Традиционно сточные воды очищали с помощью полимеров, то есть с помощью материалов, изготовленных из нефтепродуктов. Однако текущая экологическая ситуация привела к тому, что многие компании стали изучать, как для этой цели можно использовать биоматериалы.
За чистые промышленные технологии
В современном мире большинство полимерных материалов и изделий из них производят на основе сырья, получаемого из газа, нефти или угля — полиэтилена, полипропилена, полистирола, полиэтилентерефталата, акрилата и пр. Такие полимеры начали завоевывать позиции с середины 50-х годов прошлого века и быстро стали популярными из-за низкой себестоимости. Многие годы мировая промышленность отдавала им предпочтение, и сегмент их производства достиг колоссальных объемов. Согласно статистическим данным мирового научного портала ResearchGate, к 2020 году объем их производства приблизился к отметке 367 млн тонн, а к 2050 году ожидается увеличение этого показателя в два раза. При этом главному их недостатку — очень длительному сроку биоразложения — долгое время не уделяли должного внимания. Суть состоит в том, что такие материалы должны перерабатываться после применения, иначе они накапливаются в виде отходов и загрязняют окружающую среду. Но на протяжении всего периода использования человеком перерабатываются они в существенно меньшем объеме, чем производятся, что приводит к постоянно нарастающему загрязнению окружающей среды. По данным OECD, в мире только 9% полимерных материалов перерабатывается после использования.
Экологическая составляющая очень важна, но беспокойство у бизнеса и власти также вызывает неуклонное сокращение углеводородных запасов, необходимых для производства синтетических полимеров. Помимо их исчерпаемости, существует фактор географической неравномерности распределения этих ресурсов, поэтому ряду стран угрожает риск возникновения дефицита поставок. Таким образом, главное преимущество полимерных материалов на основе продуктов нефте- и газохимии — их дешевизна — в долгосрочной перспективе ослабеет.
Как следствие, цены на изделия из таких материалов также могут существенно вырасти, а учитывая, что полимеры задействованы практически во всех промышленных отраслях, влияние этих изменений будет очень значимым. Одним из примеров использования полимеров является сфера очистки воды. Из общего объема загрязнителей на долю промышленных источников приходится порядка 75% от общего объема, промышленные стоки превышают количество бытовых сточных вод почти в 3 раза. В процессе работы промышленных предприятий металлургии, нефтедобычи, нефтепереработки, пищевой, транспортной (ж/д, порты) и др. отраслей происходит загрязнение производственных стоков, которые могут нанести вред водным экосистемам. Для обработки воды (очистки стоков, извлечения ценного продукта из воды или водоподготовки) применяют специальные реагенты — полимерные флокулянты.
Чтобы минимизировать риски, связанные с применением полимеров на основе невозобновляемого ресурса, в мире уже давно наметилась тенденция использования полимеров из растительного сырья (биополимеров) в качестве альтернативы. Что же такое биополимеры? Биополимеры эффективно выполняют свою функцию и не загрязняют окружающую среду, так как быстро разлагаются в естественных условиях. К слову, они были открыты в 60-е годы прошлого века: биополимеры уже тогда получали из кукурузы, картофельного крахмала, пшеницы, сахарного тростника. Из такого сырья сегодня производится, например, упаковка, которая по сравнению с традиционной пластиковой тарой гораздо быстрее разлагается в естественной среде. Первые прототипы флокулянтов для очистки воды открыли несколько позже, их делали из крахмала и водорослей. Но до широкого применения в промышленности и коммерциализации этих технологий было еще далеко из-за высокой стоимости сырья и ограниченности способов их модификации.
Но в последние годы на этом направлении наблюдаются значительные изменения. В 2020 году общий объем производства биополимеров составил 4,2 млн т, что соответствует 1% от общего объема производства полимеров из ископаемых источников. Впервые за много лет годовой рост производства (CAGR) на 8% превысил общий рост полимеров (от 3 до 4%) — такая же динамика прогнозируется как минимум до 2025 года и, вероятно, продолжится далее. Такому прогрессу рынок обязан и общему повышению мировых государственных экологических стандартов, и контролю за промышленными и добывающими компаниями, и желанию предприятий «озеленить» бренды. Потребители продукции также стали требовать от бизнеса повышения уровня экологической и социальной ответственности, которые в последние годы стали условием для конкурентоспособности и устойчивого развития. В связи с этим предприниматели обращают все больше внимания на новые технологии и продукты, созданные на основе возобновляемых и биоразлагаемых источников сырья, к которым в том числе относятся биополимеры.
Еще один драйвер рынка биополимеров — это появление новых технологий их модификации и производства из вторичных продуктов сельхоз- и деревопереработки, которые действуют эффективнее, а обходятся потребителям дешевле. Во всем мире биополимеры уже широко применяются и даже вытесняют полимеры во многих фундаментальных для жизнедеятельности человека отраслях: медицине, сельском хозяйстве, очистке воды и водоподготовке, нефтедобыче, производстве моющих средств, косметики, упаковки, и многих других. Конечно, этим список применения не ограничивается. Флокулянтами очищают бытовые и промышленные стоки, перерабатывают смазочно-охлаждающие жидкости, а техническими моющими средствами обрабатывают изделия из металла, очищают различные поверхности от сложных загрязнений.
Используют биополимеры и в целях повышения энергоэффективности, ресурсоэффективности и цикличности на крупных производствах. Многие российские компании, частные и государственные, уже применяют отечественные реагенты из растительного сырья на основе технологии биомикрогелей и снижают благодаря им стоимость водоочистки в некоторых случаях в 2-3 раза. Плюс к этому с их помощью предприятия уменьшают объемы отходов.
Уже сейчас биополимеры представляют собой серьезную альтернативу традиционным полимерным материалам за счет безопасности, низких эксплуатационных затрат и способности к биологическому разложению, что оказывает положительный эффект как с экологической, так и экономической точки зрения.
Как технологию развивают в России
В России рынок продукции на базе возобновляемого растительного сырья находится на стадии раннего роста, между тем именно в нашей стране развитие этого направления представляется особенно интересным. В России имеется достаточная сырьевая база, высокий уровень спроса, а в текущих реалиях еще и необходимость в скорейшем замещении импортных продуктов и технологий. Учитывая, что Россия входит в число лидеров по производству многих сельскохозяйственных культур и обладает обширными запасами возобновляемого сырья, произведенные из таких материалов продукты, способны снизить зависимость от текущей волатильности рынка и стать логичным и необходимым шагом для успешного развития современной и ориентированной на будущее российской экономики. В России уже есть производственные площадки, которые могут производить широкий спектр биополимеров на базе отечественных технологий и сырья и которые значительно влияют на снижение зависимости промышленных предприятий от дорогостоящих зарубежных аналогов и снижают количество вредных выбросов в окружающую среду.
Читать далее:
Скрытый континент Земли впервые нанесли на карту: он оторвался от остальных 100 млн лет назад
Слой за слоем. Куда делся «хайп» вокруг 3D-печати и почему аддитивные технологии никуда не уйдут
Ученые придумали, как морить голодом раковые клетки поджелудочной железы
Фото на обложке: изображение от aleksandarlittlewolf на Freepik