«Зеленый» пластик: материал из стенок клеток растений применили для создания полимера

Ученые совершили значительный прорыв в области экологически чистых материалов, разработав инновационный полимер на основе лигнина — сложного органического полимера, который составляет основу стенок растительных клеток и придает древесине ее прочность. Это открытие может кардинально изменить будущее производства пластмасс, предложив жизнеспособную и безопасную альтернативу нефтехимическим продуктам.

Новое исследование, проведенное под руководством доцента Инженерного колледжа FAMU-FSU Хой-Чан Чана, впервые демонстрирует успешное использование лигнина в тандеме с углекислым газом (CO₂) для синтеза нового вида полиуретана. Полиуретаны — одни из самых распространенных полимеров в мире, их глобальное производство исчисляется миллионами тонн ежегодно. Они нашли широчайшее применение в самых разных отраслях: от производства пеноматериалов для мебели и изоляции, до эластичных волокон (лайкра), покрытий для полов и автомобильных деталей, а также клеев и герметиков. Их популярность обусловлена уникальным сочетанием свойств: легкостью, исключительной износостойкостью, способностью регулировать температуру и высокой гибкостью в обработке.

Однако у традиционного полиуретана есть серьезный экологический и медицинский недостаток. В его производстве ключевую роль играют высокореактивные и токсичные соединения — изоцианаты. Эти вещества опасны для здоровья рабочих (могут вызывать астму и другие респираторные заболевания) и требуют сложных мер безопасности на производстве. Кроме того, сам конечный продукт на основе изоцианатов плохо поддается биологическому разложению и сохраняется в окружающей среде десятилетиями, усугубляя проблему пластикового загрязнения.

Метод, предложенный командой Чана, позволяет полностью отказаться от использования опасных изоцианатов. Вместо них ученые используют природный полимер лигнин и CO₂, выступающий в роли строительного блока для создания полимерных цепей. Такой подход убивает сразу нескольких зайцев:

• Утилизация отходов: Лигнин в огромных количествах образуется как побочный продукт целлюлозно-бумажной промышленности. Ежегодно в мире производится около 50-70 миллионов тонн технического лигнина, однако лишь около 2% этого объема находит коммерческое применение (в качестве добавки в бетон, диспергатора или связующего вещества). Остальной лигнин чаще всего просто сжигают для получения энергии, что является малоэффективным использованием ценного химического сырья. Новая технология позволяет превратить эти отходы в высококачественный продукт.
• Секвестрация CO₂: Углекислый газ, являющийся главным виновником глобального потепления, улавливается и не выпускается в атмосферу, а становится ключевым компонентом для создания нового материала. Это открывает путь к созданию технологий с отрицательным углеродным следом.
• Безопасность и биоразлагаемость: Процесс синтеза становится безопаснее для человека, а полученный материал, по словам исследователей, обладает способностью к биологическому разложению, что кардинально снижает его нагрузку на экосистему после окончания срока службы.

«Мы создали высококачественный полимер, для производства которого требуется меньше этапов, энергии и в котором нет токсичных ингредиентов. Он безопаснее для окружающей среды и людей, а также проще в производстве», — подчеркивает Чанг.

Важно отметить, что, несмотря на свою «зеленую» природу, новый материал не уступает по своим эксплуатационным характеристикам традиционным аналогам. Лабораторные испытания показали, что полученный полиуретан обладает сопоставимой прочностью, термостойкостью и, что важно для промышленности, легко растворяется в обычных растворителях для последующего литья или формования. Это дает ему существенное преимущество перед многими другими биопластиками, которые зачастую сложны в обработке и требуют специального оборудования.

Таким образом, революционное открытие команды Чана — это не просто еще один лабораторный эксперимент. Это многообещающая технология, которая предлагает комплексное решение сразу нескольких глобальных проблем: она снижает зависимость от ископаемого топлива, утилизирует промышленные отходы, улавливает парниковый газ и производит безопасный и практичный материал с замкнутым жизненным циклом. Это значительный шаг на пути к устойчивой и «зеленой» химической промышленности будущего.