Укол биополимера

Укол биополимера

Представьте, что у вас сломался стул. С потребительской точки зрения это может привести к разным последствиям. Замена деревянного стула ударит по карману - пластиковый аналог, как правило, стоит в несколько раз дешевле. Однако с точки зрения экологии результаты будут иными

40% проблем

Представьте, что у вас сломался стул. С потребительской точки зрения это может привести к разным последствиям. Замена деревянного стула ударит по карману - пластиковый аналог, как правило, стоит в несколько раз дешевле. Однако с точки зрения экологии результаты будут иными. Дерево разложится в течение максимум 10 лет - если вы, конечно, не поместите его в абсолютную влажность, в которой некогда оказались новгородские берестяные грамоты, или не спрячете в абсолютно сухой арамейской пещере. А выброшенный сегодня пластиковый стул естественным образом «растворится» в самом лучшем случае только в конце XXII века. Такова одна из главных проблем по большому счету отсутствия глобальной системы отслеживания и контроля жизненного цикла товара: с одной стороны, товары, сделанные из полимеров, обладают высокими потребительскими свойствами и стоят относительно недорого, с другой - до 40% всего содержимого свалок составляют именно пластиковые отходы. Типичная жизненная дилемма из серии сладкое - вредно, полезное - невкусно. Под возрастающим прессом общественного давления это химическое уравнение с переменным успехом сегодня решается в основном путем вторичной переработки отходов.

Накопление знаний в области биотехнологий сделали медийно популярными другое конкурентное решение - полимеры, которые разлагаются в природе на безвредные компоненты. Технология не такая уж и новая - биоразлагаемый пластик производили еще в первой половине XX века, например, полимолочную кислоту делали промышленным способом в начале 1930-х, но в связи с аварийным состоянием окружающей среды волна интереса к теме возникла в конце 1980-х и не спадает до сих пор.



Фронт развития биотехнологий в химии очень широк, а терминология до конца не устоялась (см.рис. «Не каждый биополимер - биопластик, не каждый биопластик - биополимер»). Как правило, под биопластиками в широком смысле понимают все пластики, произведенные из растительного сырья, встречающиеся в природе в естественном виде, и входящие в состав живых организмов: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды. Биоразлагаемые полимеры (в их число входят все биополимеры), о которых пойдет речь далее, это все полимеры, разлагающиеся в окружающей среде, вне зависимости от их происхождения - натурального или синтетического. Продуктами их распада, как правило, являются углекислый газ, вода и гумус.

Согласно Transparency Market Research рынок биоразлагаемых пластиков оценивался в $2,3 млрд в 2011 году и может достичь $7,8 млрд в 2018 году. Это огромный относительный рост, но, даже если прогноз сбудется, биоразлагаемые пластики займут не более 5% мирового рынка. Пусть надежды большинства на биополимеры могут не оправдаться, но желания определенных групп потребителей они уже сейчас могут утолить сполна.


Яма или свет

Биоразлагаемые пластики можно разделить на две основные группы: биополимеры, получаемые на природной основе, и обычные пластики со специальными добавками - так называемыми TDPA (Totally Degradable Plastic Additive, «добавка, полностью разлагающая пластик»). Добавки способствуют разрушению углеродных связей и разложению полимеров под воздействием света до мономеров, на втором этапе подключаются микроорганизмы, которые оставляют после себя воду и углекислый газ. Для разложения пластиков из биосырья необходима компостная яма, пластики с добавками разлагаются при свете и кислороде.

Большую часть растительных биополимеров получают из пищевых культур: кукурузы, пшеницы, сахарного тростника - любого сырья, которое содержит полисахариды. Например, один из самых популярных биополимеров - полимолочную кислоту - получают таким способом: сначала сбраживаются углеводы, содержащиеся в кукурузе или сахарном тростнике, и выделяется молочная кислота, на втором этапе молочная кислота подвергается полимеризации. Другой популярный биополимер, точнее, целое семейство полигидроксидалконоатов (PHA), является продуктом жизнедеятельности бактерий.

На воду и углекислый газ пластмассовый пакет биопроисхождения расщепляется довольно быстро - в течение 1 -3 месяцев. Полимер, содержащий разлагающие добавки, продержится гораздо дольше - от 9 месяцев до нескольких лет. Впрочем, значительное число экспертов отрицают полное разложение пластика под действием TDPA и полагают, что речь идёт только о физическом распаде пластикового изделия на крошку или пыль, которые в дальнейшем разлагаются с той же скоростью, что и обычные пластики. Последнее обстоятельство может иметь положительный экологический эффект за счёт уменьшения объёмов организованно складируемого пластикового мусора. Но на неорганизованных свалках такой механизм воздействия TDPA означает появления большого количества мелких пластиковых частиц, легко распространяемых водой и ветром на большие расстояния и представляющих угрозу для животных. Поэтому в рамках данной статьи имеет смысл больше внимания уделить «настоящим» биополимерам.
Помимо свойства разлагаться, их преимущество состоит в том, что ресурсы исходного сырья являются постоянно возобновляемыми. Но, увы, не бесконечными.

Драма с початком

Сырье для биополимерного производства приходится брать из окружающей среды, и в немалом количестве: специалисты посчитали,что для получения 1 кг полимолочной кислоты нужно 2,5 кг кукурузы. Таким образом, если попытаться удовлетворить общемировой спрос на пластмассу (270 млн т в год) за счет полимолочной кислоты - по своим свойствам она, конечно, не может заменить собой все другие пластики, но это самый дешевый сегодня растительный биополимер - то придется потратить почти 700 млн т кукурузы. Это лишь немногим меньше мирового урожая этого злака. Рынок кукурузы характеризуется низкими переходящими запасами то есть, ее в мире не хватает безо всяких биополимеров. Получается, что широкомасштабное производство натурального биоразлагаемого пластика вступает в конкуренцию с пищевой промышленностью за ресурсы. В производстве PLA сегодня используется меньше 0,04% годового урожая кукурузы, что практически никоим образом не сказывается на образовании цен на продукты или на поставках кукурузы.

Использовать имеющиеся нефтехимические мощности для производства биопластиков пока не представляется возможным, поэтому компанию, которая захочет переориентироваться на это производство, ждет полное техническое перевооружение. Необходимо развитие новой про-мышленной отрасли со всеми промежуточными этапами взросления - подготовительными разработками технологий, постепенным увеличением единичных мощностей и так далее.

Дефицит сырья вкупе со сложностью технологии производства обусловливают то,что производство биопластика в масштабах традиционного пластика отрасли просто не по карману. Производство биополимеров сегодня дороже производства традиционных пластиков (см рис. на стр. 34). По-лимеры с TDPA дороже обычных - добавки прибавляют до 10% к себестоимости продукта и удорожают конечную продукцию более чем на 10%, что ставит нефтехимический бизнес на грань рентабельности. Правда, в отдельных потребители готовы платить дополнительные деньги за «зеленый бренд».

Человек из пластика

88% продаж «настоящих» биополимеров приходится на рынок упаковки, однако, есть и другие зоны роста. Для биополимеров вследствие дороговизны сырья, процесса их производства а так же наценки за зеленый бренд - перспективны премиальные рынки. Например, искусственная кожа. «Исторически кожзаменители были не очень экологичными, -говорит Марк Реммерт, генеральный директор компании по производству биопластиков Green Dot Holdings. - В них использовались опасные растворители. Мы работаем над компостируемой синтетической кожей, в которой не используются токсичные ингредиенты, материалы производятся из возобновляемого сырья и удовлетворяют запросам самых строгих вегетарианцев». Использоваться такая «искусствен-но-естественная» кожа может в обивке салона автомобиля. Вообще биополимеры в автомобильной промышленности привлекают все больше внимания. Например, в прошлом году сразу два биополимерных решения для автомобилей (рулевое колесо от компании TAKATA и задний откидной борт от IfBB) стали победителями ежегодного конкурса Bioplastic Award, который проводит журнал Bioplastics.



Особенно часто к биополимерам прибегают, когда нужны решения для человеческого тела. Каждый год публикуется около 1 тыс. научных медицинских статей, посвященных биоразлагаемым полимерам, хотя самих продуктов на сегодняшний день не так уж и много. Биополимеры применяются в медицине для создания шовных тканей, имплантатов, трубок и других инструментов. Добываемая из водоросли ламинарии альгиновая кислота используется как перевязочный материал благодаря своим впитывающим и свертывающим свойствам.

«Кто колол биополимер?», - это довольно популярный вопрос на женских интернет-форумах. Полимолочная кислота используется в индустрии красоты для подтяжки лица, стимулируя образование естественного коллагена, формирующего «каркас», который способен самостоятельно поддерживать кожу. Тренды трансгуманизма, культивирующего улучшение физической природы человека с помощью физико-химических «помощников», все популярнее. Таким образом, биополимеры могут быть альтернативой пластической хирургии, играя важную роль в формировании новых основ личной гигиены, косметики, медицины.

Бизнес, или не бизнес?

Несмотря на наличие интереса к биоразлагаемым пластикам, нефтехимические компании до сих пор не преуспели в этом сегменте. Характерен в этом смысле опыт Dow Chemical, которая в 1997 году создала СП с сельскохозяйственным гигантом Cargill для развития направления биоразлагаемых полимеров. Компанию назвали Cargill Dow, в строительство завода в городе Блэр (штат Небраска) обе компании вложили $300 млн. В 2005 году Cargill выкупил свою долю и переименовал компанию в NatureWorks. Cегодня это крупнейший производитель биополимеров в мире. Комментируя выход из партнерства прессе, президент Dow Эндрю Ливерис был предельно откровенен: «Покупатели не желают платить премиальную цену за экологически дружественные полимеры». Следующий заход Dow Chemical в область полимеров из растительного сырья уже не касался биоразлагаемых полимеров - в конце 2011 года химический гигант создал партнерство с японской Mitsui, чтобы производить в Бразилии полиэтилен из биоэтанола. Однако в начале этого года открытие завода было отложено на неопределенное время из-за возросшей стоимости проекта.

Сочетание устойчивости, но при этом скромности интереса, возможно, связано с тем, что нефтехимические компании не обладают компетенциями, позволяющими развить производство биоразлагаемых полимеров - скорее, им это просто невыгодно. Не обладают ими и сельскохозяйственные производители. Бизнес-ландшафт рынка биополимеров в основном формируют небольшие компании, созданные энтузиастами. NatureWorks -это, скорее, исключение.

В бизнес-науке существует известное разделение игроков рынка на fast movers и second movers. Fast mover делает первый ход - создает продукт с новыми потребительскими свойствами, пусть несовершенный и возможно, дорогой. Second mover - это более крупный игрок, который делает второй шаг, например, покупает технологию «фаст мувера» и доводит ее до успеха на массовом рынке. Очевидно, что рынок биоразлагаемых полимеров сегодня - это рынок первопроходцев. Несмотря на длительное развитие, технология производства до сих пор не вошла в зрелую фазу. Гиганты вроде Cargill и BASF тоже выходят на него, однако, в целом лидеры как нефтехимического, так и сельскохозяйственного рынков занимают выжидательную позицию. На раннем рынке, когда порог между продуктом и массовым потребителем еще очень велик, гиганту, делающему второй шаг, позволено не быть первой скрипкой.

Теоретическую возможность создания относительно дешевого биоразлагаемого полимера нельзя исключать, но даже в этом случае биополимеры вряд ли смогут полностью заменить привычные нам этилен и пропилен. В мире пока нет решений, которые позволили бы безболезненно удвоить производство кукурузы, да и добиться того, чтобы биоразлагаемый полимер был одновременно сравним с обычными пластиками как по качествам, так и по цене.

Шанс биополимеров может быть в создании ниш для продуктов с новыми уникальными потребительскими свойствами как повседневного, так и «специального» назначения.А проблема утилизации пластиковых отходов в ближайшие годы будет решаться в основном традиционным способом - путем их захоронения и промышленной переработки.

Screenshot_12.jpgScreenshot_13.jpg


почитать еще
Бизнес консолидатора

Бизнес консолидатора

В Санкт-Петербурге на полках супермаркетов появились необычные товары:
на их этикетках есть белая наклейка со словом «возврат». Это означает, что здесь же, в магазине, пустую тару можно сдать за вознаграждение.

читать полностью
Доверяй, но проверяй

Доверяй, но проверяй

История Ростеста началась 115 лет назад с открытия Московской проверочной палатки выдающимся нашим ученым Дмитрием Менделеевым. Сегодня это практически единственная в стране организация, реально проводящая испытания продукции. Специально для «Нефтехимии РФ» эксперты Ростеста пояснили, какой пластик можно считать безопасным.

читать полностью
Все по-крупному

Все по-крупному

Осенью 2016 года на строительную площадку ЗапСибНефтехима через грузовой порт Тобольска в числе прочего негабаритного оборудования  были доставлены две огромные стометровые колонны – один из ключевых элементов оборудования будущего нефтехимического гиганта СИБУРа. В том, как перевозят тысячетонные «детали», разбиралась «Нефтехимия РФ».

читать полностью