Весь двадцатый и начало двадцать первого века справедливо называют Веком пластика из-за повсеместного использования этого семейства материалов.
Пластики проникли во все аспекты жизни общества. Мы спим на заполненных пластиком подушках, чистим зубы пластиковыми щётками, печатаем на пластиковых клавиатурах, пьём и едим из пластиковых контейнеров — невозможно прожить хотя бы один день, не встретившись с пластиком в том или ином виде.
Но, как становится известно всё большему количеству людей, активное применение пластика влияет на окружающую среду. Пластиковые отходы загрязняют землю, океаны, воздух и наши тела. Он даже попал в состав ископаемых находок.
Как мы пришли к такому положению дел? Когда пластики стали неизменным спутником современного общества? Какими могут быть решения проблемы влияния пластика на окружающую среду?
Что такое пластик?
Пластик — общее название материалов, которые можно формировать и отливать под воздействием нагрева и давления.
Полимеры — это химический класс материалов, из которых состоят все современные пластики. Это крупные молекулы, состоящие из цепочки повторяющихся молекул меньшего размера (мономеров). Процесс комбинирования этих мономеров (например, газа этилена) нагреванием и давлением называется полимеризацией.
Изобретение пластика
Хотя мы воспринимаем пластик как материал двадцатого века, человечество с давних времён работало с такими природными пластиками, как рога, черепаховый панцирь, янтарь, резина и шеллак.
Рога животных, которые при нагревании становятся деформируемыми, использовались для многих целей и изготовления различных изделий, от медальонов до столовых приборов. В девятнадцатом веке одним из крупнейших потребителей рогов была отрасль производства расчёсок и гребней.
Гребень из рога с двумя круглыми ручками и декоративными вырезами и высечками, изготовленный в Индии, 19-й век.
Первые синтетические пластики
К середине 19-го века в результате индустриального производства товаров возник дефицит материалов животного происхождения. Слоны находились на грани вымирания из-за того, что на них продолжалась охота ради слоновой кости, которую использовали в производстве множества товаров, от клавиш пианино до бильярдных шаров. Та же судьба поджидала некоторые виды черепах, чьи панцири шли на изготовление гребней.
Вскоре изобретатели начали искать способы решения этой экологической и экономической проблемы, получив множество патентов на новые полусинтетические материалы, изготовляемые на основе таких природных веществ, как пробка, кровь и молоко. Одним из первых таких материалов стала нитроцеллюлоза — волокна хлопка, растворённые в азотной и серной кислотах, а затем смешанные с растительным маслом.
Её изобретатель, родившийся в Бирмингеме ремесленник и химик Александр Паркс, запатентовал в 1862 году новый материал под названием «паркезин». Он считается первым синтетическим пластиком. Паркезин стал дешёвой и яркой заменой слоновой кости и черепашьему панцирю.
Сам Паркс не добился коммерческого успеха, в отличие от его изобретения, которое было разработано другими, в том числе и бывшим управляющим фабрики Паркса Дэниэлом Спиллом и бизнесменом Джоном Уэсли Хайатом. Последний основал в США Celluloid Manufacturing Company.
Благодаря этому новому пластику такие товары, как гребни и бильярдные шары, стали доступными гораздо большему количеству людей, демократизировав потребительские товары и культуру.
Без сомнения, самым важным с точки зрения культуры применением целлулоида стало изготовление киноплёнки. Забавно, что после того, как звёзды кино популяризировали в 1920-х годах короткие стрижки, отрасль целлулоидных гребней пошла на спад, но позже производители перешли на создание новомодного продукта: солнцезащитных очков.
Галерея целлулоида
Две катушки целлулоида, изготовленные Луи Лепренсом, 1888-1889 гг.
Гребень для волос с эффектом черепашьего панциря, изготовленный из нитрата целлюлозы, 1900-е
Жёлтая рыболовная катушка, изготовленная Александром Парксом примерно в 1860 году
Игровые кости, изготовленные из целлулоида с имитацией слоновой кости, начало 20-го века
Целлулоидная ваза янтарного цвета в стиле ар-деко, 1930 год
Круглая пудреница, изготовленная из нитрата целлюлозы с перламутровым покрытием (кселонита), 1920-е
Образец паркезина, изготовленный Александром Парксом примерно в 1862 году
Рост индустрии производства пластика
Лео Бакеланд
20-й век стал свидетелем революции в производстве пластика: появления полностью синтетических пластиков.
Бельгийский химик и талантливый маркетолог Лео Бакеланд представил в 1907 году первый полностью синтетический пластик.
Он всего на один день обогнал своего шотландского конкурента Джеймса Суинберна с подачей патента. В его изобретении, наречённом бакелитом, под воздействием высокой температуры и давления комбинировались два химиката — формальдегид и фенол.
Бакелит зародил потребительский бум доступных, но имеющих высокий спрос продуктов. Его поверхность была тёмно-коричневой и напоминала дерево, однако его легко можно было производить большими партиями, благодаря чему он стал идеальным выбором для продвижения в массы новых дизайнерских тенденций наподобие ар-деко.
Некоторые продукты стали знаковыми для 20-го века: фотокамера Purma, телефон GPO и радиоприёмник Ekco AD36.
Бакелитовый телефон Type 232, 1930-е
Радиоприёмник Ekco в бакелитовом корпусе, 1935 год
В первые десятилетия 20-го века нефтеперерабатывающая и химическая отрасли начали образовывать альянсы, создавая компании наподобие Dow Chemicals, ExxonMobil, DuPont и BASF. Эти компании и сегодня являются крупными производителями полимерного сырья для отрасли производства пластиков.
Причиной создания таких альянсов стало стремление использовать отходы, получаемые при переработке нефти и природного газа. Одним из самых массовых из таких отходов был газообразный этилен — побочный продукт, из которого британская компания Imperial Chemical Industries (ICI) первой начала производить пластик, обогнав своих немецких и американских конкурентов.
Первым крупным успехом в создании пластиков образованной в 1926 году ICI стало изобретение в 1932 году органического стекла Perspex.
На следующий год коллектив завода ICI в Виннингтоне проводил опыты по комбинированию этилена и бензойного альдегида под воздействием высоких температур и давлений. Эксперимент провалился. Однако после случайного попадания в сосуд кислорода в реакционной колбе было обнаружено белое воскоподобное вещество.
Выяснилось, что это полимер этилена. Самый распространённый сегодня в мире пластик оказался чудесным материалом: прочным, гибким и термоустойчивым.
Первым способом его применения стало изолирование кабельной проводки радаров во время Второй мировой войны, однако вскоре его начали использовать и в производстве потребительских продуктов, от пластмассовых пакетов для покупок и пищевых контейнеров до искусственных бедренных и коленных суставов.
Американский конкурент ICI, компания DuPont, в 1930-х совершила серию открытий, самыми примечательными из которых стали нейлон и тефлон. Нейлоновые чулки мгновенно стали всемирной сенсацией.
Чудо-материалы
Пластики используются в невероятно разнообразных продуктах современного мира, от чулок до космических скафандров.
Образец первой вязаной из нейлона эластичной трубы, 1935 год
Две пары нейлоновых чулок Triumph, 1950-е
Полиэтиленовый коленный сустав, 1998 год
Искусственные артерии из тефлона, 1994 год
Пакет плазмы крови четвёртой отрицательной группы, заполненный бутафорской кровью, 1990-е
Кабель из медного проводника с полиэтиленовой изоляцией, 1939-1969 гг.
Когда пластики стали экологической проблемой?
Химические свойства, сделавшие пластик невероятно полезным и прочным материалом, одновременно усложняют его утилизацию: для разложения некоторых видов пластика на свалках требуются десятилетия.
Пластиковый мусор на пляже в Норвегии
Само разложение является ещё более серьёзной экологической проблемой, потому что превращение пластика в микроскопические частицы загрязняет океаны, воздух и экосистемы. Кроме того, не полностью изучен вопрос влияния накопления в организме микропластика на здоровье.
Одноразовая ПЭТ-бутылка, 1985 год
В послевоенный период пластик начал заменять более дорогие бумажные, стеклянные и металлические материалы, которые использовались при изготовлении одноразовых предметов, например, упаковки потребительских товаров. И появилась проблема — к утилизации пластика пытались подходить так же, как к утилизации бумаги или металла.
Одной из самых серьёзных угроз является неправильная утилизация пластика: полиэтиленовых пакетов для покупок, полипропиленовых контейнеров для еды, ПЭТ-бутылок для напитков (ПЭТ — полиэтилентерефталат, разновидность полиэстера).
ПЭТ-бутылка, запатентованная в 1973 году американским предпринимателем Натаниэлем Ваэтом, имела множество преимуществ по сравнению со стеклом: низкий вес, удобный для транспортировки, а также безопасность, поскольку бутылку практически невозможно разбить.
Полимер ПЭТ был разработан специально для хранения газированных напитков под давлением, однако в 21-м веке возник бум его популярности в качестве ёмкости для негазированных напитков, и в первую очередь воды.
Экономика массового производства дешёвых пластиковых продуктов привела к возникновению культуры одноразовости, и сегодня во всём мире ежегодно продаётся примерно 500 миллиардов ПЭТ-бутылок.
Могут ли химики решить проблему пластика?
Поскольку современная индустрия пластиков использует в качестве сырья ископаемые виды топлива, производство пластика оказывает влияние на изменение климата, внося свой вклад в общемировое производство CO2. К слову, углеродный след при производстве пластика сильно ниже, чем при создании других материалов, к тому же переработка попутного нефтяного газа (побочного продукта нефтедобычи) для производства полимеров предотвращает выбросы СО2 от его сжигания.
[прим. перев.: статистика, цифры и то, как устроена переработка у нас — в этом посте ]
В течение нескольких десятилетий химики исследовали и разрабатывали «зелёные» пластики, которые подобно первым полусинтетическим пластикам можно было бы получать из природных, биологических материалов, например, из кукурузного крахмала.
В 1990 году изобретшая полиэтилен британская компания ICI разработала первый практичный биоразлагаемый пластик биопол, который впервые использовали для производства бутылок шампуня Wella.
Биопластики и утилизируемые пластики
Бутылка от шампуня Wella, изготовленная из пластика биопола
Флисовая шапка Synchilla бренда Patagonia, изготовленная из переработанных пластиковых бутылок, 2002 год
Ювелирное украшение, изготовленное из полиэтиленовых пакетов, Англия, 2004-2006 гг.
Не все биопластики лучше с точки зрения утилизации или переработки.
Эти материалы становятся всё более популярными для использования в одноразовой упаковке. Однако биоразлагаемые пластики утилизируются, только если оказываются в мусоре, достаточно хорошо подвергаемом компостированию, а компостирование бытового мусора обычно для этого не подходит.
Символ переработки PET 1
Решением проблемы пластикового загрязнения является переработка пластиковых отходов. Есть несколько способов переработки пластиковых отходов, которые можно и нужно усовершенствовать. Это, например, механическая вторичная переработка и химическая утилизация пластиков, переработке не подлежащих.
При механической переработке одним из серьёзнейших препятствий перед утилизацией пластика является разделение: при смешении разных полимеров получающийся из них материал обычно не имеет полезных свойств. Даже два предмета из ПЭТ, например, бутылка от напитка и форма для печенья, могут иметь разные температуры плавления, и при смешивании превращаться в бесполезную жижу.
В настоящее время химические способы сортировки пластиков наподобие спектроскопического анализа в крупных масштабах экономически нецелесообразны, поэтому эту работу приходится выполнять сортировщикам.
ПЭТ-бутылка, имеющая код утилизации в виде числа 1 в треугольнике — это один из самых перерабатываемых предметов в мире. Одним из способов применения переработанного ПЭТ является изготовление одежды; изначально этот способ популяризировали флисовые товары Patagonia.
Благодаря усиливающимся тенденциям заботы о природе товары из переработанного пластика стали в 21-м веке продаваемыми и модными, а исходный материал, из которого переработкой получили продукт, часто указывается на этикетке.
Решение проблемы пластика должно быть социальным и политическим. Вместо того, чтобы полагаться только на технологические решения, мы должны совершенствовать инфраструктуру сортировки и переработки — в настоящее время перерабатывается малая доля. Кроме того, нужно, чтобы каждый человек ответственно относился к утилизации пластиковых отходов и сдавал их на переработку.
Важным аспектом может стать отказ от неперерабатываемых одноразовых предметов (например, соломинки и ватные палочки). Поставщики товаров, например, супермаркеты, должны прилагать большие усилия для этого. А самим потребителям стоит брать пример с ранней отрасли производства пластиков, когда гребни, радиоприёмники и телефоны с красивым дизайном были желанными продуктами, которые ценились и долго использовались.