Красноярские ученые разработали экологичные композитные материалы на основе биоразлагаемых полимеров и растительных отходов. Технология направлена на снижение накопления неразлагаемого пластика и удешевление «зеленых» материалов за счет использования отходов рыбной промышленности, лесопереработки и агросектора, сообщает пресс-служба Красноярского научного центра СО РАН. Результаты работы опубликованы в журнале Polymers.
Проблема особенно актуальна на фоне роста производства синтетических пластиков: в 2025 году их выпуск достиг 450 млн тонн, и значительная часть таких материалов сохраняется в окружающей среде сотни лет. Одной из перспективных альтернатив считаются полигидроксиалканоаты (ПГА) — биополимеры, синтезируемые микроорганизмами, однако их широкое применение сдерживается высокой стоимостью.
Новая жизнь отходов
Ученые Красноярского научного центра СО РАН предложили технологию получения полностью биоразлагаемых композитов на основе ПГА с добавлением растительных наполнителей — древесной муки, костры (одревесневшие части стеблей прядильных растений) и волокон технической конопли. Полимер синтезировали с использованием отходов переработки балтийской кильки: извлеченный из них жир служил питательной средой для бактерий. Далее материал смешивали с растительными компонентами и формовали методом горячего прессования.
Свойства композитов можно гибко регулировать, изменяя тип и долю наполнителей. Так, древесная мука и костра повышают плотность и влагостойкость, но замедляют разложение, тогда как конопляное волокно увеличивает водопоглощение и ускоряет разрушение в почве. При этом по прочности такие материалы сопоставимы с традиционными древесно-стружечными композитами, содержащими токсичные связующие.
Экологично и дешево
Лабораторные испытания подтвердили высокую биоразлагаемость: образцы с 70% содержанием конопляного волокна теряли более половины массы за три месяца, а с 50% — за четыре месяца. Важным этапом разработки стало достижение однородной структуры материала с помощью растворного метода, что позволило минимизировать дефекты и улучшить эксплуатационные характеристики.
Использование дешевого сырья из отходов существенно снижает стоимость ПГА: жир из кильки почти вдвое дешевле глюкозы, что уменьшает затраты на углеродный субстрат в 2,5–3,5 раза. В результате цена биополимера становится сопоставимой с полилактидом, а созданные композиты — конкурентоспособными для промышленного производства.
По словам руководителя проекта Татьяны Воловой, технология не только удешевляет биополимеры, но и расширяет области их применения — от медицины до строительства и сельского хозяйства. Кроме того, она способствует переходу к экономике замкнутого цикла, где отходы одного производства становятся ресурсом для другого.
