Сгнить быстрее полимерной плёнке помогут специальные капсулы с ферментом.

С каждым годом в мире производится всё больше пластика. И всё больше пластика отправляется на свалку вместе с другими отходами. Какое-то его количество попадает во вторичную переработку, но существенная часть полимерных отходов вместе с пищевым мусором оказывается погребённой на мусорных полигонах. Обычные полимерные материалы, вроде полиэтилена или полипропилена, не разлагаются от слова совсем и способны столетиями пролежать в почве без каких-либо качественных изменений. Но можно ли сделать так, чтобы пластик гнил?

Модифицированная капсулами с ферментами полилактидная плёнка (слева). Справа - она же после трёхдневного компостирования. Фото: Christopher DelRe, UC Berkeley, Phys.org

Можно, хотя с этим не всё так гладко, как хотелось бы. Вместо условно вечного полиэтилена можно взять биоразлагаемый пластик на основе полилактида – полимера молочной кислоты. В отличие от полиэтилена, который несъедобен для большинства микроорганизмов, желающих «съесть» полилактид намного больше. Однако на практике биоразлагаемые пластики оказались не такие биоразлагаемые. Всё дело в том, что для их разложения необходимы определённые условия, которые в реальности мало кем соблюдаются на свалках и мусорных полигонах. В результате «биоразлагаемый» пакет, закопанный под многометровым слоем смешанных отходов, будет гнить очень и очень медленно. Процесс можно ускорить, сделав пластик более «съедобным», но тогда мы проиграем в прочности изделий из такого пластика: те же пакеты будут часто рваться, либо их придётся делать толще и тратить на производство лишнее сырьё.

Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли придумали, как сделать так, чтобы пакет из полилактида мог быть одновременно и прочным, и максимально биоразлагаемым. Для этого они добавили в полимерный материал фермент протеиназу К, способный разлагать полилактид до молекул молочной кислоты. Но если, что называется, «пустить козла в огород», т.е. добавить фермент к веществу, которое он должен разлагать, как тогда добиться того, чтобы такой пакет не развалился на кусочки ещё на полпути из магазина домой?

Для этого фермент должен пребывать «в спячке», пока пакет используется по назначению, и пробудиться, когда пакет превращается в мусор и попадает на свалку. Такого поведения от фермента можно добиться, если поместить его в капсулу – оболочку из специального полимерного материала, чувствительного к изменению среды, например, к повышению температуры и влажности. Оболочка не только защитит полилактид от фермента, но и сам фермент от того, чтобы он не пришёл в негодность раньше положенного времени. У исследователей получилось изготовить плёнку, которая вела себя, как обычный пластик при комнатных условиях, но у которой «включался» режим биоразлагаемости при попадании в среду с повышенной температурой и высокой влажностью. Похожие условия создаются, например, при промышленном компостировании органических отходов.

Подобный подход можно применять не только к плёнкам, но и к другим материалам, наделяя их способностью к биоразложению при определённых условиях. С одной стороны, это поможет снизить загрязнение окружающей среды пластиковыми отходами. С другой стороны, лучше, когда все образующиеся отходы идут на вторичную переработку, которая позволяет сохранять ресурсы, затрачиваемые на создание нового материала. И здесь «умные» материалы будут мешать получать качественное сырьё за счёт разнообразия своего химического состава. Пока что существует тенденция к использованию биоразлагаемых полимерных материалов там, где их вторичная переработка была бы невыгодной, например, для пластиков, сильно загрязнённых пищевыми отходами. По мере совершенствования системы разделения мусора и создания новых материалов, можно будет сдвигать этот баланс в ту или иную сторону для экономии ресурсов нашей планеты.