Разработка может стать более доступной альтернативой традиционным пластикам и древесно-стружечным материалам с синтетическими связующими, сообщили в пресс-службе центра. Результаты исследования опубликованы в журнале Polymers.
Новая технология ориентирована на решение сразу двух задач: сокращение накопления трудноразлагаемого пластика и удешевление «зеленых» материалов за счет использования вторичного сырья — отходов рыбной промышленности, лесопереработки и агросектора.
В основе материала — полигидроксиалканоаты (ПГА), биоразлагаемые полимеры, которые синтезируются микроорганизмами. Такие материалы считаются одной из наиболее перспективных альтернатив традиционным пластикам, однако их массовое внедрение до сих пор ограничивалось высокой себестоимостью.
Красноярские исследователи предложили удешевить этот процесс за счет нестандартного сырья: бактерии синтезировали ПГА, используя в качестве питательной среды жир, полученный из отходов переработки балтийской кильки. После этого биополимер комбинировали с растительными наполнителями — древесной мукой, кострой и волокнами технической конопли — и формовали методом горячего прессования.
Одна из ключевых особенностей разработки — возможность гибко регулировать свойства материала, варьируя тип и долю растительных наполнителей.
Так, древесная мука и костра повышают плотность композита и его устойчивость к влаге, но при этом замедляют биоразложение. Конопляное волокно, напротив, увеличивает водопоглощение и ускоряет разрушение материала в почве.
По данным исследователей, по механической прочности новые композиты сопоставимы с традиционными древесно-стружечными материалами, в которых обычно используются синтетические и потенциально токсичные связующие.
Лабораторные испытания показали высокую степень биоразлагаемости разработанных образцов.
Материалы, содержащие 70% конопляного волокна, теряли более половины массы за три месяца, а образцы с 50% волокна — примерно за четыре месяца.
Чтобы добиться более однородной структуры и снизить количество дефектов, ученые применили растворный метод получения композита. Это позволило улучшить эксплуатационные характеристики материала и сделать его структуру более стабильной.
Серьезным преимуществом технологии стала и ее потенциальная экономическая эффективность. По данным исследователей, жир из отходов кильки почти вдвое дешевле глюкозы, которую часто используют в качестве углеродного субстрата при синтезе биополимеров. Это позволяет снизить затраты на сырье в 2,5–3,5 раза.
В результате стоимость получаемого ПГА становится сопоставимой с полилактидом (PLA) — одним из наиболее распространенных коммерческих биополимеров. А значит, разработанные композиты уже выглядят не как лабораторная экзотика, а как реальный кандидат на промышленное применение.
Как отметила руководитель проекта, главный научный сотрудник Института биофизики СО РАН Татьяна Волова, новая технология не только снижает стоимость биополимеров, но и расширяет возможности их использования.
Потенциальные области применения — медицина, сельское хозяйство, упаковка, строительство и производство экологичных композитных изделий.
На фоне продолжающегося роста мирового производства синтетических пластиков — по оценкам, в 2025 году оно достигло 450 млн тонн — такие разработки становятся все более востребованными. В отличие от обычных пластиков, которые могут сохраняться в окружающей среде сотни лет, ПГА-композиты разлагаются значительно быстрее и при этом позволяют вовлекать в производство отходы сразу нескольких отраслей.
По сути, речь идет о практическом примере экономики замкнутого цикла, где рыбные отходы, древесное сырье и аграрные остатки превращаются в новый материал вместо того, чтобы становиться еще одной экологической проблемой.
