Биополимеры: взгляд эколога. Эко-упаковка для косметики

Елена Смирнова, к.э.н., директор по развитию Экобюро Greens, www.ecobureau.ru, greens@ecobureau.ru, (925) 253-73-73

О биопластиках сейчас говорят и пишут много, с каждым годом исследовательская, производственная и информационная волна стремительно охватывает все больше людей: химиков, технологов, дизайнеров, производителей, потребителей. Давайте и мы поговорим о биопластиках для жесткой упаковки, их экологической роли и перспективах использования на рынке упаковки, развеивая ряд мифов о биопластиках и биоразложении.

Биопластики – собирательный термин для обозначения полимерных материалов, удовлетворяющих хотя бы одному из следующих критериев: материалы, полностью или частично получаемые из возобновляемого сырья (т.н. пластики на растительной основе) и материалы, способные к разложению под воздействием природных микроорганизмов (биоразлагаемые пластики). Заметим здесь, что Международный союз теоретической и прикладной химии IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) рекомендует не использовать слово «биопластик» и предлагает использовать корректные выражения, например, «полимер биологического происхождения» [1], поскольку люди, мало знакомые со свойствами данных материалов, могут посчитать материал с приставкой «био» автоматически экологически безопасным. Однако мы не можем игнорировать тот факт, что в России широко используются термины «биопластик» и «биополимер».

Первые биополимеры появились еще в середине XX века, но только в последнее десятилетие они переживают настоящий бум в связи с ростом цен на нефть, повышением интереса к возобновляемым ресурсам, ростом обеспокоенности изменением климата, вниманием к утилизации отходов. Также это связано с развитием конкуренции стран Европы и Америки со странами Азии, производящими дешевые полимеры из ископаемого сырья. [2]

Для наглядности, приведем классификацию пластиков, предложенную Европейской ассоциацией биополимеров (European Bioplastics) [3] (рис. 1).

Рис. 1. Классификация полимеров

Как мы видим, биополимеры вовсе не обязательно биоразлагаемые материалы, в то же время, традиционные пластики могут быть биоразлагаемыми.

Биоразложение (биодеградация, биологический распад) в общем случае представляет собой распад какого-либо вещества в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Конечным результатом этого процесса являются устойчивые, простые соединения (такие как вода и углекислый газ), т.е. происходит разделение органических химических соединений с помощью микроорганизмов на углекислый газ, воду и минеральные соли любых других присутствующих элементов (минерализация) и новую биомассу в присутствии кислорода либо разделение на углекислый газ, метан, минеральные соли и новую биомассу в отсутствие кислорода. [4] То есть, в случае с упаковкой биоразложение – это разрушение использованной упаковки, вызванное биологической активностью микроорганизмов, ведущей к существенному изменению физико-химической структуры материала упаковки.

Биоразложение всегда определяется заданными условиями (например, наличием кислорода, определенной температурой) в определенный промежуток времени. То есть материал не может быть биоразлагаемым «вообще», а может только в определенных условиях. Для сравнения различных материалов по способности к биоразложению разработана специальная тестовая методика.

Биоразложение имеет особенно большое значение для получения высококачественных компостов. Эта процедура регламентирована целым рядом стандартов, принятых в различных странах и регионах мира (EN 13 432 и EN 14 995 в Европе, ASTM D6400 в США, GreenPla в Японии) [5]. Согласно европейскому стандарту EN 13432:2000 (на его основе разработан российский ГОСТ Р 54530–2011), биологическое разложение пластика (биодеградация) тестируется в стандартных компостных условиях в течение 180 дней. По результатам тестирования биоразлагаемые пластики (не менее 90%) должны превратиться в углекислый газ, воду и гумус. Далее полученный компост просеивается через сито, сквозь ячейки которого могут проходить частицы размером не более 2 мм. Остаток исходного полимера должен быть не более 10%. При этом полученный компост не должен содержать токсичных элементов или тяжелых металлов [2].

Если продукция удовлетворяет условиям тестирования, то на неё выдается соответствующий сертификат. В Европейских странах наиболее известен сертификат «Пригодно для компостирования» (рис. 2), в США также есть аналогичный знак (рис. 3).

Рис. 2. Европейский знак «Пригодно для компостирования»

Рис. 3. Знак «Пригодно для компостирования в промышленных условиях», США

В 2012 году производство биопластиков было равно 1395 тыс. т (пластики на растительной основе, не поддающиеся биологическому разложению – 791 тыс. т). Прогноз специалистов на 2017 год – 6 185 тыс. т (пластики на растительной основе, не поддающиеся биологическому разложению – 5 185 тыс. т)[3].

По прогнозам к 2020 году доля биоразлагаемых биополимеров даже может достигнуть четверти мирового производства пластмасс. Сегодня их массовое применение сдерживается относительно высокой ценой по сравнению с синтетическими полимерами, получаемыми из нефти: последние дешевле биополимеров в 2,5–7 раз [6].

Авторитетный отчет компании «Аналитика мировой индустрии» (Global Industry Analysts), вышедший в 2010 г. под названием «Устойчивая (зеленая) упаковка: глобальная стратегия», утверждает, что ключевым игроком на рынке зеленой упаковки в ближайшие годы станет производство косметики и товаров для персонального ухода. [7]

Полимеры из растительного сырья также могут иметь маркировку, но это связано с возможностью биоразложения полимера. В Европейских странах наиболее распространена маркировка двух компаний: бельгийской «Ванкот» (Vinçotte ) и немецкой «Дин Цертко» (Din Certco) (рис. 4,5).

Рис. 4. Маркировка пластиков, произведенных полностью или частично из растительного сырья, компания «Ванкот», Бельгия

Рис. 5. Маркировка пластиков, произведенных полностью или частично из растительного сырья, компания «Дин Цертко», Германия

Для косметических средств, а также средств для стирки и уборки (жесткая упаковка) наиболее интересными и технологически приемлемыми материалами можно считать пластики, произведенные полностью или частично из растительного сырья, то есть Био-ПЭ (полиэтилен на растительной основе, Bio-PE) и Био-ПЭТ (полиэтилентерфталат с добавками растительного сырья, Bio-PET). Если в 2010 г. производство Био-ПЭ составляло 200 тыс. тонн, а Био-ПЭТ – 50 тыс. тонн, то в 2015 г. эти цифры (по прогнозу специалистов) уже 450 тыс. тонн и 290 тыс. тонн соответственно [8].

В последнее время активно тестируются и начинают использоваться для такой упаковки полилактиды (полимеры на основе молочной кислоты, PLA). Для туб наиболее целесообразно использовать Био-ПЭ, а также смесь из традиционных полимеров и PLA [9].

Какие производители уже используют пластики на растительной основе для своей продукции?

В 2006 году компания RPC Group выпустила упаковку для губной помады и рассыпчатой пудры/румян из 100% биоразлагаемого сырья – полигидроксиалканоата (PHA) [10].

Итальянский производитель Leoplast, работающий на рынке экологичной упаковки с 2007 года, совместил в своей упаковке биополимер VegetalPlastic и картон, создав линейку «Компостируемый макияж» (Compostable Make Up), включающую футляры для губной помады, упаковку для пудры, емкости разного объема для кремов [7].

Японская косметическая компания Shiseido в 2010 г. представила флакон для шампуня Urara, изготовленный из биополимера Ingeo [11].

В 2010 году началось массовое производство представленного в 2007 г. «зеленого полиэтилена» (рис. 6)., разработанного бразильской компанией Braskem. Этот полимер получают из биоэтанола, произведенного их сахарного тростника. Мощность завода по производству Био-ПЭ – 2000 тыс. т в год [12].

Рис. 6. «Зеленый» полиэтилен, информационная этикетка [13]

Первой их продукцию стала использовать бразильская компания Natura, затем инициативу подхватили «Проктер энд Гэмбл» (P&G) и «Джонсон и Джонсон» (Johnson&Johnson).

Первым брендом P&G, для которого была произведена упаковка на основе биопластика стали шампунь и кондиционер для волос Pantene Nature Fusion. Сначала упаковка стала применяться в странах Западной Европы, однако потом стала использоваться и в других регионах. Затем было налажено производство для Cover Girl и Max Factor [11].

К 2020 году P&G планирует заменить не менее 25% пластиков, используемых в их упаковке, на пластики, получаемые из возобновляемых ресурсов [14]. Долгосрочная цель компании – полностью перейти на упаковку, которая произведена из возобновляемых ресурсов или может быть полностью переработана [15].

Компания J&J в то же время стала использовать «зеленый» полиэтилен для крема от солнца Sundown [12].

В 2015 году в Бразилии планируются открытие еще одного производства мощностью 350 тыс. т в год, финансируемое американской компанией Dow и японской Mitsui [12].

В марте 2011 года компания L’Oreal USA заявила, что она планирует сделать использование биопластиков ключевым моментом в движении к устойчивому развитию. Компания тестирует новые упаковочные материалы, включая Био-ПЭТ, экологичный полиэтилен и PLA [11].

Каковы экологические преимущества биополимеров?

Наиболее важное преимущество – снижение углеродного следа. Углеродный след – это совокупность выбросов всех парниковых газов, произведенных человеком, организацией, мероприятием, продуктом, городом, государством прямо или косвенно. Снижение выбросов парниковых газов – а значит, собственного углеродного следа – можно считать показателем экологически ответственного поведения. Для удобства подсчета и восприятия все парниковые газы переводят в эквивалент СО2 (СО2-экв.), т.е. рассчитывают, какой объем углекислого газа был бы выделен при определенном виде деятельности.

Биологическое сырье для пластиков – всегда растения (кукуруза, сахарный тростник, зерновые), которые фиксируют углерод в процессе фотосинтеза и запасают его в конечном продукте, то есть он не попадает в атмосферу в период использования упаковки. Если упаковку перерабатывать, то углерод так и останется законсервированным в биополимере.

Расчеты показывают, что углеродный след традиционных пластиков, таких как полиэтилен или полистирол, равен примерно 2 кг СО2-экв. на килограмм пластика. Это в два раза выше, чем углеродный след пластиков на растительной основе, и в четыре, чем след PLA [15, 16].

Использование биополимеров позволяет уменьшить зависимость от ископаемых ресурсов (нефти, природного газа), запасы которых ограничены. Если говорить о традиционных видах пластика, то для их производства используется 4% мирового расхода нефти, еще 4% необходимы для получения энергии, обеспечивающей этот процесс [17].

Любые растения – возобновляемые источники энергии, что позволяет уйти от зависимости от невозобновляемых, таких как нефть и природный газ. Некоторые скептики утверждают, что выращивание сырья для биопластиков приведет к сокращению сельскохозяйственных земель, однако на сегодняшний день беспокоиться не о чем. Растения для сырья для биополимеров сейчас занимают 0,01% мировых сельскохозяйственных земель. Визуально эту величину можно представить как томат-черри и Эйфелева башня [18].

Биополимеры на растительной основе можно и следует перерабатывать вторично, однако в тот момент, когда это невозможно их необходимо не захоранивать, а использовать в качестве источников для получения энергии, например, на энергетических установках (рис. 7). Что касается PLA, то упаковку из этого материала также можно перерабатывать вторично, а в конце жизненного цикла – компостировать с получением высококачественного компоста.

Рис. 7. Жизненный цикл упаковки на растительной основе

Резюмируя, можно сделать три основных вывода.

Использование пластиков на растительной основе позволяет значительно сократить углеродный след упаковки, сохранить невозобновляемые природные ресурсы и снизить зависимость от нефти и природного газа.

Наиболее экологически и экономически предпочтительный способ утилизации биополимеров – получение полезного продукта. Это может быть вторичное использование, вторичная переработка, получение компоста или сжигание с получением энергии.

Наилучшая доступная технология в производстве биоразлагаемой упаковки должна быть основана на использовании отходов других производств (например, целлюлозно-бумажной промышленности или сельского хозяйства) из местного сырья [19].

Мы видим, что биополимеры действительно значительно экологичнее, чем упаковка из традиционного пластика. Можно утверждать, что это важный шаг на пути к низкоуглеродной экономике. Несмотря на пока относительно высокую стоимость, их использование позволяет создать наименьшее влияние на окружающую среду. Это важно не только для компании, использующей такую упаковку, но и для покупателей. С каждым годом число экологически ориентированных потребителей увеличивается, особенно это относится к жителям больших городов, где кроме цены товара начали иметь значение и нефинансовые характеристики. К ним можно отнести социальную и экологическую ответственность компании-производителя, экологические характеристики как упаковки, так и маркетинговых программ.

Конечно, идеализированной представляется картина, когда российский производитель использует биопластики на растительной основе или PLA для упаковки, использует возобновляемые источники энергии (такие как ветер или солнце), для печати на упаковке использует только соевые чернила. Но такие примеры в международной практике стали встречаться все чаще, так что мы надеемся, что и российские производители возьмут это на вооружение.

Если вы производите или продаете органическую или экологичную косметику или средства для уборки, мы будем рады помочь вам в продвижении этой продукции. Зачастую неочевидные, но простые маркетинговые ходы позволяют привлечь новые целевые аудитории, увеличить продажи и занять новые рынки.

Использованная литература и источники данных

  1. Terminology for biorelated polymers and applications (IUPAC Recommendations 2012). [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://pac.iupac.org/publications/pac/pdf/2012/pdf/8402×0377.pdf (20.08.2014).
  2. Коваленко О. Биоразложение: углеродный след упаковки. 14.10.2011. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.miru.ru/about/articles/id15 (20.08.2014).
  3. Официальный сайт Европейской ассоциации биопластиков. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://en.european-bioplastics.org/technologymaterials/materials (20.08.2014).
  4. ГОСТ Р 54530–2011 (ЕН 13432:2000). Национальный стандарт Российской Федерации «Ресурсосбережение. Упаковка. Требования, критерии и схема утилизации упаковки посредством компостирования и биологического разложения». Дата введения – 01 января 2013 г.
  5. Plastics. 2008, №2. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.plastics-magazin.de (20.08.2014).
  6. Шишацкий О.Н., Хлебопрос Р.Г., Волова Т.Г. Анализ рынка биопластиков и перспективы его развития. Красноярск: ИБФ, 2008.
  7. Packaging – the creativity of sustainability. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.cosmeticsbusiness.com/technical/article_page/Packaging__the_creativity_of_sustainability/61794 (20.08.2014).
  8. В 2011 году мировое производство биопластиков перейдет отметку в 1 млн тонн [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.cleandex.ru/articles/2011/07/11/v_2011_godu_mirovoe_proizvodstvo_bioplastikov_peryeidet_otmetku_v_1_mln_tonn (20.08.2014).
  9. Bioplastics packaging – Combining performance with sustainability. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://en.european-bioplastics.org/wp-content/uploads/2011/04/fs/Packaging_eng.pdf (20.08.2014).
  10. Компания RPC Group успешно выпустила первую косметическую упаковку из 100% биоразлагаемого сырья. 27.06.2006. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.upakovano.ru/news/287 (20.08.2014).
  11. Косметические компании все активнее используют биополимеры. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.abercade.ru/research/industrynews/6957.html (20.08.2014).
  12. Heath A. Increased interest in dropping in bioplastics. 17.07.2012. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ceepackaging.com/2012/07/17/increased-interest-in-dropping-in-bioplastics (20.08.2014).
  13. Источник рисунка – www.braskem.com.br/site.aspx/Im-green-seal
  14. Sustainability brought to the shelves: green cosmetics. 23.03.2012. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.packaging-gateway.com/features/featuresustainability-brought-to-the-shelves-green-cosmetics (20.08.2014).
  15. P&G Introduces Pantene Plant-Based Plastic Bottles. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.naturalcosmeticnews.com/recent-news/pg-introduces-pantene-plant-based-plastic-bottles (20.08.2014).
  16. Bioplastics vs traditional plastic. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.purac.com/EN/Bioplastics/About-bioplastics/Bioplastics-vs-traditional-plastics.aspx#.U_YqLUhFBpE (20.08.2014).
  17. Benefits of biobased rigid packaging. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://en.european-bioplastics.org/wp-content/uploads/2013/publications/EuBP_FactsFigures_bioplastics_2013.pdf (20.08.2014).
  18. Bioplastics facts and figures. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://en.european-bioplastics.org/wp-content/uploads/2013/publications/EuBP_FactsFigures_bioplastics_2013.pdf (20.08.2014).
  19. Сергиенко О.И., Копыльцова С.Е. Управление отходами полимерной упаковки пищевых продуктов на основе оценки жизненного цикла // Международная конференция «Россия-ЕС: партнерство для модернизации в сфере обращения с отходами», 24 мая 2012 г., Москва.
Источник: № 07 (157) сентябрь 2014

Добавить комментарий