Все мы видели в интернете страшные картинки с тоннами мусора. Бóльшую часть этих отходов на свалках составляют полимеры — это стабильные соединения, которые очень медленно разлагаются в природе.
В 2021 году впервые были опубликованы данные, что микропластик нашли в плаценте человека. Вообще, примерно с 2014 года произошел резкий экспоненциальный рост цитирования работ, посвященных микропластику.
Первую статью на эту тему опубликовали в 1972 году в журнале Science. Само слово «микропластик» в ней еще не упоминалось. В статье говорилось о результатах большой экспедиции в Саргассовом море, которую организовали двое ученых — Карпентер и Смит.
Наверное, все слышали про Бермудские острова, которые находятся в северо-западной части Саргассова моря. Это море окружено не твердыми берегами, а океаническими течениями. В статье сообщалось, что на территории всего Саргассова моря обнаружили мелкие полимерные частицы размером от 0,25 до 0,5 см. Их концентрация составила 3500 штук на кв. км, или 290 г на км.
Что известно о полимерах
В 2020 году исполнилось 100 лет науке о полимерах. О них знали и раньше, в конце XIX века, но именно в 1920 году немецкий ученый Герман Штаудингер сделал важное открытие. Он доказал, что полимерные молекулы — это цепочки. Возможность представить полимеры как цепи, состоящие из одинаковых или разных звеньев, является ключевым модельным представлением в физике полимеров. В 1953 году за это открытие, за свою первую работу Штаудингер получил Нобелевскую премию по химии.
Пластичность — это возможность изменять свою форму. Когда мы говорим о пластиках, то чаще всего имеем в виду только один из трех типов полимеров — термопласты. Это материалы, которые при нагревании становятся жидкостями. Например, если поджечь полиэтиленовый пакетик, образуется капелька. Пока она не остынет, можно придать ей какую-то форму. Полипропилен, из которого изготовлены водопроводные трубы, или полистирол, из которого делают стаканчики для йогурта, — тоже термопласты. Существуют еще эластомеры и реактопласты — сшитые соединения, между молекулами которых есть короткие швы.
Микропластиком обычно называют любые кусочки пластика меньше 5 мм. Возможно, принято считать именно так, потому что на большинстве очистных сооружений стоят входные решетки — фильтры, размер ячейки у них как раз 5 мм.
Что мы обычно видим на фотографиях полимерных мусорных островов? Какие-то канистры, бутылки, пакеты. Толщина каждого изделия, если его разломать, будет как раз от долей миллиметра до нескольких миллиметров.
Микропластик делят на две группы:
- вторичный микропластик, который образуется после разрушения использованных полимерных изделий;
- первичный микропластик, которые создается сразу в этом диапазоне размеров (5 мм).
Сколько пластика на планете
Полимеры хлынули в массовое производство после Второй мировой войны, когда понадобилось много дешевых изделий. Нужны были колеса для техники — их делали из эластомеров; требовались ткани — тогда активно использовался нейлон. С тех пор производство полимеров растет экспоненциально.
По оценкам ученых, к 2015 году было произведено 8,3 млрд тонн полимеров. Из них до сих пор используется 2,5 млрд тонн, остальное превратилось в пластиковые отходы. На переработку ушло всего-навсего 600 млн тонн полимеров, из них только 100 млн тонн прошли переработку больше одного раза.
Около 800 млн тонн полимеров было сожжено — и это можно считать неплохим способом утилизации, но при горении выделяется большое количество СО2. Основная масса полимеров — 4,9 млрд тонн — до сих пор находится на свалках или бесконтрольно распространяется в природе.
Где в быту встречается микропластик
Как правило, биоразлагаемые пакеты делаются из полиэтилена с добавлением крахмала — от 10 до 30%. Бывает термопластичный крахмал, который является полисахаридом, он гидролизуется и легко разваливается в природе. Этот пакет быстро распадется на маленькие кусочки и превратится в микропластик.
Косметические компании добавляют микропластик, например, в скрабы для кожи или стиральные порошки. Наша одежда при стирке теряет около 0,3% массы: от вещи отслаиваются маленькие волокна, и если вещь сделана не из хлопка или шерсти, это могут быть частички синтетической ткани.
В человеческий организм микропластик поступает в первую очередь из воды — через полимерные трубы и пластиковые бутылки. А еще мы вдыхаем большое количество микропластика.
В 2020 году вышло исследование о том, как выделяются частицы полипропилена из бутылочек для кормления грудных детей. Чтобы приготовить молочную смесь, нужно обдать кипятком бутылку, засыпать туда сухую смесь и, по правилам ВОЗ, залить водой температурой выше 70 °C — при этой температуре погибают кишечная палочка и сальмонелла. Выяснилось, что повышение температуры от 70 до 95 °C увеличивает образование микропластика в 6 раз — этот показатель достигает 16 млн частиц на литр, причем в диапазоне мелких размеров, от 800 нанометров.
В этой работе ученые доказывают, что термообработка полимеров ведет к быстрому отделению микропластика от поверхности. Это происходит, когда мы разогреваем ланчбоксы в микроволновке или долго держим в кипятке чай в пластиковой пирамидке. Если пакетик бумажный, точно так же отслаиваются мелкие частицы целлюлозы.
Насколько вреден пластик для человека
В лабораторных условиях опасность микропластика доказана. Однако в лабораториях исследуется совершенно другой микропластик, в гораздо больших концентрациях, чем встречаются человеку в жизни. Поэтому однозначного ответа на вопрос, насколько вреден для здоровья микропластик, пока нет.
Сами по себе полимеры, скорее всего, безвредны. Это очень инертные материалы, которые плохо вступают в химические реакции. Проблема в том, что полимеры в основном гидрофобные — они как масло отталкиваются от воды. Большинство загрязнителей в природе тоже не любят воду, поэтому к полимерам может прилипать гидрофобная грязь. Чем сильнее полимеры раздробить, тем больше станет удельная площадь поверхности, и тем активнее они смогут собирать грязь из окружающей среды.
Одно дело — химически чистые соединения, которые исследуют в институтах, а другое — готовые изделия. Например, в пластиковой бутылке могут быть добавки, которые увеличивают пластичность материала или снижают нежелательное влияние ультрафиолета, под воздействием которого полимеры могут начать разлагаться. В полимерах бывают токсичные добавки — хоть и в очень низких концентрациях. При разрушении полимеры могут выделять эти добавки в окружающую среду.
Конечно, мы можем вернуться к плетению корзин и лаптей, но это не решит проблему обеспечения растущего населения планеты, поэтому полимеры пока незаменимы. Вопрос, как с ними правильно обращаться.
