Мы все каждый день держим в руках пластиковую упаковку. Она повсюду: обертки, контейнеры, пленка. А потом эта же упаковка отправляется на свалки или, того хуже, в океан, где будет разлагаться столетиями. Проблема огромная, и производители уже давно пытаются найти замену — взять материалы, которые возобновляются природой, и сделать из них биопластик. Но тут всегда была заминка: такие экологичные пленки плохо защищают продукты от двух главных врагов — влаги и кислорода. А без этого ни еду, ни лекарства, ни чувствительную электронику не сохранишь.

Инженеры из Технологического института Джорджии нашли способ обойти это ограничение. Они создали биопленку из того, что растет в огороде, в лесу и даже остается на кухне после готовки. В ход пошла целлюлоза (это главный строительный материал растений), хитозан (его добывают из панцирей крабов или из грибной кожуры) и лимонная кислота, которую получают из цитрусовых. Смесь этих ингредиентов после специальной обработки превращается в тонкую пленку, которая не пропускает ни кислород, ни водяной пар даже в тропической жаре, где влажность достигает 80 процентов.

Подробности опубликованы в издании ACS Applied Polymer Materials.

Как рассказал Карсон Мередит, профессор в Школе химической и биомолекулярной инженерии, они берут материалы, которых в природе полно. Такая пленка сама разложится и не будет отравлять землю веками. По его словам, их разработка ничуть не хуже, а иногда даже лучше обычного пластика в деле сохранения продуктов свежими.

Секрет в том, что ингредиенты сами выстраиваются в плотный упорядоченный слой. Ученые добавили туда вещество для гибкости, чтобы пленка не ломалась, и водоотталкивающую добавку. В итоге материал не размокает и не становится рыхлым. Тесты показали: при влажности 80 процентов пленка держит кислород и водяной пар так же надежно, как распространенные полимеры — ПЭТ или EVOH (из них делают бутылки и пищевую упаковку). Натали Стинджелин, глава Школы материаловедения, добавила, что их пленка не только разлагается без вреда, но и на удивление прочная механически.

Стоимость технологии

Сами ингредиенты копеечные: целлюлоза и лимонная кислота стоят недорого, хитозан можно получать из пищевых отходов, что удешевляет процесс. Но сама технология сшивки материалов (соединения молекул в сетку) и термообработка требует специального оборудования. Пока рано говорить, что такая пленка обойдется дешевле полиэтилена — заводской пластик производят гигантскими тоннажами, его цена сверхнизкая. Но как только технологию масштабируют, стоимость биопленки может стать сопоставимой, особенно если учесть экологические штрафы за обычный пластик.

Что было до этого

Исследователи из Джорджии бились над этой задачей больше десяти лет. Их предыдущие биопленки хорошо работали в сухом воздухе, но стоило влажности подняться — все портилось. Нынешний результат — это очень важный шаг вперед. Они решили конкретную проблему высокой влажности, которая раньше убивала все экологичные альтернативы. Так что это именно прорыв в своем сегменте, хотя до полной замены пластика на кассе в магазине еще далеко.

Этика и возможный вред

С этикой тут все в порядке. Не нужно убивать животных ради хитозана: его получают из панцирей, которые остаются от переработки морепродуктов, либо из грибов — это вообще этичный и быстровозобновляемый источник. Никаких вредных выбросов при производстве не заявлено. Однако если пленка попадет не на компостную кучу, а в обычный мусор на полигоне без доступа кислорода, она может разлагаться с выделением метана — парникового газа. Производители часто умалчивают, что для правильного разложения биоупаковке нужны специальные условия (температура, влажность, микробы), а в реальной свалке она пролежит почти так же долго, как обычный пластик.

Когда новинку сможет испытать каждый

Пока ни один человек в магазине не купит продукт в такой пленке. Это лабораторный прототип. Обычно от подобных исследований до полок уходит от трех до семи лет. Нужно построить опытное производство, убедиться, что пленка безопасна для еды, не влияет на вкус и не дорожает при массовом выпуске. Оптимистичный прогноз — года через четыре мы увидим первые тестовые партии, например, в упаковке орехов или сухих завтраков.

Сравнение с аналогами

На рынке уже есть биоразлагаемые пленки из кукурузного крахмала (PLA) или полигидроксиалканоатов. Но у них та же беда: они становятся дырявыми от влаги и пропускают кислород. Некоторые аналоги используют нанопокрытия или слои алюминия, но это усложняет переработку. Пленка из Джорджии выгодно отличается тем, что:

• Состоит из трех простых компонентов
• Работает в сырости, где другие био-материалы не выдерживают
• Не требует сложных токсичных растворителей при производстве

Но при этом она пока уступает некоторым аналогам по прочности на разрыв, если пленка тонкая.

Главный подвох и критика

Пленка работает только как покрытие или отдельный слой, но в реальной упаковке — например, в мягком пакете для сока или соуса — ей не хватит эластичности при изгибах. Приходится добавлять пластификатор, а он со временем мигрирует из пленки, и барьерные свойства падают. Кроме того, тесты провели в идеальных лабораторных условиях на ровных образцах. А в реальности упаковка мнется, на нее давят другие продукты, она контактирует с кислой или жирной пищей — этого в статье не проверяли. Так что впереди еще много работы, прежде чем прогнозы станут реальностью.

Ранее мы опубликовали 10 инноваций в упаковочной промышленности.