Odkąd w 1907 roku odkryto bakelit jako pierwsze syntetyczne tworzywo sztuczne — stosowano go jako izolator elektryczny — ta lekka, mocna i podatna na formowanie klasa materiałów pomogła stworzyć nowoczesny świat. Tworzywa sztuczne są podstawowym składnikiem przy projektowaniu i wytwarzaniu produktów, a ich zastosowanie, zwłaszcza jako przedmiotów jednorazowego użytku, takich jak butelki na wodę i opakowania żywności, stale rośnie. Całkowita masa tworzyw sztucznych produkowanych rocznie wynosi obecnie ponad 380 milionów ton, a do 2050 roku osiągnie poziom 900 milionów ton.
Jednak podobnie jak paliwa kopalne, z których są wykonane, tworzywa sztuczne mogą mieć negatywne skutki dla środowiska. Szacuje się, że do 2050 r. około 12 miliardów ton odpadów z tworzyw sztucznych będzie trafiać na wysypiska śmieci lub zanieczyszczać środowisko naturalne. Dla porównania w 2015 roku liczba ta wyniosła około 4,9 miliarda ton. Zużyte tworzywa sztuczne stanowią także dużą część paliwa podawanego do spalarni odpadów wytwarzających energię, które są źródłem emisji dwutlenku węgla. Filmy dokumentalne, takie jak te, których narratorem jest David Attenborough, zwróciły uwagę na zagrożenia dla środowiska stwarzane przez odpady tworzyw sztucznych. Filmy przedstawiające wyrzucone butelki po wodzie duszące życie morskie również pomogły wywołać publiczne oburzenie i sprawiły, że zanieczyszczenie tworzywami sztucznymi stało się priorytetem w światowych programach.
Chociaż wiele tworzyw sztucznych nosi obecnie symbol recyklingu, w praktyce recykling tworzyw sztucznych jest prymitywny i energochłonny. Tworzywa sztuczne pochodzące z recyklingu są zwykle gorszej jakości – mają mniejszą wytrzymałość – niż nowo wyprodukowane tworzywa sztuczne. Coraz częściej konsumentom sprzedaje się produkty wykonane z biodegradowalnych tworzyw sztucznych, pochodzących ze źródeł roślinnych lub wzbogaconych tlenem i innymi substancjami chemicznymi, aby umożliwić ich rozkład w środowisku. Komplikuje to jednak wysiłki w zakresie recyklingu, ponieważ tworzywa sztuczne ulegające biodegradacji mają szkodliwy wpływ na jakość tworzyw sztucznych pochodzących z recyklingu, a zakłady zajmujące się recyklingiem nie mają niezawodnego sposobu na oddzielenie tych tworzyw sztucznych od innych form.
To, w jaki sposób można stworzyć bardziej zrównoważone tworzywa sztuczne, stało się jednym z największych i najpilniejszych pytań współczesnej chemii. Naukowcy z wielu dziedzin pracują obecnie nad sposobami ograniczenia ilości odpadów z tworzyw sztucznych i zwiększenia szans na ich recykling.
O jednym z takich wysiłków doniesiono w bieżącym numerze „Nature”. Stefan Mecking i jego współpracownicy z Uniwersytetu w Konstancji w Niemczech opisują nowy rodzaj polietylenu – jeden z najpowszechniejszych rodzajów plastiku jednorazowego użytku – który można poddać recyklingowi poprzez odzyskanie większości materiałów wyjściowych – co jest trudne do osiągnięcia istniejących materiałów i technologii recyklingu.
Ten nowy plastik wymaga dalszych testów i oceny jego wpływu na istniejącą infrastrukturę recyklingu. Będzie to wymagało innego rodzaju technologii recyklingu niż ta dostępna w istniejących centrach recyklingu. Jeśli panuje zgoda co do tego, że należy je stosować i jeśli można je zwiększyć, może to przyspieszyć przejście na tworzywa sztuczne pochodzące z recyklingu. Może to być część rozwiązania, które sprawi, że tworzywa sztuczne będą mniej szkodliwe.
Ale sama chemia może nas zaprowadzić tylko tak daleko. Jeżeli spalanie tworzyw sztucznych i gromadzenie się ich w oceanach i na wysypiskach ma zostać ograniczone, przemysł nie będzie w stanie kontynuować produkcji tworzyw sztucznych w obecnym tempie. Firmy muszą wziąć na siebie większą odpowiedzialność za pełny cykl życia swoich produktów z tworzyw sztucznych. Aby tak się stało, rządy będą musiały wprowadzić więcej przepisów, a proponowany Traktat Narodów Zjednoczonych w sprawie tworzyw sztucznych również musi odnieść sukces.
System jednokierunkowy
Tworzywa sztuczne powstają poprzez połączenie łańcuchów prostych molekularnych cegiełek. Nie jest łatwo uruchomić ten proces wstecz, aby stworzyć materiały do ponownego wykorzystania – chociaż badacze poczynili pewne postępy. Główną przeszkodą w usprawnieniu recyklingu tworzyw sztucznych jest systematyczne i niskoenergetyczne rozbijanie wiązań chemicznych w celu odzyskania cennych materiałów, które można następnie wykorzystać do wytworzenia tworzyw sztucznych o równie wysokiej jakości.
Istnieje kilka sposobów na zapewnienie tworzywom sztucznym życia po śmierci. Należą do nich recykling mechaniczny – podczas którego są one siekane, topione i ponownie wykorzystywane jako tworzywo sztuczne o niższej jakości. Inną opcją jest poddanie ich chemicznemu recyklingowi — poprzez zerwanie wiązań spajających długie cząsteczki tworzyw sztucznych i utworzenie mniejszych, użytecznych cząsteczek, z których można uzyskać nowe tworzywa sztuczne. Mecking i jego współpracownicy pracowali nad tym drugim podejściem, być może trudniejszym z nich.
Zespół ten jest jednym z kilku na świecie, które próbują znaleźć taki sposób na recykling polietylenu. Korzystając ze źródła odnawialnego, Mecking i jego współpracownicy stworzyli solidny materiał podobny do polietylenu, zawierający grupy chemiczne, które można łatwiej rozdzielić niż te w konwencjonalnych tworzywach sztucznych, co pozwala na rozłożenie materiału na etapie recyklingu. Naukowcom udało się odzyskać w procesie recyklingu prawie cały materiał wyjściowy i przetworzyć z niego materiał podobny do polietylenu.
Praca ta następuje po pracach innego zespołu, który zgłosił podobne ustalenia w październiku. Susannah Scott z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara i jej współpracownicy użyli katalizatora, aby pomóc w rozbiciu polietylenu na mniejsze cząsteczki, które można wykorzystać jako bloki wyjściowe do wytworzenia różnych typów polimerów.
To sprytna chemia i niezbędne badania. Podejście to należy teraz zbadać dla różnych rodzajów tworzyw sztucznych i na większą skalę. Jednak dopóki zużycie tworzyw sztucznych będzie rosło, sam recykling nie zmniejszy zanieczyszczenia tworzywami sztucznymi.
Przemysł zdaje sobie z tego sprawę i angażuje się – choć nie w tak dużym stopniu, jak powinien – w kwestię tego, jak zmniejszyć swoją produkcję. Jedna piąta firm produkujących lub korzystających z opakowań z tworzyw sztucznych zobowiązała się do realizacji zobowiązania zwanego Globalnym zobowiązaniem nowej gospodarki tworzywami sztucznymi, stworzonym przez Fundację Ellen MacArthur i Program Narodów Zjednoczonych ds. Ochrony Środowiska. Sygnatariusze obiecują zwiększyć recykling tworzyw sztucznych w ramach szerszego zaangażowania w zasady gospodarki o obiegu zamkniętym, których celem jest osiągnięcie ciągłego wykorzystania zasobów i eliminacja odpadów. Jednak według najnowszego raportu postęp jest nierównomierny – szczególnie jeśli chodzi o ograniczanie opakowań jednorazowego użytku i wprowadzanie opakowań w pełni nadających się do ponownego użycia.
Jest oczywiste, że firmy należy szturchać lub mocniej naciskać, aby działały. Gdyby wymagano od nich wzięcia odpowiedzialności za cały cykl życia swoich produktów z tworzyw sztucznych, byliby mniej skłonni do korzystania z materiałów trudnych do ponownego wykorzystania lub recyklingu. W tym celu proponowany traktat światowy, który jest określany jako odpowiednik porozumienia klimatycznego z Paryża w sprawie zanieczyszczenia tworzywami sztucznymi, musi odnieść sukces. W przeszłości niektórzy przedstawiciele przemysłu i rządy zainteresowane paliwami kopalnymi sprzeciwiali się traktatom mającym na celu przeciwdziałanie zmianom klimatycznym i utracie różnorodności biologicznej, a nawet je osłabiali. Historia nie może się powtórzyć; planeta nie ma czasu.
Chemicy dali światu tworzywa sztuczne ponad sto lat temu. Jednak te niezwykle przydatne materiały są obecnie poważnym źródłem zagrożeń dla środowiska. Na szczęście chemicy zarówno ze środowiska akademickiego, jak i przemysłowego są zdeterminowani znaleźć przyjazną dla środowiska metodę rozbierania tworzyw sztucznych. Firmy i rządy muszą teraz zintensyfikować działania i wziąć odpowiedzialność za swój udział w gromadzeniu odpadów z tworzyw sztucznych. Działanie nie może nastąpić zbyt szybko.
Natura 590, 363-364 (2021)
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-00391-7
