VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Биоразлагаемые пакеты: проблема или решение ?
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1.Актуальность: знание о биоразлагаемости полимеров позволяет исключить значительное число проблем загрязнения окружающей среды, возникающих при использовании бытовых товаров.
2.Цель: Выяснить, насколько целесообразно использовать биоразлагаемые пакеты, оценив весь риск и пользу.
Задачи:
1. Изучить информацию о биоразлагаемых полимерах, о способах их получения и применения, а также о скорости разложения и безопасности для окружающей среды.
2. Выяснить, какие проблемы и перспективы использования биоразлагаемых полимеров существуют.
3. Найти в продаже биоразлагаемые товары/материалы и т.д.
4. Провести исследование скорости и степени разложения изделий из биоразлагаемых и обычных полимеров.
5. Провести анкетирование учащихся школы и выяснить, что они знают о биоразлагаемых полимерах.
6. Предложить план по внедрению боипластиков и альтернативных материалов.
3.Объект исследования: изделия из биоразлагаемых полимеров.
Гипотеза исследования: если доказать, что биоразлагаемые полимеры подвергаются деструкции в короткие сроки, то их использование позволит решить проблему загрязнения окружающей среды полимерными отходами.
Методы исследования:
Аналитический
Описательный
Экспериментальный – исследование скорости разложения изделий из биоразлагаемых полимеров;
Социологический опрос
4.Теоретическая часть
4.1 Влияние обычных пакетов на природу
Ученые заявляют, что полиэтиленовые пакеты составляют 7-9% всего производимого людьми мусора. В земле полиэтилен не разлагается, а при горении выделяет СО2. В год в мире используется около 4 трл. пакетов . Они убивают 1 млн. птиц, 100 тысяч морских млекопитающих и неисчислимые косяки рыб. Около 6 млн. 300 тыс. тонн мусора, большую часть которого составляет пластик, ежегодно сбрасывается в Мировой океан. Обычные полиэтиленовые пакеты разлагаются в природе до 200 лет. Пакеты из биоразлагаемого полиэтилена разлагаются за 1,5-2 года под действием кислорода, воды и света.
Полиэтиле́новый паке́т — применяемый для переноски/хранения вещей и материалов мешок, изготовленный из полиэтилена.
Обычный фасовочный пакет впервые был произведён в США в 1957 году[источник?] и был предназначен для упаковки сэндвичей, хлеба, овощей и фруктов. К 1966 году в такие пакеты фасовалось около 30 % хлебобулочных изделий, производимых на территории этой страны. К 1973 году объём производства пакетов в Западной Европе составил 11,5 млн штук. В 1982 г. в крупнейших торговых центрах в продаже появляются полиэтиленовые пакеты с ручкой (т. н. «майки»). К 2002 году суммарный общемировой объём выпуска полиэтиленовых пакетов исчислялся в диапазоне от 4 до 5 трлн штук в год.
Полиэтиленовые пакеты, часто выпускаются с изображением логотипа заказавшей их выпуск организации (например: магазина), символа какого-либо события (например: праздника, фестиваля и т. д.) и другими изображениями.
Виды пакетов по материалу изготовления:
пакеты из ПНД;
пакеты из ПВД.
В окружающей среде выброшенные пакеты сохраняются длительное время и не подвергаются биологическому разложению. Таким образом, они образуют устойчивое загрязнение. 4 триллиона пакетов в год используется в мире.
Оборот полиэтиленовых пакетов вызывает серьёзные возражения экологов. По этой причине в ряде стран использование полиэтиленовых пакетов в качестве бытовой упаковки ограничено или запрещено.
Мне показался важным и интересным опыт разных стран по мерам, применяемым борьбе с загрязнением окружающей среды. По данным статьи (https://ru.wikipedia.org/wiki/Полиэтиленовый_пакет)уже около 40 стран ввели запрет или ограничение на продажу и(или) производство пластиковых пакетов:
Россия: Официальных ограничений по использованию пластиковых пакетов нет. Однако с 2008 года российская компания «ЕвроБалт» выступает с инициативой перехода на биоразлагаемую полиэтиленовую продукцию.
Дания: Ещё в 1994 году введен налог на бесплатную раздачу полиэтиленовых пакетов в торговых заведениях. После того как в Дании ввели плату за полиэтилен, его популярность у покупателей снизилась на 90 %.
Германия: утилизацию пакетов оплачивают потребители, а за сбор и вторичную переработку отвечают продавцы и распространители.
Ирландия: после повышения цены на пакеты количество используемых пакетов сократилось на 94 %. Сейчас там применяют многоразовые сумки из ткани.
США: в Сан-Франциско крупные супермаркеты и сетевые аптеки не используют полиэтиленовые пакеты. Гавайи стали первым штатом, который отказался от использования полиэтиленовых пакетов.
Латвия: введен налог на полиэтиленовые пакеты, использующиеся в супермаркетах, дабы уменьшить их использование.
Финляндия: в супермаркетах установлены автоматы по приёму использованных пакетов, которые служат сырьём для переработки и производства нового пластика.
Китай: с 1 июня 2008 года запрещено производить, продавать и использовать полиэтиленовые пакеты с толщиной пленки менее 0,025 мм.
Руанда: производство, продажа и ввоз в страну полиэтиленовых пакетов строго запрещены.
Израиль: в марте 2016 года Парламент (Кнессет) Израиля принял закон, согласно которому покупатели должны оплачивать полиэтиленовые пакеты, совершая покупку в торговых сетях. Эта мера, по мнению правительства государства, направлена на улучшение экологической ситуации, так как израильтяне используют 2,5 млрд одноразовых полиэтиленовых пакетов в год, более половины которых получена в магазинах. Новая законодательная инициатива также вводит запрет на торговлю низкокачественными пакетами тоньше 20 микрон. С 1 января 2017 года ретейлеры будут обязаны ежеквартально и ежегодно отчитываться о количестве проданной упаковки.
4.2.Влияние полиэтиленовых пакетов на человека
О том, что полиэтиленовые пакеты могут нанести вред здоровью, мало говорят в открытых источниках, но это действительно так. Ведь в их производстве используется свинец. Этот металл невероятно токсичен. Его скопление в организме вызывает развитие многих заболеваний.
В целях рекламы на полиэтилен часто наносят логотипы фирм, изготовляя пакеты яркого, броского цвета. Люди заворачивают в них еду, не задумываясь, какая краска используется. А в её составе часто присутствуют токсины, губительные для человека.
Для соединения швов упаковки нередко применяют химический клей. При определённых обстоятельствах он может отрицательно повлиять на продукты.
Давно доказано, что хранение пищи в полиэтилене не приносит пользы. Эту информацию стараются замалчивать, так как в производстве пакетов задействованы крупные трансатлантические компании, стремящиеся, во что бы то ни стало сохранить этот бизнес.
Продукты, лежащие в пакете, быстрее начинают портиться, потому что на полиэтилене находится множество бактерий.
В плотно закрытом прозрачном мешочке образовывается конденсат, в котором быстро развивается плесень.
Хранение квашеной капусты и другой еды с повышенной кислотностью разрушительно воздействует на верхний слой пакета. В результате химические соединения проникают в продукты и отравляют их.
Когда полиэтилен подвергается заморозке, из него выделяются токсины, опасные для человека.
Особый вред приносят полуфабрикаты. Многие производители рекомендуют разогревать и готовить их прямо в упаковке, хотя учёные доказали, что под воздействием высокой температуры из пластика выделяется формальдегид, токсичный газ.
Если использовать для хранения еды непищевые пакеты, в еду проникают мономерные фталаты. Попадая в организм, они разрушающе действуют на органы.(см. приложение рис. 1.1)
4.3 Понятие “биополимеры”, “биоразлагаемые полимеры”
Биополимеры (полное название – биоразлагаемые полимеры) отличаются от остальных пластиков тем, что разлагаются в окружающей среде под действием физических факторов и микроорганизмов – бактерий или грибков. Во многих случаях продукты распада биополимеров – углекислый газ и вода.
Классификация биопластиков (https://studwood.ru/1148666/ekologiya/klassifikatsiya_bioplastikov )
Двумя основными критериями, положенными в основу классификации и разделяющими одни группы материалов от других, являются, во-первых, тип применяемого для их производства сырья, а во-вторых, их способность подвергаться самопроизвольному распаду в природной среде, то есть биодеградации. Согласно этим критериям все пластики можно разделить на четыре группы.
Группа 1. Небиоразлагаемые пластики из ископаемого сырья. Это все “традиционные” крупнотоннажные полимеры, хорошо знакомые в нефтехимии: полиэтилены, полипропилен, ПВХ, полиэтилентерефталат, полистиролы, полибутилентерефталат, поликарбонаты, полиуретаны и т. п.
Группа 2. Биоразлагаемые пластики из ископаемого сырья. Это полностью синтетические материалы, получаемые традиционными методами нефтехимической промышленности из вполне классического углеводородного сырья, однако способные в силу своих структурных особенностей подвергаться биодеградации. Это в первую очередь полибутираты (общепринятая аббревиатура PBAT), полибутиленсукцинаты (PBS), поливиниловый спирт.
Группа 3. Небиоразлагаемые пластики из природного сырья. В эту группу включаются главным образом “классические” пластики типа полиэтиленов, ПВХ или терефталевых полиэфиров (ПЭТФ или ПБТФ), сырье для которых полностью или частично получается из биомассы. Это биоэтилен и производимый из него биомоноэтиленгликоль, а также био-1,4-бутандиол и моноэтиленгликоль прямого брожения сахаров.
Группа 4. Биоразлагаемые пластики из природного сырья. Сюда относятся “стопроцентные” биопластики. По способу получения полимера выделяют подгруппы:
Существует два основных вида биопакетов:
1. Гидро–биоразлагаемые пакеты - пакеты, созданные из крахмала. Процесс разложения у данного вида пакетов значительно короче срока разложения стандартных пластиковых пакетов. Но у них есть один существенный недостаток – отсутствует прочность. Максимальный вес ноши не должен превышать одного килограмма. Второй недостаток – совершенно другая технология производства, то есть придется налаживать новую производственную линию, что на сегодняшний день не представляется возможным.
2. Оксо–биоразлагаемые пакеты – это обыкновенные пластиковые пакеты, поверхность которых покрыта специальным раствором, значительно ускоряющим процесс разложения. По внешнему виду они ни чем не отличаются от тех, которые мы используем в повседневной жизни. Срок их разложения не намного превосходит срок гидро-биоразлагаемых пакетов. Поэтому практически повсеместно предпочтение отдается именно этому виду биопакетов.
Пакеты из окси-биоразлагаемых полимеров представляют собой пластмассы из традиционных термопластов специальными добавками каталитических присадок (1-3%). Процесс более ускоренного разложения происходит в 2 этапа:
На 1-ом этапе пластмасса разлагается путем окисления за счет присадок (добавок) под действием тепла, ультрафиолетового излучения солнца; На 2-ом этапе она биоразлагается микроорганизмами в природных условиях.
Оксо-биоразлагаемые пластики разлагаются под воздействием окружающей среды. Никаких специальных условий создавать не надо. На сроки разложения влияют следующие факторы: кислород, ультрафиолет, влажность. При этом последние два фактора только усиливают первый. Доступ кислорода является обязательным. В результате образуются: вода, углекислый газ и небольшое количество биомассы (биомасса - это совокупность микроорганизмов или просто гумус). В зависимости от среды нахождения пакета сроки разложения составляют от 2 до 3 лет. При этом первые 12 месяцев с пакетом ничего не происходит, физико-механические свойства остаются без изменений.
В последнее время в России начинают появляться в продаже биоразлагаемые пакеты. В такой полиэтилен добавляют специальные вещества, которые под воздействием воды и солнечного света ускоряют разложение, сокращая срок до 1-5 лет. Особенно это актуально для мусорных пакетов, поскольку их быстрое разложение позволяет перегнивать и мусору внутри.
"Евробалт" стала первой в России компанией, выпускающей быстроразлагающийся пластик, сейчас таких компаний не менее пяти.
Технология не требует переоснащения производственных линий. В бункер, как и раньше, засыпаются гранулы полиэтилена, после их расплавления и получается пленка. Только теперь к гранулам добавляется катализатор,
который делает пленку биоразлагаемой: через полтора-три года от такого пластикового пакета останутся вода и горстка биомассы.
4.4. Свойства биоразлагаемых полимеров
Как можно узнать, что полимерный материал – биоразлагаемый? Биоразлагаемые полимеры сертифицируются международными регулирующими организациями на соответствие международным стандартам: EN 13432 (европейский), Green PLA (японский), ASTM D 6400 (американский). В процессе сертификации биополимеры проходят многоэтапное тестирование на биодеградацию. Только успешные результаты на всех этапах позволяют признавать тестируемый полимер биоразлагаемым, причислять его к группе биополимеров.
Например, согласно стандарту EN 13432 биологическое разложение пластика (биодеградация) тестируется в стандартных компостных условиях в течение 180 дней. По результатам тестирования биопластики (в количестве не менее 90%) должны превратиться в углекислый газ, воду и гумус. Далее полученный компост просеивается через сито, сквозь ячейки которого могут проходить частицы размером не более 2 мм. Нормой считается, когда исходный биополимер оставляет после себя остаток не более 10%.
4.5 Проблемы и перспективы использования биоразлагаемых полимеров.
Проблема, как всегда, в деньгах — сегодня биопластики стоят в 2–7 раз дороже, чем их аналоги, полученные из углеводородного сырья. Однако не стоит забывать о том, что еще пять лет назад они были в 35–100 раз дороже. Практически все группы полимеров, которые сегодня делают из нефти, уже имеют аналоги, произведенные из биоресурсов, и их можно было бы по крайней мере частично заменить во всех применениях. Но пока биопластики так дороги, их массовый выпуск нереален. Многие эксперты полагают, что как только большое количество заводов начнет выпускать биопластики, цена упадет, и тогда-то они составят реальную конкуренцию полимерам из нефти. Поскольку свойства материалов улучшаются, а объемы производства растут, то перспективы, очевидно, есть. Хоть эксперты и считают, что производство биопластиков к 2020 году будет составлять 3,5–5 миллионов тонн, или примерно 2% (по некоторым оценкам, 5%) от общего производства пластиков, говорить о массовом выпуске пока не приходится. Правда, есть и оптимистичные подсчеты, согласно которым к 2020 году пятая часть мирового рынка пластмасс будет занята биопластиками (примерно 30 миллионов тонн).
Проблема или решение?
Решением проблемы использования пластика долгое время считались биоразлагаемые пластики. Предполагалось, что если придать полимерам способность разлагаться до минеральных веществ, отходы больше не будут накапливаться на свалках, а будут возвращаться в природный круговорот. К сожалению, в полной мере реализовать эту идею пока не удалось.
Однако по данным статьи Марии Сумы «Экологичность биоразлагаемых пакетов это миф» независимое исследование, проведенное в соответствии с международными стандартами, показало, что за 350 дней лишь 15% оксоразлагаемого полиэтилена разлагается в почве до углекислого газа. Безопасность мелких фрагментов пластика для экосистем вызывает большие вопросы, так как они могут поглощаться животными и вызывать их преждевременную гибель. Дальнейший распад полиэтилена может приводить к образованию пыли, которая может проникать в дыхательные пути животных и людей и оседать в них.
Истинно биоразлагаемые пакеты изготавливаются из специальных полимеров, которые при наличии микроорганизмов и специальных условий разлагаются до углекислого газа и воды. Однако необходимо помнить, что все эти материалы подвергаются разложению только при наличии специальных условий. В Европе, где биоразлагаемые пакеты производятся в значительных количествах, они поступают на специальные компостирующие предприятия, где создаются все необходимые условия для их разложения: поддерживается высокая температура, влажность, концентрация кислорода, добавляются специальные микроорганизмы. В России подобная инфраструктура отсутствует, поэтому пакеты поступают на свалки вместе с прочими отходами. Там в отсутствие кислорода, воды и микроорганизмов, процесс их разложения радикально замедляется.
Другим недостатком биоразлагаемых пакетов является большее негативное воздействие цепи их производства на окружающую среду по сравнению с полиэтиленовыми пакетами. Так, если рассмотреть весь жизненный цикл пакетов от добычи сырья до утилизации, то окажется, что суммарные выбросы парниковых газов для биоразлагаемых пакетов
составляют 80-270% от аналогичного показателя для полиэтиленовых пакетов. Также для них значительно выше показатель эутрофикации, то есть загрязнения водоемов фосфатами и нитратами, что связано с использованием минеральных удобрений для выращивания растительного сырья, из которого изготавливаются биоразлагаемые пакеты.
Таким образом, несмотря на способность биоразлагаемых пакетов к распаду на безопасные для окружающей среды соединения, отсутствие в России инфраструктуры для их компостирования, а также их значительный экологический след делают их использование нецелесообразным.
Почему биопластик неэкологичен?
Сырьём для производства биоразлагаемых пластиков, как правило, являются растительные культуры, которые мы используем в качестве пищи (кукуруза, пшеница, сахарный тростник). То есть производство пластика конкурирует за сырьё с производством продовольствия. По мере сокращения пахотных земель и уменьшения водных ресурсов этот вопрос может стать определяющим при принятии решений о дальнейшем производстве биоразлагаемых пластиков.
5.Практическая часть
Исследование скорости и степени разложения изделий из биоразлагаемых полимеров
Цель: Провести исследование скорости и степени разложения изделий из биоразлагаемых полимеров.
Оборудование: бумажный ,полиэтиленовый ,биоразлагаемые полимер-(ы) (образцы из разных магазинов Европы и России ), контейнеры для проведения исследования, компостная почва, биоускоритель переработки дачных отходов.
Ход работы:\
Для данного эксперимента мы взяли девять образцов разных полимеров ,размером 8х9.В контейнерах насыпана компостная почва, для лучшего и быстрого разложения полимеров. Закапали9 образцов. В 5л-ой конистре разбавили 25г биоускорителя, так же для более быстрого разложения. Поливаем данным раствором образцы. Закрываем крышечками контейнера и оставляем их.
Через 4 месяца я посмотрела, как идет процесс. Вот каковы результаты.
Три образца полиэтиленовых пакетов за 4 месяца не разложились.
Пакет привезенный из Европы с экологическим значком , тоже не разложился.
Образцы биоразлагаемых пакетов уже подверглись разложению. На начальной стадии разложения пакет из-под сока с экологическим значком. А бумажный пакет вовсе разложился полностью.
Через 1,5 месяца я проверила .Результаты таковы.Пять образцов не разложились. А пакет привезенный из Европы «Ашан» подвергся разложению. Биоразлагаемый пакет из под сока без изменений . Биопакет из Европы «LIDL» превратился в труху.
Исследование показало, что времени, потраченного на эксперимент, не достаточно для разложения полимеров. Я решила оставить данное исследование до мая. С результатами исследования вы сможете ознакомиться позже
6. Социологический опрос
Был проведен опрос в 8,9 и 10 классах. Учащимся предложено ответить на такие вопросы:
1 Каковы сроки разложения у биоразлагаемых полимеров? (см.приложение 1)
2.Использовали ли вы когда-нибудь биополимеры? (см.приложение 2.)
3..Часто ли вы видите в магазинах биоразлагаемые полимеры? (см.приложение 3)
Из результатов опроса можно сделать вывод, что учащиеся школы знают, что такое биоразлагаемые полимеры, но в быту не используют, не обращают внимание на биоплимеры в магазинах . Так же многие не знают о вредном влиянии на живой организм и окружающую среду обычных полимеров.
Моя задача довести до сведения учеников всю информацию по данному вопросу. Для реализации проекта в гимназии был проведен конкурс лучшей
социальной рекламы и конкурс на создание лучших лозунгов для сетевых магазинов с целью массового внедрения использования биополимеров жителями нашего города.
7.Заключение
В настоящее время производство синтетических пластмасс в мире достигло 150 млн. т в год и продолжает расти. Полимерные продукты играют большую роль в промышленности и жизни человека. После использования полимерные промышленные и бытовые отходы попадают в мусорные отвалы. Я считаю, решением уничтожения “полимерного мусора” может стать лишь более широкое использование биоразлагаемых полимеров, прежде всего природного происхождения, а также широкое внедрение в реальную технологию производства синтетических биоразлагаемых полимеров.
Для массового использования пакетов в России хотелось бы использовать опыт зарубежных стран:
Ввести запрет или налог на использование полиэтиленовых пакетов.
Привлечь внимание общественности путём агитации к более широкому использованию биоразлагаемых пакетов.
Как альтернативу хотелось бы предложить использование многоразовых тканевых сумок.
Выбор точки зрения по данной теме хочу оставить за каждым: проблема или решение? В ходе работы над экологическими проектами я пришла к выводу, что необходимо использовать новые природосберегающие технологии только при тщательном изучении всех аспектов влияния на окружающую среду. Так как экологические проблемы могут проявляться через десятки лет, очень важно руководствоваться не достижением цели быстрой прибыли, а думать о будущих поколениях.
Список использованных источников информации и литературы
1.Лешина А. Пластики биологического происхождения, “Химия и жизнь”, 2012, №9
2. Биопластики: перспективы в России. Коллектив авторов под общей редакцией А. Костина. Декабрь, 2014
3. http://elementy.ru/lib/431802?page_design=print
4. http://cosmetic-industry.com/biorazlagaemye-polimery.html
5. http://inspector.pro/my_keywords/biodestrukciya/
6.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D1%8D%D1%82%D0%B8%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D0%B0%D0%BA%D0%B5%D1%82
7.http://ecowiki.ru/index.php?title=%D0%91%D0%B8%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BB%D0%B0%D0%B3%D0%B0%D0%B5%D0%BC%D1%8B%D0%B5_%D0%BF%D0%B0%D0%BA%D0%B5%D1%82%D1%8B
8.http://www.opti-com.ru/ekologiya/ekologicheskoe-prosveshchenie/409-biorazlagaemye-pakety-reshenie-ili-problema/
9. https://studwood.ru/1148666/ekologiya/klassifikatsiya_bioplastikov
Приложение
1.1
1.2
Социологический опрос учащихся школы
1. Каковы сроки разложения у биоразлагаемых полимеров?
2. Использовали ли вы когда-нибудь биополимеры?
3. Часто ли вы видите в магазинах биоразлагаемые полимеры?