Полагаем, нет смысла подробно объяснять, насколько назрела в современном мире проблема утилизации пластика. Изобретенный в середине прошлого века, этот материал стал проклятием современной цивилизации, о чем в последнее время пишут достаточно много.
Проблему пытаются решить разными путями. В начале «нулевых» много шума наделали воодушевляющие рассказы о вторичной переработке пластиковых отходов. Якобы дело доходило до того, что огромные суда вывозили пластик с американских свалок куда-то в Гонконг, где из него получали новый материал. Относительно недавно выяснилось, что в этой истории было много легенд, выдуманных американскими производителями полимерной упаковки. Экологически «сознательная» общественность требовала от них решить вопрос утилизации, и в ответ получила красивую легенду об использовании пластиковых отходов в качестве вторичного сырья, на который имеется-де огромный спрос со стороны китайцев.
Позже стало известно, что такой прием утилизации экономически не оправдан из-за слишком высоких затрат. Вторичный пластик, будучи хуже по качеству, был вместе с тем дороже. Куда дешевле и качественнее было производить полимеры напрямую из углеводородного сырья, чем возиться с отходами. Этим и занимались производители, убаюкивая общественность упомянутой легендой (о чем мы в свое время говорили подробно).
Но есть и другой путь, более обнадеживающий. Речь идет о биологической утилизации с применением специальных штаммов микроорганизмов. Ведь главная проблема пластика заключается в том, что он не подвержен обычному разложению, как это происходит с натуральными органическими отходами. Тем не менее, существуют микроорганизмы, способные «усваивать» даже такой материал. Обнаружены они были относительно недавно (первые публикации на эту тему появились только в середине 1970-х годов), и в наши дни вызывают большой интерес со стороны ученых ввиду их большого потенциала для решения проблемы пластикового загрязнения.
Упомянутые организмы производят ферменты, расщепляющие синтетические полимеры на более мелкие молекулы. Последние, в свою очередь, подвергаются дальнейшему естественному разложению, используясь, в том числе, другими микроорганизмами.
На данный момент собрана уже неплохая «коллекция» микробов, которые могут помочь нам в решении проблемы утилизации пластика. Так, в 2016 году была обнаружена бактерия Ideonella sakaiensis, способная разрушать полиэтилентерефталат (ПЭТ) и обычный пластик, используемый при изготовлении упаковок. Бактерия вырабатывает фермент, называемый ПЭТаза, расщепляющий ПЭТ на его мономеры. При этом в ходе процесса расщепления выделяется тепло. Поэтому пластик может рассматриваться здесь как источник энергии. В настоящее время ученые-генетики работают над созданием более «сильного» штамма данной бактерии, который будет разлагать пластмассы в несколько раз быстрее.
Еще одна примечательная бактерия – Pseudomonas putida. Она способная разрушать полиуретан. Ученые создали генетически модифицированный штамм данной бактерии, действующий более эффективно, благодаря чему он может получить промышленное применение.
Кроме бактерий, есть еще столь же полезные микроскопические грибки. Например, Аспергилл трубчатый. Ученые обнаружили, что данный грибок может разлагать полиуретан и полимеры, используемые в клеях, вспененных материалах и покрытиях. Грибок расщепляет полиуретан с помощью ферментов, что позволяет ему «добраться» до углерода. Другой грибок – Pestalotiopsis microspore, - был обнаружен в лесах Амазонки. Он способен разлагать полиуретан даже в анаэробной (то есть бескислородной среде), что дает возможность его применения на свалках коммунальных отходов.
Помимо микроорганизмов, личинки некоторых насекомых также могут поедать различные виды пластмасс вроде полиэтилена и полистирола. Эту работу в их кишечнике проделывают соответствующие бактерии, способные расщеплять синтетические полимеры до более простых соединений.
Важно отметить, что поиски в данном направлении ведутся весьма активно, и поэтому зарегистрированный список микроорганизмов, разлагающих пластик, постоянно и довольно быстро растет. На сегодняшний день насчитывается около полутора тысяч научных публикаций, посвященных данной теме. Уже установлено более четырехсот видов микробов, вызывающих интерес в рамках данной темы. В то же время нельзя сказать, что проблема изучена досконально, и ученые обладают надежной технологией для ее массового применения (тем более что в некоторых публикация содержатся не совсем корректные результаты). Скорее всего, наука находится здесь лишь в начале пути. Например, до сих пор не совсем ясно, как можно запустить процесс эффективного разложения пластмасс в естественных условиях, особенно если речь идет об океанах, куда ежегодно попадает до 14 миллионов тонн пластика. Некоторые ученые вообще ставят под сомнение саму возможность биологического разложения пластмасс в соленой морской воде. Вопросов еще много, однако актуальность проблемы вынуждает ученых двигаться вперед.
Сегодня промышленность ежегодно выпускает сотни миллиардов тонн одного только полиэтилена в целях удовлетворения мирового спроса. Как мы понимаем, чтобы утилизировать такую гигантскую гору отходов, понадобиться много лет, а сам процесс, судя по всему, влетит в копеечку. Кроме того, есть еще один неудобный момент: биологическое разложение пластика сопровождается выделением углекислого газа. В нашу эпоху, когда на международном уровне многими странами взяты обязательства по сокращению углеродных выбросов, данный источник СО2 (причем, весьма серьезный источник) способен сильно смутить борцов с глобальным потеплением.
Отсюда вытекает необходимость поиска оптимальных технологических решений для подобного способа утилизации пластика. Технология должны быть предельно экономичной и удовлетворять современным экологическим требованиям. А для этого необходим поиск соответствующих микроорганизмов.
Совсем недавно швейцарские ученые из федерального института WSL совершили прорыв в указанном направлении. Они обнаружили в Альпах и в Арктике микроорганизмы, способные расщеплять пластик при температуре 15 градусов Цельсия. Большинство микроорганизмов, найденных до этого, выполняют такую работу при температурах выше 30 градусов Цельсия. В случае их промышленного использования понадобился бы дополнительный нагрев, что ведет к существенным затратам. Находка швейцарских ученых позволяет оптимизировать данный процесс. Ученые исследовали образцы 19 штаммов бактерий и 15 грибков, появившихся на открытом или специально закопанном пластике, хранившемся в течение года. Затем эти образцы были перенесены в лабораторию и протестированы там. Исследования показали, что данные образцы способны переваривать полиуретан при температуре 15 градусов Цельсия, а некоторые грибки переваривали различные смеси коммерческих пластиков. В целом ученые говорят о возможной «работе» микробов в температурном диапазоне от 4-х до 20 градусов Цельсия.
Правда, ни один из тестируемых образцов не справился с полиэтиленом даже за 126 дней инкубации. Тем не менее, ученых не оставляет надежда на то, что микроорганизмы способны быстро эволюционировать, вырабатывая самый широкий спектр ферментов для разложения «синтетики». Ведь микробы разлагают полимеры по причине того, что они напоминают им естественные структуры, имеющиеся в клетках растений. В общем, проблема пока что не получила окончательного решения, хотя ученым уже ясно виден свет в конце тоннеля. Поэтому создание приемлемой технологии – лишь вопрос времени.
Николай Нестеров
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии