Специалисты Тульского государственного университета (ТулГУ) создали инновационный полимер на основе переработанной биомассы деревьев и побочных продуктов сельского хозяйства. Новый материал выдерживает нагрев до 300 °C, полностью разлагается в природных условиях и не оставляет микропластика. Результаты исследования опубликованы в престижном журнале Journal of Polymers and the Environment (Springer Nature, импакт-фактор 4,9 на 2024 год).
Проблема традиционных пластиков
Сегодня более 99% упаковки для бытового и промышленного использования производится из нефтехимических полимеров, таких как полиэтилен и полипропилен. По данным ООН, ежегодно в мире производится около 400 млн тонн пластика, из которых только 9% перерабатывается, а 79% попадает на свалки или в окружающую среду. Ископаемые ресурсы ограничены: по прогнозам Международного энергетического агентства (IEA), запасы нефти для полимерного производства могут исчерпаться через 50-100 лет при текущих темпах потребления. Высокая стойкость пластиков к внешним воздействиям — их главное преимущество — одновременно усложняет утилизацию. Сжигание приводит к выбросам CO₂ (около 2,7 кг на 1 кг пластика), а механическая переработка оставляет микропластик, который загрязняет океаны и почву. По оценкам Всемирного фонда дикой природы (WWF), к 2050 году в океанах может накопиться больше пластика, чем рыбы по массе.
Технология и свойства нового полимера
Ученые ТулГУ синтезировали полимер с использованием каталитической реакции образования триазолов — ключевого элемента «клик»-химии. Этот подход, удостоенный Нобелевской премии по химии в 2022 году (К. Б. Шарплесс, М. Мельдаль и К. Бертоцци), позволяет создавать соединения с высокой эффективностью и минимальными отходами. Сырье — возобновляемая биомасса: древесные отходы (лигнин, целлюлоза) и сельскохозяйственные побочки (солома, кукурузные стебли).
Ключевые характеристики:
- Термостойкость: до 300 °C (сравнимо с поликарбонатом, но без нефти).
- Биоразлагаемость: полная деградация в почве за 6-12 месяцев под действием микроорганизмов (тесты по стандарту ISO 14855).
- Механическая прочность: модуль Юнга ~2,5 ГПа, растяжение на разрыв ~50 МПа (аналогично ПЭТ).
- Экологичность: снижает углеродный след на 70% по сравнению с нефтяными аналогами (расчеты LCA).
«Мы применили ‘клик’-химию для направленной модификации производных фуранов — ценных продуктов из растительной биомассы. Это позволяет создавать полимеры с контролируемой структурой и свойствами», — пояснил заведующий лабораторией химической конверсии возобновляемой биомассы и органического синтеза ТулГУ Богдан Карлинский.
Перспективы и поддержка
Разработка способствует переходу к замкнутому циклу экономики и углеродной нейтральности, как указано в Парижском соглашении по климату. В России рынок биоразлагаемых полимеров растет: по данным Росстата, объем производства биопластиков увеличился на 25% в 2024 году. Аналогичные проекты ведутся в ЕС (проект BioBased Industries) и США (компания NatureWorks производит PLA из кукурузы).
Работа выполнена в молодежной лаборатории, созданной в 2022 году в рамках программы «Приоритет-2030». Финансирование — Министерство науки и высшего образования РФ (госзадание по теме «Направленная модификация и исследование стабильности производных фуранов»). Ученые планируют пилотные тесты с предприятиями упаковки в 2026 году. Это шаг к устойчивому будущему, где пластик не станет «вечным» загрязнителем.