XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Введение

Без бумаги невозможно себе представить современный мир. Оглянувшись вокруг, мы увидим, какое большое количество бумаги и изделий из нее нас окружает. Бумага сопутствует человеку на протяжении всей его жизни.

С каждым годом потребность в бумаге увеличивается, а запасы древесины, из которой её получают - уменьшаются. При этом ежедневно в мусорные баки попадают килограммы бумажных отходов, их называют макулатурой: газеты, старые журналы, исписанные тетради. 

Сегодня наша планета стоит на пороге экологической катастрофы. Только растения способны перерабатывать углекислый газ, превращая его в кислород. В связи с этим все большее значение приобретают вопросы ресурсосбережения, а именно охрана лесов от уничтожения человеком из-за потребности в бумаге, древесине.

Это заставило меня задуматься над вопросами: какой вред наносит производство бумаги окружающей среде? можно ли из бумажных отходов повторно получить бумагу? что может предпринять человек для сохранения деревьев - богатства, подаренного нам природой?

Тема исследования: «Бумаге - вторую жизнь!».

Цель исследования: привлечь внимание школьников к более бережному использованию природных ресурсов через просвещение.

Задачи:

1. Изучить историю появления бумаги.

2. Познакомиться с промышленным способом изготовления бумаги.

3. Изучить влияние процесса изготовления бумаги и макулатуры на окружающую среду.

4. Изучить способы промышленной переработки макулатуры.

5. Изучить один из способов ручной переработки макулатуры.

6. Изготовить образцы бумаги в домашних условиях.

7. Научиться применять бумагу полученную в домашних условиях.

8. Проанализировать полученные результаты, сформулировать выводы.

Объект исследования: старые журналы, газеты, использованная бумага (макулатура).

Предмет исследования: возможность вторичного использования старой бумаги.

Гипотеза исследования: мы предположили, что можно изготовить бумагу в домашних условиях, подарить ей вторую жизнь, а значит внести вклад в сохранение окружающей среды.

Методы исследования:

Анализ, наблюдение, сбор информации из разных источников, обобщение, эксперимент в домашних условиях.

В главе 1 описана информация об истории возникновения бумаги, изучен вред, наносимый процессом изготовления бумаги на окружающую среду, рассмотрены способы утилизации бумажных отходов.

Глава 2 отражает содержание экспериментальной работы, процесс изготовления бумаги из вторсырья в домашних условиях, продемонстрированы варианты вторичного использования бумаги.

В заключении делаются выводы по теме исследования.

С данной работой я выступила перед одноклассниками, на Ломоносовских чтениях, школьном конкурсе исследовательских работ и на родительском собрании. На всех мероприятиях раздавали буклет «Бумаге – вторую жизнь!».

С одноклассниками мы решили в течении года собирать исписанные тетради, а в конце учебного года сдать их на макулатуру.

 

Глава 1. Основная часть

1. 1. Бумага и её история

Бумага занимает исключительное место в жизни людей. Её открытие, как и изобретение колеса, - чудо, одно из величайших завоеваний человеческого разума. Появившись однажды, бумага прочно утвердилась на Земле и, не зная конкурентов, победно идет через столетия.

Бумага – листовой материал, состоящий из волокон растительного происхождения, тесно переплетённых между собой.

Согласно толковому словарю С.И.Ожегова, бумага – материал для письма, изготовляемый из древесной или тряпичной масс [2].

Путь к современному бумажному письму был долгим и начался в глубокой древности. Первобытные люди использовали стены пещер и скалы для создания рисунков и знаков. Затем появились глиняные дощечки, на которых писали, процарапывая символы. В южных регионах распространенным материалом стал папирус, изготовляемый из одноименного растения. На Руси же использовали бересту: берестяные грамоты, найденные при раскопках, являются свидетельством этого. Со временем папирус уступил место пергаменту — более прочному материалу из кожи животных. Для производства лишь одной книги требовалось до 250-300 шкур.

Решающий этап произошел в Китае в 105 году н.э. с изобретением бумаги Цай Лунем, придворным чиновником. Технология изготовления сначала предполагала измельчение шелковой ваты, тряпок и сетей, создание из них водной кашицы, последующее черпание с помощью бамбуковой сетки, прессование и сушку.

Бумага в Китае получила быстрое распространение.
Из неё стали делать носовые платки, зонтики, обои. Бумагу вклеивали в окна вместо стекол. Сотни лет китайцы скрывали секрет изготовления бумаги [1].

В России бумагу начали делать значительно позже. В Россию бумага пришла из Франции. Первое российское производство началось в ХVІ веке при Иване Грозном в селе Ивантеевка под Москвой. Там была возведена самая настоящая бумажная мельница.

Вклад в развитие российского производства бумаги сделал Пётр І. По указу Петра было построено несколько бумажных предприятий под Москвой, Петербургом. В 1716 году была основана большая бумажная фабрика недалеко от Петербурга. Для развития бумажного производства в России он запретил применять в канцеляриях заграничную бумагу.

Первая бумагоделательная машина в России была изготовлена русскими мастерами в Петербурге в 1916 году [1].

1. 2. Промышленное производство бумаги

Несмотря на кажущуюся простоту процесса, современные методы производства бумаги используют принципы, схожие с теми, что применялись тысячи лет назад.

Начальный этап включает доставку древесины (преимущественно сосны и ели), после чего механически удаляется кора и древесина измельчается в щепу.

Щепа проходит сортировку по размеру, промывку и очистку перед отправкой на варку — процесс, осуществляемый в специализированных промышленных установках.

Далее очищенная древесная масса отбеливается для улучшения читаемости наносимой информации. После этого масса механически взбивается с водой, образуя однородную суспензию. Для достижения оптимальных характеристик бумаги и улучшения ее качества в состав добавляются крахмал, глина и другие реагенты.

На этапе формования бумажная масса попадает в агрегат, где происходит отделение воды через сито, а затем влажный слой обрабатывается прессовым валиком, формируя ровный лист. Полученные листы подвергаются сушке и сворачиваются в крупногабаритные рулоны.

Финальная стадия включает подравнивание рулонов по ширине и их последующую отправку в типографии или переработку в готовые книжно-журнальные изделия.

Приложение 1. Промышленный способ изготовления бумаги.

В нашем городе есть такое бумажное производство. Это АО «Соликамскбумпром» - ведущее предприятие лесной промышленности России с полным циклом заготовки и глубокой переработки древесины. Предприятие обеспечивает ≈ 30% от выпуска газетной бумаги и интерлайнера (бумаги упаковочного назначения, используемой для производства многослойного гофрокартона) в стране и включено в перечень системообразующих организаций Российской Федерации и Пермского края [5].

1. 3. Вредное воздействие производства бумаги на окружающую среду

Прогуливаясь по городу, отдыхая на берегу речки или озера, в лесу, везде мы встречаем мусор, в особенности бумажный. Многие люди считают, что старая использованная бумага и картон не могут сделать ничего плохого для состояния окружающей среды. Они утверждают, что раз данная продукция производится из древесины, то является абсолютно экологически безопасной.Соответственно, можно не беспокоиться и отправлять старую упаковочную бумагу, газеты, книги, листовки и другую отслужившую свой век полиграфию на полигоны для хранения твердых бытовых отходов [6].

В реальности же дело обстоит намного сложнее.

Оценка вредного воздействия производства бумаги и картона должна быть комплексной, охватывая весь жизненный цикл. К ключевым экологическим проблемам относятся:

1.Массовая вырубка лесов. Ежегодно под вырубку идет около 4,2 млн гектаров леса, что превышает площадь Швейцарии. Это влечет за собой:

• Нарушение баланса кислорода и углекислого газа, стимулирование изменения климата.

• Уничтожение мест обитания фауны, ведущее к видовому вымиранию.

• Повышение рисков паводков и эрозии почв.

2.Высокое потребление воды. Для производства одной пачки бумаги А4 требуется от 1000 до 6500 литров воды. Сточные воды, часто содержащие химикаты, требуют очистки и не всегда могут быть повторно использованы.

3.Использование токсичных веществ.Процесс производства, в частности отбеливание диоксидом хлора, приводит к образованию опасных загрязнителей. Хотя ведутся работы по внедрению более чистых технологий (например, озонирования), они пока не стали стандартом. Также ученые выяснили, что при разложении бумага выделяет большое количество метана, который, по сравнению с углекислым газом, почти в 25 раз быстрее способствует развитию парникового эффекта.

1. 4. Способы переработки бумаги

Человечество уже давно научилось перерабатывать старую бумагу для нового использования. Переработка бумаги – это весьма выгодное и очень полезное для человечества дело. Именно поэтому переработку бумаги ценят так высоко.

По толковому словарю С.И.Ожегова, макулатура – негодная бумага, книги и т.п., идущее на переработку [2].

Использование макулатуры позволяет существенно экономить древесину и уменьшать вырубку лесов (1 тонна макулатуры заменяет около 4 кубических метров древесины). 

Макулатура — один из важных видов возобновляемых ресурсов. Чтобы взамен срубленного дерева вырастить новое, требуется 25-30 лет. Бумага практически не наносит вреда окружающей среде. Время разложения 2-3 года, но иногда на свалках без поступления кислорода в слой мусора бумага способна лежать до 30 лет не разлагаясь. Однако краска, которая нанесена на бумагу, при разложении выделяет ядовитые вещества, а при сжигании некоторых видов краски могут образовываться диоксиды.

Следует отметить, что макулатуру можно перерабатывать 5-7 раз, прежде чем её волокна станут непригодными для изготовления бумаги.

Существует 3 способа переработки макулатуры:

1. Производство новой бумажной продукции:

2. Изготовление строительных и изоляционных материалов.

3. Личная и творческая переработка.

Рассмотрим переработку макулатуры в промышленных масштабах:

- сбор бумажных изделий в мусорные контейнеры;

- перемещение макулатуры на перерабатывающий завод;

- сортировка осуществляется вручную;

- на перерабатывающем заводе макулатура проходит несколько этапов обработки прежде, чем стать новой бумагой;

- макулатура замачивается в воде в специальной ёмкости. Эта процедура называется – «РОСПУСК». Под воздействием воды и постоянно вращающегося винта бумажно-картонные кипы превращаются в жидкую волокнистую массу и освобождаются от посторонних тяжелых примесей. Песок, металлические изделия (скрепки, скобки), клей оседают на дно и попадают в «грязесборник».

- жидкую массу пропускают через систему сит, для отделения из будущей бумаги крупных и мелких частиц мусора;

- жидкую массу высушивают при помощи валиков;

- и только после этого она отправляется на заключительный этап обработки. Откуда уже и выходят рулоны новой чистой бумаги.

Приложение 2. Процесс вторичной переработки бумаги.

сбор бумажных изделий перемещение макулатуры на сортировка

перерабатывающий завод

макулатура замачивается в воде жидкую массу высушивают готовая бумага из вторсырья

при помощи валиков

По статистике в России лишь 0,1% бумаги производится из макулатуры. В Европе эта цифра доходит до 50%, а в Японии и вовсе — 65% новой бумаги делается из старой макулатуры.

Использование вторичного сырья в промышленности защищает окружающую среду, экономит природные и энергетические ресурсы:

- 100 кг макулатуры спасает одно дерево;

- 30 тонн макулатуры спасает 1га леса;

- 1 тонна макулатуры экономит 1000 кВт/ч электроэнергии;

- 1 тонна макулатуры экономит 200 м³ воды;

        Из одной тонны макулатуры можно изготовить 25 тысяч школьных тетрадей, которыми можно обеспечить десятки тысяч школьников

1. 5. Продукция из макулатурного сырья

Бумажные отходы, которые мы привыкли считать просто мусором, на самом деле имеют огромный потенциал. Когда старые газеты, журналы, картонные коробки и прочая бумага проходят процесс вторичной переработки, они обретают новую жизнь, превращаясь в самые разнообразные и полезные предметы.

Вопреки распространенному мнению, из переработанной бумаги можно создавать не только простые изделия, такие как туалетная бумага или упаковочные материалы. Современные технологии позволяют получать из вторсырья бумагу высокого качества, которая по своим свойствам и внешнему виду практически неотличима от продукции, изготовленной из первичного древесного сырья.

Таким образом, собирая и сдавая макулатуру, мы не просто избавляемся от ненужного, а даем возможность бумаге стать частью чего-то нового и полезного, будь то практичные вещи для дома или оригинальные материалы для творчества.

Основные причины, почему изделия из вторсырья сегодня могут быть премиального качества:

1. Сортировка по маркам

Макулатура — это не просто «куча старых газет». Существует строгая классификация (в России это ГОСТ 10700-97), разделяющая сырье на группы:

• Группа «А» (Высокое качество): белая офисная бумага, обрезки немелованной бумаги. Из неё получают белоснежную писчую бумагу и бумагу для печати.

• Группа «Б» (Среднее качество): картон, полиграфическая продукция (журналы, книги).

• Группа «В» (Низкое качество): газеты, литые изделия.

2. Глубокая очистка и отбеливание

Современные заводы используют многоступенчатые системы флотации (удаление типографской краски) и промывки. Благодаря этому из серой массы получается чистая волокнистая взвесь. Для белизны используются бесхлорные методы отбеливания, что делает бумагу экологичной и эстетичной.

3. Восстановление свойств волокна

Хотя волокно при переработке укорачивается, добавление небольшого процента первичной целлюлозы или специальных крахмалов позволяет добиться нужной плотности и прочности.

В России макулатура используется в производстве около 70 видов бумаги и картона. Наша страна перенимает положительный опыт европейских стран, появляется все больше технологий производства:

- строительных материалов;

- изоляционных материалов;

- ткани (одежда);

- аксессуаров для автомобильной промышленности;

- одноразовой бумажной посуды.

Макулатура остается главным сырьем для изготовления: картона, гофрокартона, яичной упаковки, крафт – пакетов, технической бумаги. офисной бумаги, полиграфической продукции.

В городе Соликамске есть возможность сдать бумагу для вторичной переработки. Это можно сделать в детско – юношеском центре «Крылья».

Приложение 3. Пункт приема макулатуры

Таким образом, изобретение бумаги стало настоящим прорывом для человечества. Оно кардинально изменило нашу жизнь, открыв новые горизонты для развития.

Однако сегодня изготовление бумаги стало источником серьезной экологической проблемы. Она составляет почти четверть всего мирового мусора, а ее производство приводит к массовой вырубке лесов, которые являются легкими нашей планеты. Мы стоим перед выбором: продолжать использовать бумагу так же расточительно, или найти новые, более экологичные способы сохранения и передачи информации.

Переработка бумаги – это весьма выгодное и полезное дело, наглядный пример охраны окружающей среды.

Получая из макулатуры такую необходимую всем нам бумагу, люди не только сохраняют леса, но также экономят воду и энергию. А это означает, что сокращается количество вредных отходов и уменьшается общее загрязнение окружающей среды. Переработка макулатуры позволяет уменьшить количество технико-бытовых отходов и сберечь лесные насаждения на планете. Известно, что 1 тонна бумаги, изготовленная из макулатуры, сберегает 17 деревьев, 30000 литров воды, 2000 Квт/ч электроэнергии. Если человек вырастает в обществе, которое заботится об окружающей природе, а также осознанно и ответственно относится к экологии, ее проблемам, то можно не сомневаться, что он будет всегда придерживаться соответствующих правил.

Глава 2. Практическая часть

2.1. Эксперимент в домашних условиях (сбор бумажных отходов). Результаты анкетирования.

Чтобы лучше понять масштабы использования человеком бумаги, мы провели эксперимент. Целую неделю мы (семья из 4 человек) собирали все бумажные отходы и потом взвесили их.

За неделю у нас получилось 1 кг 500 грамм макулатуры. Значит за месяц наша семья соберет примерно 6 кг макулатуры, а за год - 72 кг.

В моём классе учится 28 человек. В основном это полные семьи, состоящие из 4 человек. Значит за месяц наш класс может собрать примерно 168 кг макулатуры, за год – 2016 кг.

Специалисты подсчитали, что, переработав от 60 до 100 килограмм макулатуры можно сохранить одно дерево, значит внести свой вклад в сохранение экологии. Выходит, только одна наша семья может за год спасти 1 дерево. Тогда все семьи класса могут 20 деревьев!!! 

Я провела анкетирование среди одноклассников. В нём приняли участие 26 человек. Они отвечали на следующие вопросы:

Вопросы	Результат
1. Как я принимаю участие в сборе макулатуры?	не собираю (2 уч.)
2. Для чего мы сдаём макулатуру?	сохранить деревья (12 уч.) для изготовления бумаги (6 уч.) заработать деньги (6 уч.) помочь школе (2 уч.)
3. Экономлю ли я бумагу?
4. Знаешь ли ты что производят из макулатуры?

Вывод:

• Не все ребята моего класса принимают активное участие в сборе макулатуры. А 12% учеников это делают редко или никогда.

• Цели сдачи макулатуры всем понятны, и у большинства (52%) это – сохранить природу, деревья.

• Бумагу экономят и бережно используют 80% учеников моего класса.

• Более половины учеников моего класса знают, что производят из макулатуры (52%)

Не все учащиеся понимают важность сбора макулатуры.

Сегодня мы сортируем мусор. Этот подход к утилизации отходов не случаен. Раздельный сбор позволяет нам извлекать из общего потока мусора ценные ресурсы – материалы, которые можно переработать и дать им новую жизнь. Это не просто удобство, а целый комплекс преимуществ:

• Повышается эффективность переработки. Когда материалы уже отсортированы, их легче и выгоднее перерабатывать.

• Уменьшается объем свалок. Меньше мусора отправляется на полигоны, что освобождает землю и снижает нагрузку на природу.

• Снижается вред для окружающей среды. Переработка сокращает потребность в добыче новых ресурсов и уменьшает выбросы вредных веществ.

Таким образом, сортировка мусора – это важный шаг к сохранению нашей планеты. Осознавая свою ответственность и активно участвуя в этом процессе, мы можем внести свой вклад в создание более здорового и чистого мира для тех, кто придет после нас.

2.2. Изготовление бумаги из макулатуры в домашних условиях

Мы изучили несколько способов получения бумаги в домашних условиях и научились изготавливать бумагу самостоятельно, используя вторичное сырье. 

Необходимые материалы:

исписанные старые тетради и листы офисной бумаги, вода, большая миска, клей ПВА, крахмал, гуашь (красители), блендер (миксер), декоративные добавки, ткань, сито, поднос.

Последовательность изготовления бумаги:

Этапы изготовления бумаги	Фотографии
1.Сначала необходимо тщательно измельчить тот материал, который будет использоваться для производства. Мы рвали офисную бумагу, тетрадные листы
2. Измельченное сырье залить кипятком и оставить на некоторое время. Время зависит от плотности бумаги. Мы оставляли примерно на часа 4-5.
3. На следующем этапе добавляем в нашу массу чуть-чуть крахмала (для придания эластичности). Также для цвета на этом этапе можно добавить гуашь. Можно добавить различные украшения: специи, семена, сухоцветы, разноцветные нити и прочее.
4. Измельчаем всё до состояния каши миксером.
5. Получившуюся кашицу мы с помощью сита раскладываем на ровной поверхности, покрытой сухой тканью и накрываем сухой тканью.
6. Проглаживаем утюгом или дожидаемся полного высыхания бумаги в теплом месте
7. Бумага готова.

У нас получились листы бумаги. Рукотворная бумага не похожа на бумагу машинной выделки. Она толще, чем обычная бумага, менее долговечна (листы получились ломкими), но более экологична и экономична. Каждый лист не похож на другой, быть может поэтому, изготовление бумаги превращается из ремесла в искусство.Полученной бумагой можно пользоваться как в школе, так и в домашних условиях.

2.3. Поделки из макулатуры

В современном мире ценится всё, что создано с душой и руками. Желание украсить свою жизнь и пространство вокруг себя всегда вдохновляло людей на поиск новых идей. Вместо того чтобы отправлять накопившиеся старые газеты и журналы на переработку, им можно подарить новую, яркую и творческую жизнь. Это отличный шанс для всех, кто любит мастерить, проявить свои таланты. Ведь зачем избавляться от материалов, которые могут пригодиться? Такое занятие открывает простор для создания уникальных вещей, а также делает досуг более интересным и насыщенным. Сам процесс творчества захватывает, приносит радость и помогает расслабиться, снимая стресс и усталость.

Из старой бумаги можно смастерить множество полезных предметов для дома: от изящных плетёных корзинок и оригинальных украшений до забавных игрушек и многого другого.

Я люблю заниматься творчеством, решила сделать изделия ручной работы из бумаги – бусы и открытку.

Приложение 4. Изделия из бумаги.

Приложив немного усилий, фантазии, мы доказали, что и в домашних условиях можно сберечь несколько листочков бумаги и весело провести время.

Заключение

В результате проделанной работы мы выяснили, что производство бумаги - весьма трудоемкий и масштабный процесс. Бумага производится из древесины, поэтому нужно бережно с ней обращаться, не выбрасывать на свалку, собирать и сдавать макулатуру. Важно знать, что бумагу надо использовать экономно, потому что за каждым листом бумаги стоит история живого дерева. 100 килограмм макулатуры могут сохранить 1 дерево.

Мы выяснили, что бумагу можно сделать из бумажных отходов - макулатуры. И это более экономично и экологично. Поскольку для производства бумажной продукции требуется целлюлоза, получаемая путем уничтожения значительного количества древесины, макулатура приобретает всё большую ценность. В настоящее время активно ведутся исследования по разработке эффективных методов ее переработки, атакже расширяется число компаний, специализирующихся на данной отрасли.

Помимо сдачи макулатуры на вторичную переработку, также можно дать ей вторую жизнь, изготавливая полезные изделия в домашних условиях.

Наша гипотеза подтвердилась.

Важным решением данной проблемы является повышение экологической культуры человека. Каждый человек может внести свой небольшой вклад в уменьшение количества отходов.

Что можно сделать:

• Сдавать макулатуру! Это самый простой и эффективный способ помочь природе. Пункты приема макулатуры есть практически в каждом городе.

• Покупать переработанную бумагу. Выбирая продукцию из вторсырья, вы поддерживаете производителей, которые заботятся об экологии.

• Сокращать потребление бумаги. По возможности используйте электронные документы, читайте новости онлайн, делайте заметки в телефоне.

• Разделять мусор. Отделяйте бумагу от других отходов, чтобы она могла быть переработана.

Макулатура – это не мусор, а ценный ресурс.

Библиографический список

1. Бубнова Е. Новая энциклопедия школьника, М.: Махаон, 2003;

2. Ожегов С.И., Толковый словарь русского языка, М.: 2014 г.

3. Бумага. [Электронный ресурс]. - URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D1%83%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%B0

4. История изобретение бумаги [Электронный ресурс]. - URL: http://mirnovogo.ru/bumaga

5. О компании/АО «Соликамскбумпром – [Электронный ресурс]. - URL: https://www.solbum.ru/company/

6. Какой вред может нанести макулатура экологии планеты – [Электронный ресурс]. - URL: https://packmarket.ru/articles/ekologiya/kakoy-vred-mozhet-nanesti-makulatura-ekologii-planety/