150 млн тонн пла­сти­ко­во­го мусо­ра пла­ва­ет в Миро­вом оке­ане. При­шло вре­мя заду­мать­ся об исполь­зо­ва­нии био­по­ли­ме­ров, даже при при­ме­не­нии удобрений.

Биополимеризация удобрений

Альтер­на­ти­вы пла­сти­ку пред­ла­га­ют­ся самой при­ро­дой. Напри­мер, саха­ра или крах­ма­лы могут быть пре­об­ра­зо­ва­ны в био­по­ли­ме­ры, кото­рые поз­во­ля­ют изго­тав­ли­вать из них мно­же­ство полез­ных вещей, пол­но­стью биоразлагаемых.

Био­по­ли­ме­рам посвя­ще­на рабо­та проф. д-ра Экхар­да Вайдне­ра и д-ра Сула­мит Фре­рих из Рур­ско­го уни­вер­си­те­та в Боху­ме. Готов­ность раз­ра­бо­ток к при­ме­не­нию на прак­ти­ке уста­нав­ли­ва­ет­ся в сте­нах Инсти­ту­та окру­жа­ю­щей сре­ды, без­опас­но­сти и энер­го­тех­ни­ки Фраунгофера.

Закатать в биополимер

В част­но­сти коман­да д-ра Фре­рих изу­ча­ет воз­мож­ность исполь­зо­ва­ния био­по­ли­ме­ров для целе­на­прав­лен­но­го вне­се­ния удоб­ре­ний. Цель – раз­ра­бо­тать такой метод инкап­су­ля­ции удоб­ре­ний, кото­рый поз­во­лил бы пита­тель­ным веще­ствам высво­бож­дать­ся более про­дол­жи­тель­ное вре­мя и посте­пен­но, то есть кон­тро­ли­ру­е­мо. Спе­ци­аль­ная фор­му­ла долж­на обес­пе­чить сво­е­го рода барьер, пре­пят­ству­ю­щий спон­тан­но­му высво­бож­де­нию азот­со­дер­жа­щей субстанции.

Док­то­рант Диа­на Кед­ди испро­бо­ва­ла раз­ные тех­ни­ки для реа­ли­за­ции идеи «запи­ра­ния» удоб­ре­ния в защит­ную обо­лоч­ку. Уче­ная пояс­ня­ет: «Что­бы управ­лять про­цес­сом высво­бож­де­ния, необ­хо­ди­мо создать для удоб­ре­ния несу­щую мат­ри­цу. А посколь­ку нель­зя допус­кать кон­та­ми­на­ции почв веще­ства­ми, исполь­зу­е­мы­ми для обо­лоч­ки, био­раз­ла­га­е­мые мате­ри­а­лы для этих целей ока­зы­ва­ют­ся в приоритете».

В плену молочной кислоты

Бохум­ские уче­ные в каче­стве мате­ри­а­ла для инкап­су­ля­ции удоб­ре­ний исполь­зу­ют био­по­ли­мер­ную пену из поли­мо­лоч­ной кис­ло­ты (поли­лак­ти­да, ПЛА), полу­чать кото­рую мож­но из куку­ру­зы или сахар­ной свёк­лы. В опы­тах Диа­на Кед­ди в каче­стве опыт­ной азот­со­дер­жа­щей суб­стан­ции при­ме­ня­ла моче­ви­ну. Пло­дом ее ста­ра­ний ста­ло инкап­су­ли­ро­ван­ное удоб­ре­ние, выгля­дев­шее как пла­стин­ка чипсов.

Как гово­рит уче­ная, самая боль­шая слож­ность состо­ит в том, что­бы создать пори­стое соеди­не­ние поли­лак­ти­да и моче­ви­ны, при кото­ром мож­но было бы воз­дей­ство­вать на био­по­ли­мер, но при этом не созда­вать угро­зы рас­па­ду моче­ви­ны под дей­стви­ем тем­пе­ра­тур. Тем­пе­ра­ту­ра, при кото­рой мож­но вести обра­бот­ку био­по­ли­ме­ра, долж­на быть ниже 130 °C – тем­пе­ра­ту­ры, при кото­рой пла­вит­ся моче­ви­на. В есте­ствен­ных усло­ви­ях при нор­маль­ном дав­ле­нии, к сожа­ле­нию, это не вари­ант, так как тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния поли­лак­ти­да состав­ля­ет 140 – 170 °C. С повы­ше­ни­ем дав­ле­ния воз­ду­ха тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния может быть снижена.

В рам­ках сво­их иссле­до­ва­ний Диа­на Кед­дис выяс­ни­ла, что в зави­си­мо­сти от типа поли­лак­ти­да для его обра­бот­ки потре­бу­ет­ся орга­ни­зо­вать в угле­кис­лой сре­де дав­ле­ние 200 – 350 бар, тогда био­по­ли­мер начи­на­ет пла­вить­ся уже до дости­же­ния тем­пе­ра­ту­рой рубе­жа 130 °C.

Уче­ная опро­бо­ва­ла и дру­гой спо­соб, эффек­тив­ный при 40 °C и дав­ле­нии 100 – 180 бар, – с исполь­зо­ва­ни­ем газа-анти­рас­тво­ри­те­ля. Поли­лак­тид был рас­тво­рен в орга­ни­че­ском жид­ком рас­тво­ри­те­ле. Рас­твор затем доба­ви­ли к моче­вине, после чего смесь была поме­ще­на в анаэ­роб­ные усло­вия с повы­шен­ным дав­ле­ни­ем воз­ду­ха. Для полу­че­ния твер­до­го конеч­но­го про­дук­та тре­бо­ва­лось уда­лить из сме­си рас­тво­ри­тель. Посто­ян­ный поток угле­кис­ло­го газа, про­хо­дя через смесь, заби­рал и уно­сил его с собой. С дове­де­ни­ем дав­ле­ния до нор­маль­но­го полу­чал­ся конеч­ный про­дукт из поли­лак­ти­да и моче­ви­ны твер­дой консистенции.

Пролонгированное действие

Полу­чен­ный про­дукт был под­вер­жен посто­ян­но­му про­мы­ва­нию, в резуль­та­те азот­со­дер­жа­щая суб­стан­ция высво­бо­ди­лась из ПЛА-пены за два часа. Для обык­но­вен­ной моче­ви­ны на это потре­бо­ва­лось бы все­го две мину­ты. Таким обра­зом, био­по­ли­ме­ри­за­ция поз­во­ли­ла в разы про­лон­ги­ро­вать про­цесс высво­бож­де­ния пита­тель­ных веществ.

На прак­ти­ке пред­ла­га­ет­ся чип­сы из био­по­ли­ме­ра и удоб­ре­ния укла­ды­вать в поч­ву рядом с рас­те­ни­я­ми. Защи­щен­ные био­по­ли­ме­ром удоб­ре­ния шаг за шагом будут высво­бож­дать азот­со­дер­жа­щие субстанции.

В насто­я­щий момент про­дол­жа­ют­ся иссле­до­ва­ния, при­зван­ные изу­чить и оце­нить воз­мож­ность исполь­зо­ва­ния тех­но­ло­гии на прак­ти­ке. Их цель состо­ит в полу­че­нии зна­ний, необ­хо­ди­мых для под­го­тов­ки спо­со­ба про­из­вод­ства к его при­ме­не­нию в про­мыш­лен­ных масштабах.