Люди пользуются полимерами с каменного века: из белков состоят шерсть и кожа, основным компонентом тканей, папируса и бумаги является целлюлоза. Такие полимеры, попав в окружающую среду, достаточно быстро разлагаются. В начале XX века человечество освоило производство синтетических полимеров. Изделия из них оказались лёгкими и прочными, но… Приход полимерного века омрачила неспособность природы быстро разрушать такие соединения. В результате «рукотворные» полимеры копятся в гигантских количествах на свалках, а учёные ищут способы спасти Землю от губительного пластика.

Цепные молекулы 

Полимеры, несмотря на малый удельный вес, обладают большой молекулярной массой. В этих соединениях периодически повторяются определённые элементы — структурные звенья. На самом деле полимеры стары как жизнь. В число обязательных компонентов живых систем входят белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды. Эти полимеры называются природными. Те же, что появились благодаря человеку, — искусственными и синтетическими.

• Полиэтилен (ПЭ) Морозостойкий, не чувствителен к ударам, применяется для изготовления плёнок, мешков, труб, тары и даже брони.
• Полипропилен (ПП) Практически не подвержен коррозии, более термостойкий, чем ПЭ. Применяется для изготовления упаковочных плёнок, мешков, труб, тар
• Полистирол (ПС) Влагостойкий и морозостойкий, дёшев в производстве, прост в обработке. Применяется для изготовления одноразовой посуды, игрушек.
• Полихлорвинил (ПВХ) Стойкий к воздействию кислот и щелочей. Применяется как уплотнитель, электроизоляционный материал.
• Полиэтилентерефталат (ПЭТ) Очень прочный, хороший диэлектрик. Применяется для изготовления пластиковых бутылок, нитей и волокон.

Искусственные полимеры получаются в результате химической модификации природных. Первый искусственный полимер — нитроцеллюлоза — была получена в 1829 году швейцарским химиком Кристианом Фридрихом Шёнбейном. Первоначально нитроцеллюлозу применяли для замены изделий из слоновой кости (например, биллиардных шаров) и производства фото- и киноплёнки. Сейчас из неё делают в основном бездымный порох. 

Синтетическими называются полимеры, которые получают полимеризацией или поликонденсацией низкомолекулярных соединений (чаще всего продуктов нефтепереработки). Именно их мы в обиходе обычно и зовём «пластиком». В наибольших масштабах производятся пять синтетических полимеров: полиэтилен, полипропилен, полистирол, полихлорвинил и полиэтилентерефталат.

Способ получения первого синтетического полимера — бакелита. Из него среди прочего изготавливают шары для боулинга.

Эпоха синтетики 

Способ производства первого синтетического полимера был запатентован в 1909 году. Затвердевающую при нагревании фенолформальдегидную смолу назвали бакелит в честь изобретателя — бельгийского химика Лео Бакеланда. И всё же считается, что эра промышленного производства синтетических полимеров началась в 1950-е, когда Карл Циглер и Джулио Натта разработали катализаторы, позволяющие получать полиэтилен и полипропилен без высоких давления и температуры. Благодаря катализаторам Циглера — Натты химическая промышленность быстро освоила производство конструкционных и упаковочных материалов. Но не прошло и десяти лет, как экологи начали бить тревогу. Уже в 1960-е было очевидно, что рост объёмов производства одноразовых пакетов и упаковки пищевых продуктов представляет собой угрозу для окружающей среды. Отслуживший своё пластик стал засорять улицы городов, пригородные зоны и даже моря.

Опасения подтвердились. Если в 1950-е производилось не более 2 млн тонн пластмасс в год, то в 2015-м их выпуск вырос до 400 млн тонн. Не менее 4 млрд тонн было отгружено с заводов за последние 13 лет. 

Простота и большие объёмы производства привели к тому, что пластиковые изделия действительно стали одноразовыми: лишь 9% всех произведённых синтетических полимеров было переработано вторично, ещё 12% — сожжено в топках мусоросжигательных заводов и тепловых электростанций. Несложно подсчитать, что 79% пластика оказалось на мусорных полигонах, свалках и просто в окружающей среде. Только в Мировой океан ежегодно попадает более 8 млн тонн синтетических полимеров. Морские и океанические течения собирают их в «мусорные острова», которые со временем рискуют превратиться в «мусорные континенты». К 2050 году суммарная масса полимерных отходов составит уже 12 млрд тонн.

Вообще-то, первым искусственным полимером можно считать дублёную кожу. При её выделке вещества из дубильного раствора реагируют с белками кожи — в результате сшиваются белковые молекулы, это увеличивает прочность кожи. Технология возникла ещё в каменном веке.

Чем они опасны 

У синтетических полимеров нет природных аналогов. Поэтому они не разлагаются как, например, опавшая листва, древесина, бумага или изделия из кожи. В «утилизации» пластиков окружающей средой нет места биохимическим процессам, которые могли бы быстро их разрушить. Деструкция происходит лишь за счёт фотохимических процессов, перепадов температур, контактов с речной и морской водой, механического измельчения под действием ветров, течений и т. д. Это занимает очень много времени. По оценкам учёных, разрушение пластиковых бутылок из полиэтилентерефталата в природе занимает до 500 лет, а полиэтиленовых пакетов — до 100. 

Некоторые хлорсодержащие синтетические полимеры (например, полихлорвинил) проявляют большую химическую активность из-за наличия атомов хлора, поэтому разрушаются быстрее. Однако продуктами деструкции в этом случае являются летучие хлорорганические вещества, зачастую весьма токсичные, как хлордиоксины.

БОЛЬШОЕ ТИХООКЕАНСКОЕ МУСОРНОЕ ПЯТНО 46% от общей массы составляют выброшенные рыболовные снасти

Не исключено, что появятся организмы, эволюционно приспособившиеся извлекать микроэлементы из синтетических полимеров. Список бактерий, способных питаться ими (в первую очередь рыхлым и воскообразным полиэтиленом), растёт. В 2016 году была обнаружена бактерия, перерабатывающая полиэтилентерефталат (Ideonella sakaiensis), а в 2017-м список существ с необычными пищевыми пристрастиями пополнился более высокоразвитым организмом — личинкой восковой моли (Galleria mellonella). Она переваривает полиэтилен, расщепляя его до этиленгликоля. 

С одной стороны, хорошо, что появляются способы биологической переработки пластика. С другой — они таят в себе опасность: пищей для таких организмов в перспективе могут стать не только отходы, но и, например, полимерная изоляция проводов, пластиковые коммуникации водоснабжения. А это чревато авариями и техногенными катастрофами.

Дружественные аналоги 

Эффективным решением является биоразлагаемый полимер. Учёные обдумывают способы производства полимерных материалов, которые будут быстро перерабатываться почвенными и водными микроорганизмами. Сырьё для таких полимеров нужно брать из возобновляемых источников. Так, для изготовления пищевой упаковочной плёнки или пакетов применяется полимолочная кислота (полилактид). Бутылки и пакеты из неё разрушаются менее чем за 100 дней — практически с той же скоростью, что и опавшая листва. В стадии разработки находятся технологии производства других биоразлагаемых полимеров, например поликарбонатов, которыми планируют заменить полиэтилентерефталат.

А пока упаковку и пакеты делают не только из биоразлагаемых материалов, мы можем сами уменьшить количество пластиковых отходов. Для этого всего-то и надо — ходить в магазин не с пустыми руками, надеясь взять пакет на кассе, а с многоразовой сумкой; заворачивать бутерброды не в полиэтиленовый пакет, а в пищевую упаковочную бумагу. И конечно, выезжая с друзьями на природу, не оставлять за собой мусор (даже биоразлагаемый), а забирать его, чтобы выкинуть в специально отведённое для этого место.