādu, ar ko ir grūti izdarīt. esošie materiāli un pārstrādes tehnoloģijas.
Šī jaunā plastmasa ir jāturpina pārbaudīt, un ir jānovērtē tās ietekme uz esošo otrreizējās pārstrādes infrastruktūru. Tam būs nepieciešama cita veida pārstrādes tehnoloģija nekā esošajos pārstrādes centros. Ja pastāv vienprātība par to, ka tas ir jāizmanto, un ja to var palielināt, tas var paātrināt pāreju uz pārstrādātu plastmasu. Tā varētu būt daļa no risinājuma, lai plastmasas lietošana būtu mazāk kaitīga.
Bet tikai ķīmija mūs var aizvest tikai tik tālu. Ja ir jāsamazina plastmasas dedzināšana un materiālu uzkrāšanās okeānos un poligonos, rūpniecība nevar turpināt ražot plastmasu pašreizējā tempā. Uzņēmumiem ir jāuzņemas lielāka atbildība par savu plastmasas izstrādājumu pilnu dzīves ciklu. Un, lai tas notiktu, valdībām būs jāievieš vairāk noteikumu, un arī ierosinātajam Apvienoto Nāciju Organizācijas plastmasas līgumam ir jābūt veiksmīgam.
Vienvirziena sistēma
Plastmasu ražo, apvienojot vienkāršu molekulāro bloku ķēdes. Nav viegli palaist šo procesu atpakaļ, lai izveidotu materiālus atkārtotai izmantošanai, lai gan pētnieki ir panākuši zināmu progresu. Galvenais šķērslis uzlabotai plastmasas pārstrādei ir sistemātiski un zemas enerģijas patēriņa veidā saraut ķīmiskās saites, lai atgūtu vērtīgus materiālus, kurus pēc tam var izmantot vienlīdz augstas kvalitātes plastmasas ražošanai.
Ir vairāki veidi, kā piešķirt plastmasai pēcnāves dzīvi. Tie ietver mehānisko otrreizējo pārstrādi, kad tie tiek sasmalcināti, izkausēti un atkārtoti izmantoti kā zemākas kvalitātes plastmasa. Vēl viena iespēja ir tos ķīmiski pārstrādāt — saraujot saites, kas satur kopā garās plastmasas molekulas, radot mazākas, noderīgas molekulas, no kurām var izgatavot jaunas plastmasas. Mekings un viņa kolēģi ir strādājuši pie pēdējās pieejas, kas, iespējams, ir grūtākā no abām.
Šī komanda ir viena no vairākām visā pasaulē, kas ir mēģinājušas atrast veidu, kā pārstrādāt polietilēnu. Izmantojot atjaunojamo avotu, Mekings un viņa kolēģi izgatavoja izturīgu polietilēnam līdzīgu materiālu, kas satur ķīmiskās grupas, kuras var vieglāk sadalīt nekā parastajā plastmasā, ļaujot materiālu dekonstruēt otrreizējās pārstrādes posmā. Pārstrādes procesā zinātnieki spēja atgūt gandrīz visu izejmateriālu un no tā pārtaisīt polietilēnam līdzīgu materiālu.
Šis darbs ir saistīts ar citas komandas papēžiem, kas oktobrī ziņoja par līdzīgiem atklājumiem. Susannah Scott no Kalifornijas universitātes Santabarbarā un viņas kolēģi izmantoja katalizatoru, lai palīdzētu sadalīt polietilēnu mazākās molekulās, kuras varētu izmantot kā sākuma blokus dažādu polimēru veidu ražošanai.
Tā ir gudra ķīmija un ļoti svarīgi pētījumi. Tagad šī pieeja ir jāizpēta dažādiem plastmasas veidiem un lielākā mērogā. Taču, kamēr plastmasas izmantošana turpina pieaugt, otrreizēja pārstrāde vien nesamazinās plastmasas piesārņojumu.
Rūpniecība to labi apzinās un iesaistās — lai gan ne tik daudz, cik nepieciešams — ar jautājumu par to, kā samazināt savu izlaidi. Piektā daļa uzņēmumu, kas ražo vai izmanto plastmasas iepakojumu, ir apņēmušies pildīt solījumu ar nosaukumu New Plastics Economy Global Commitment, ko izveidojis Ellen MacArthur fonds un ANO Vides programma. Parakstītāji sola palielināt plastmasas pārstrādi kā daļu no plašākas apņemšanās ievērot aprites ekonomikas principus, kuru mērķis ir panākt nepārtrauktu resursu izmantošanu un novērst atkritumus. Taču saskaņā ar jaunāko ziņojumu progress ir nevienmērīgs — jo īpaši attiecībā uz vienreizējās lietošanas iepakojuma samazināšanu un pilnībā atkārtoti lietojama iepakojuma ieviešanu.
Skaidrs, ka uzņēmumi ir jāpiespiež vai jāpiespiež rīkoties. Ja viņiem būtu jāuzņemas atbildība par visu savu plastmasas izstrādājumu dzīves ciklu, viņi mazāk izmantotu materiālus, kurus ir grūti atkārtoti izmantot vai pārstrādāt. Šim nolūkam ir jāgūst panākumi ierosinātajam globālajam līgumam, kas tiek raksturots kā līdzvērtīgs Parīzes klimata nolīgumam par plastmasas piesārņojumu. Agrāk daži rūpniecības pārstāvji un valdības, kuru interesēs ir fosilais kurināmais, ir iebilduši pret līgumiem, kuru mērķis bija novērst klimata pārmaiņas un bioloģiskās daudzveidības samazināšanos. Vēsture nevar atkārtoties; planētai nav laika.
Ķīmiķi sniedza pasaulei plastmasu vairāk nekā pirms gadsimta. Taču šie ārkārtīgi noderīgie materiāli tagad ir nopietns vides problēmu avots. Par laimi, ķīmiķi gan akadēmiskajās aprindās, gan rūpniecībā ir apņēmības pilni atrast videi labvēlīgu veidu plastmasas atdalīšanai. Uzņēmumiem un valdībām tagad ir jāpastiprina un jāuzņemas atbildība par savu daļu plastmasas atkritumu uzkrāšanā. Darbība nevar notikt pārāk ātri.
Nature 590, 363-364 (2021)
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-00391-7
