5.4. Экологические свойства современной упаковки

В настоящее время одной их самых актуальных проблем по переработке твердых бытовых отходов (ТБО) и упаковки, в том числе стала глобальная задача по управлению их переработкой. Безусловно, что сжигание является дорогостоящим процессом, и к тому, же при этом образуются высокотоксичные вещества, в том числе и супертоксиканты – фураны и диоксиды, что отрицательно сказывается на состоянии окружающей среды. Свалки, на которых складируются ТБО, отчуждают полезные земельные площади и служат источником болезнетворных вирусов и патогенных микроорганизмов. При этом следует отметить, что большая часть ТБО может быть переработана и с успехом использована в качестве вторичного сырья.

Впервые с проблемой управления ТБО столкнулись развитые страны. Однако вопросы, связанные с переработкой ТБО, могут решаться не только в конце жизненного цикла упаковки, когда она уже больше не нужна потребителю, а в начале ее производства, что гораздо рациональнее. Одним из таких путей является создание так называемой биоразлагаемой упаковки. Сейчас основная доля упаковочных материалов приходится на пластики, что объясняется их достаточно высокой механической прочностью, легкостью, индифферентностью к большому числу пищевых продуктов, технологичностью изготовления, дешевизной и доступностью исходного сырья, возможностью создавать композиционные материалы. Но использование такой упаковки, как показала жизнь, чревато тем, что ее разложение в природных условиях (на полигонах) исчисляется десятками и сотнями лет. Несмотря на это, полимерный упаковочный бум продолжается. Кроме того по подсчетам экспертов, основного сырья для изготовления полимерной упаковки – нефти хватит человечеству лишь только на ближайшие 100 лет.

Одним из актуальных направлений в настоящее время становится производство экологически чистой биоразлагаемой упаковки. Ее изготавливают на основе полимеров, которые могут разрушаться в естественных условиях под воздействием природных факторов: свет, температура, влага, а также при участии живых микроорганизмов (бактерий, дрожжей, грибов и т.д.). Благодаря стараниям ученых на сегодняшний день в мире существует более ста видов полностью биоразлагаемых полимеров. При этом высокомолекулярные вещества разлагаются на низкомолекулярные, такие как вода, углекислый газ и другие соединения. Таким образом, совершается естественный круговорот веществ, созданный эволюцией и способный поддерживать экологическое равновесие в природе.

Такие биопластики можно получать двумя способами: либо на основе веществ органической природы (олигосахариды, целлюлоза, зерно, молоко и т.д.), либо биотехнологические путем. Сейчас наибольшее распространение получило изготовление биоразрушаемой упаковки, основанное на введении в синтетический полимер веществ растительного происхождения. Они служат питательной средой для микроорганизмов, что приводит к нарушению целостности упаковки и, соответственно, к разрушению. Сырьем для получения этих веществ является: картофель, свекла, тапиока, зерновые и бобовые культуры, целлюлоза (древесина, хлопчатник, лигнин) и др.

В настоящее время значительное место в производстве упаковочных материалов отводится сополимеру этилена и винилацетата. В него в качестве биоразлагаемого компонента вводится крахмал – воспроизводимый природный полимер. Он хорошо разлагается под действием воды и микроорганизмов, не загрязняя при этом почвы. Для разрушения этого материала были предложены эффективные микроорганизмы – биодеструкторы. Первый в мире завод, выпускающий полиэтилен из сахарного тростника, был построен бразильской компанией Braskem в сентябре 2010 года. Планируется производство около 200 тыс. тонн «зеленого» полиэтилена в год. Осенью 2009 года на рынке появились соленые снеки Pretzel Sandwich от американской компании Snyder’s в новой экоупаковке, созданной на основе полимолочной кислоты и крахмала. Компания планирует за пять лет сократить объем отходов на 30 %.

Также разработана композиция полистирола с крахмалом или целлюлозой, которая используется для выпуска пищевой упаковки и сельскохозяйственной пленки. Такой материал разрушается почти наполовину за 50 и практически полностью – через 80 дней. К разрушаемым биопластинкам относится сополимер оксибутирата и оксивалерата. Это полиоксиалканоаты, которые по своим физико-химическим свойствам сходны с полиэтиленом и полипропиленом, но способны к биоразложению. Так, для термопластичного биополимера, полиоксибутирата, созданы специальные водородокисляющие микроорганизмы – водородные бактерии. Это полимеры нового поколения, имеющие высокий рыночный потенциал и в недалеком будущем, благодаря способности включаться в глобальные биосферные циклы они смогут заменить традиционные, не разрушаемые природой, полиолефины. Это экологически чистые полимерные материалы, разлагаемые в естественных условиях до конечных продуктов – воды и диоксида углерода.

Перспективным является стремление к получению полимерных композиций, которые легко разлагаются в почве, например, как газетная бумага. Так, материалы на основе поливинилового спирта способны биоразлагаться в горячей и холодной воде. Полимеры, изготовленные на основе молочного белка – казеина, полностью разрушаются при компостировании в течение 45 дней. Введение в эти полимеры добавок растительного происхождения позволяет варьировать степенью биоразложения в природных условиях от 1 до 2 месяцев.

Новым упаковочным материалом является эколин. Его получают из полиэтилена или полипропилена с добавлением таких природных минеральных наполнителей, как известняк или доломит. Содержание наполнителя в композите может составлять до 50%. Этот материал прошел сертификацию и в качестве упаковки может применяться для пищевых продуктов. Его преимуществами являются нетоксичность, дешевое минеральное сырье, меньший расход нефтепродуктов.

К перспективной относится упаковка из кукурузы. Основную часть ее зерна составляет целлюлоза, образующаяся за счет фотосинтеза. Из кукурузы изготавливают разнообразную упаковку, например бутылки. Выпускают и пленку, которую используют не только как пищевую упаковку, но и применяют в других областях. Пленку можно производить и непосредственно из кукурузного крахмала, которым так богаты зерна этой культуры. Подобные упаковочные материалы быстро и полностью разлагаются в природных условиях и даже при сжигании не выделяют вредных веществ. Историческим фактом является то, что еще в 30-е годы прошлого века Генри Форд изучал возможности использования пластиков на основе сои для деталей своих автомобилей.

Биогенная упаковка. Представляет интерес и так называемая биогенная упаковка. Ее можно изготовить, например, из древесной массы, которая накапливается в виде отходов при прочистке лесов. Такая упаковка полностью утилизируется под воздействием природных факторов. В качестве материала для создания биогенной упаковки могут использоваться отходы пищеперерабатывающей промышленности. Так, при изготовлении яблочного сока побочным продуктом являются яблочные выжимки, представляющие собой полисахариды, которые могут служить составной частью биоразлагаемой упаковки.

Следующий путь – использование материалов на основе водорослей. Это быстрорастущее сырье – так некоторые виды водорослей могут за 12 часов вырасти на целый метр. Кроме того, следует отметить, что это возобновляемый источник растительного сырья, на основе которого создан, к примеру, такой материал, как поропласт. После его использования он легко компостируется или подвергается вторичной переработке, например, с макулатурой.

Как было установлено исследованиями, сине-зеленные водоросли, или цианобактерии, способны синтезировать целлюлозу. Ее можно использовать как биоразлагаемую добавку для изготовления бумаги, сохраняя тем самым наши леса от излишней вырубки. Это один из экологически чистых способов получения целлюлозы, которая синтезируется бактериями. Если учесть, что цианобактерии живут на нашей земле повсюду уже 2,8 миллиарда лет, они представляют несомненный интерес для тароупаковочной промышленности, являясь воспроизводимым и экологически безвредным природным ресурсом.

Сейчас во всем мире снова возрос интерес к упаковке, изготовленной из бумаги и картона. Хотя она и дороже полимерной, однако, потребители (особенно в развитых странах) готовы платить больше, приобретая пищевой продукт, упакованный в экологически чистый материал природного происхождения. Большое внимание уделяется пергаменту, традиционно производимому из целлюлозы. Использованная пергаментная упаковка из-под кондитерских изделий или масло/жиросодержащих продуктов не загрязняет окружающее среду, хорошо биоразлагается и может являться вторичным сырьем, например, для удобрений или производства компоста, а также макулатурной добавкой при изготовлении бумаги.

Съедобная упаковка. Заслуживает внимание и упаковка из молока – новый вид так называемой «съедобной» пищевой упаковки. На основе молочного белка – казеина получают водонепроницаемую пленку. Такие тонкие пленки можно наносить непосредственно на пищевой продукт – они очень хорошо выполняют свои барьерные функции, т.е. защищают продукт от механических, атмосферных и других неблагоприятных воздействий. Так, в частности, они хорошо поддерживают влажность, и поэтому их применяют для сырков, а ламинированный пленочный казеин – для йогуртов. Казеин можно модифицировать, т.е. вводить в его состав витамины, ароматизаторы, антиоксиданты для улучшения питательных свойств и увеличения срока хранения. Такие упаковки получили название «активные», так как они принимают непосредственное участие в производстве пищевого продукта. Это новое и рациональное направление в пищевой промышленности. В организме человека они, при изготовлении их на основе полисахаридов или целлюлозы, могут играть роль натуральных энтеросорбентов, выводя из организма тяжелые и токсичные металлы, радионуклиды и другие контаминанты. С другой стороны, уделяется внимание и микроорганизмам, для которых разрабатывают специальные биопрепараты, служащие для них иммуномодуляторами. Такие вещества повышают продуктивность микроорганизмов и активируют ферментные процессы, протекающие в ходе их жизнедеятельности. Природные штаммы-деструкторы все чаще становятся объектами исследования биотехнологии. Согласно оценкам экспертов, такие технологии примерно в 50 раз дешевле по сравнению с традиционными химическими способами. Поэтому работа по методам стимуляции деградативной активности микроорганизмов продолжается.

Умная упаковка. Между тем упаковка продолжает развиваться дальше. Скоро она будет выступать в роли детектора свежести продуктов питания. Для этого на нее будут наносить пластиковый диск (конечно, из биоразлагаемого полимера), который меняет цвет, когда продукт начинает портиться. Например, от бесцветного до розового или голубого – в зависимости от вида пищевого продукта. Первые диски уже появились для морепродуктов – рыбы креветок.

Другой разработкой является продуктовый «светофор», наносимый на вакуумную упаковку, в частности, колбасные изделия, и имеющий два индикатора «сигнализирующих» о пригодности или испорченности продукта питания. Пока биоразлагаемые упаковочные материалы дороже традиционных. Но, несмотря на это, многие крупные розничные сети переходят на более современную упаковку. Возрастание объемов производства таких упаковочных средств приведет к снижению их стоимости. Ускорению внедрения этих материалов способствуют соответствующее общественное мнение и законодательные меры воздействия и регулирования на управление упаковочными отходами. При этом необходимы экономические стимулы для производителей биоразлагаемой упаковки, а также информированность населения о ее положительных качествах. Пока тенденции таковы, что рынок упаковочных материалов будет продолжать динамично расширяться, чему активно способствует и быстро развивающийся электронный бизнес