Chemia wraca do natury

National Geographic: Czarny telefon z bakelitu to dziś przedmiot kolekcjonerski. Ale tworzywa sztuczne, które zdominowały nasze otoczenie, uważamy za jedno z poważniejszych ekologicznych zagrożeń. Czy słusznie?

Prof. Zbigniew Florjańczyk: Są obszary, takie jak medycyna czy techniki informacyjne, w których nie kwestionujemy dobrodziejstwa tworzyw sztucznych, bo ich stosowanie jest niezbędne. Natomiast groźne dla środowiska są te wyroby, które bardzo krótko żyją, zwłaszcza opakowania. To one stwarzają największy problem. Według moich danych przeciętny Polak produkuje niecałe 300 kg odpadów rocznie. Opakowania i śmieci z tworzyw sztucznych to tylko 6–7 proc. wagi wszystkich śmieci. Ale polimery są lekkie, więc stanowią ponad 30 proc. ich objętości. I są widoczne. Torebka foliowa, którą unosi wiatr, rzuca się w oczy, a kawałek zardzewiałego gwoździa, który waży 10 razy tyle albo więcej, jest niewidoczny.

NG: Co groźniejsze, gwóźdź czy torebka?

Prof. Zbigniew Florjańczyk: Torebki wydają się gorsze z punktu widzenia zanieczyszczenia środowiska, ponieważ są duże. Zagrażają zwierzętom, bo mogą być przez nie połknięte. Ale nie ma żadnego problemu technologicznego, aby je przerobić kilka razy, a na koniec spalić, bo te torebki powstają z ropy naftowej – ok. 5 proc. tego surowca idzie na produkcję tworzyw. Można więc użyć go kilka razy, po czym zamienić w bardzo dobre paliwo. Plastikowe torebki są przydatne np. w spalarniach, gdzie trafiają różne rzeczy. Jedne odpady palą się dobrze, inne źle i takie torebki doskonale służą za „wzmacniacz płomienia”. Poza tym nie trzeba ich myć.

NG: Ale ludzie obawiają się spalarni.

Prof. Zbigniew Florjańczyk: W Wiedniu istnieje spalarnia śmieci w środku miasta. Jest to nowoczesne dzieło architektoniczne zaprojektowane przez Friedensreicha Hundertwassera. Gdy taki zakład wybudowano w pobliżu Pruszkowa, były protesty społeczne i teraz niepracująca instalacja niszczeje. Na szczęście udało się postawić spalarnię w Warszawie na Targówku. Profesjonalne spalanie jest bezpieczne, bo wszystkie szkodliwe produkty tego procesu są wyłapywane i utylizowane, w przeciwieństwie do spalania w ogródkach, które jest częstym procederem. I bardzo niebezpiecznym dla środowiska. Nawet spalanie gazet, w końcu zrobionych z celulozy, bywa groźne w skutkach, bo farba drukarska zawiera rozmaite substancje chemiczne, które mogą być źródłem toksyn.

NG: Tych tworzyw produkujemy tyle, że aby się ich pozbyć, w każdej dzielnicy musiałaby stanąć spalarnia.

Prof. Zbigniew Florjańczyk: Jest już coraz więcej firm, które zbierają takie odpady, potrafią określić ich wartość opałową i dostarczają do odbiorców, m.in. do cementowni. Na przykład Górażdże mają system ogrzewania nastawiony na stare opony. Cementownie w dużej mierze opalają swoje instalacje tworzywami, a potrzebują bardzo dużo energii. Potrafią spalić wszystko, a to, co spalą, mogą jeszcze wrzucić do cementu i poprawić w ten sposób jego jakość. Zbierają też pyły z kotłowni i innych źródeł energii, więc jest to wielki czyściciel środowiska. Najbardziej racjonalnym sposobem wykorzystania odpadów z tworzyw syntetycznych jest jednak recykling.

NG: Tyle że ktoś musi je zebrać i starannie posegregować, a z tym wciąż jest problem.

Prof. Zbigniew Florjańczyk: Spalać warto te tworzywa, które masowo produkujemy. Są jednak i takie, które opłaca się przerabiać nawet kilka razy. Na przykład w przemyśle samochodowym pewne części „żyją” cztery razy, chociaż po każdym użyciu wartość tych tworzyw spada. Najpierw robi się z nich zderzaki, które muszą być wytrzymałe, potem części elastyczne, jak przeguby, wycieraczki czy fragmenty tapicerki. Stopniowo od takiego tworzywa coraz mniej się wymaga i na koniec trzeba je spalić. Wielką karierę zrobił PET, z którego produkuje się popularne butelki. Jeszcze dekadę temu było wiele tworzyw, które z nim konkurowały, a nawet wydawało się, że wyprą go z rynku. Ale właśnie aspekt ekologiczny zadecydował o tym, że jego produkcja gwałtownie rośnie. To jest tak szlachetne tworzywo, że użyte najpierw na butelkę, może być potem wielokrotnie przetwarzane. Zgranulowany PET wykorzystujemy ponownie jako gotowy polimer, produkuje się z niego np. izolacje. Doskonale poprawia jakość farb, klejów, lakierów. Można go rozłożyć częściowo lub całkowicie na surowce, z których został otrzymany, i zrobić z niego inne tworzywo.

NG: Dlaczego nie wytrzymały z nim konkurencji opakowania szklane, mimo że niedawno próbowano do nich wrócić?

Prof. Zbigniew Florjańczyk: Szkło trzeba umyć przed ponownym użyciem, a to jest ekologiczna strata, bo zużywamy wtedy wodę i detergent. Wyprodukowanie szkła kosztuje bardzo dużo energii – z punktu widzenia obciążenia środowiska. Do jego wytworzenia konieczna jest temperatura powyżej 1000 stopni. Ile paliwa potrzeba na to wszystko! A na dodatek szklana butelka waży o wiele więcej niż torebka z tworzywa sztucznego. Jeśli więc zastanawiamy się, czy przetransportować mleko w opakowaniach szklanych, czy z leciutkich tworzyw, to bierzemy pod uwagę zużycie paliwa. Kiedy zrobiono rzetelne kalkulacje, co bardziej obciąża środowisko, okazało się, że z tworzywami nic nie może konkurować. A kiedy są posegregowane i czyste, łatwiej je przerobić na coś innego.

NG: Makulatury też już nie zbieramy…

Prof. Zbigniew Florjańczyk: Przerób papieru pochłania olbrzymie ilości wody, która wymaga potem oczyszczenia, bo makulaturę trzeba rozbić na małe kawałki, odcisnąć, wyprasować. Tu znów tworzywa wygrały.

NG: I odpadów przybywa...

Prof. Zbigniew Florjańczyk: Dlatego szuka się innych rozwiązań. Jednym z nich są polimery biodegradowalne, czyli takie, które się same w środowisku rozkładają. Podobnie jak drewno, bawełna, jedwab, które też są polimerami, ale wytwarza je natura. W związku z tym alternatywą dla recyklingu czy spalania tych tworzyw, które się rozłożyć nie chcą, jest produkcja nowego typu materiałów, które można kompostować. Po pewnym czasie ulegną one biodegradacji, czyli zachowają się podobnie jak polimery naturalne. Są różne metody ich wytwarzania. Możemy zmodyfikować polimer naturalny tak, żeby wykorzystać jego zdolność do biodegradacji, a przy tym poprawić jego właściwości użytkowe. I tak się robi np. ze skrobią. Polimery te wykorzystuje się na szeroką skalę w rolnictwie i sadownictwie, a także do produkcji naczyń jednorazowego użytku. Potrafimy również stworzyć całkowicie syntetyczne tworzywo biodegradowalne. Możemy sprawić, że specjalne szczepy bakterii będą wytwarzać polimery o odpowiednich właściwościach, tzw. polimery bakteryjne, które wszystkie liczące się koncerny mają w planach swojego rozwoju. Wiele bakterii, a niektóre szczepy szczególnie, produkują poliestry jako materiał zapasowy. Gdy przychodzi okres głodu, zjadają jego rezerwy. Dlatego te polimery są rozkładalne. My zmieniamy kod genetyczny bakterii tak, by efektywniej produkowały, i karmimy je różnymi substancjami, głównie cukrowymi, również gliceryną, a one porastają, tworząc coś w rodzaju kokonu. Produkują materiał o różnych właściwościach – sztywny lub elastyczny. Możemy wpływać na jego strukturę, zmieniając albo bakterię, albo jej pożywienie. Kiedy mamy już taki kokonik, rozpuszczamy polimer, oddzielamy go i formujemy rozmaite wyroby jednorazowego użycia. Ta produkcja, na razie jeszcze stosunkowo droga, ma przyszłość, bo pozwala otrzymywać różne rodzaje materiałów. Bakterie potrafią też wytwarzać celulozę, która ma o wiele lepsze właściwości niż ta produkowana w naturze przez rośliny. Jest bardzo droga, ale to wspaniały materiał, mający zastosowanie m.in. w opatrunkach.

NG: W naturze te bakterie też tak funkcjonowały?

Prof. Zbigniew Florjańczyk: Tak, ale w małej ilości i nie były „przekarmiane”. Natura sama produkuje doskonałe polimery – na przykład jedwab, który od razu ma strukturę włókna. A najwspanialsze włókna produkują pająki. Niestety, nie można ich „skoszarować”, bo są kanibalami. Nić pajęczą chcemy zatem odtworzyć metodami biotechnologicznymi. Na przykład skutecznie eksperymentuje się z kozim mlekiem. Na razie najbardziej obiecującym rozwiązaniem, w którym również wykorzystujemy biotechnologię, jest wykorzystanie do produkcji polimerów kwasu mlekowego. Kwas ten produkują bakterie ze skrobi. Dalej przerabia się go chemicznymi metodami na tworzywo – polikwas mlekowy albo polilaktyd. Ta idea narodziła się w latach 90. XX w. w USA w firmie Cargill, która jest olbrzymim producentem kukurydzy. Do puszek trafiały tylko ziarenka i pozostawało mnóstwo odpadów. Firma zainwestowała więc w proces biotechnologiczny przerobu tych odpadów na kwas mlekowy, a w dalszej kolejności na tworzywo o bardzo dobrych właściwościach. Ta technologia szybko się rozwija. Stosujemy naturalny surowiec, często z odpadów (u nas prawdopodobnie obierki byłyby niezłym surowcem). To jest bardzo szlachetne tworzywo, porównywalne m.in. z PET-em. A największą jego zaletą jest to, że znika w kompoście w podwyższonej temperaturze ok. 65° i wraca w procesie biosyntezy do środowiska. Pożyczamy sobie coś z natury, wykorzystujemy to i zwracamy. Bilans się zamyka.

NG: Czy to właśnie jest przyszłość chemii?

Prof. Zbigniew Florjańczyk: Sądzimy, że tak. Powrót do surowców naturalnych, uniezależnienie się od ropy naftowej, mimo że całkowicie wyeliminować się jej nie da. Japonia ma program, w którym chce wszystkie odpady komunalne przerabiać na polilaktyd. Biodegradowalne polimery już dawno stosujemy do celów medycznych. Nici chirurgiczne, śruby do zespalania kości, uzupełnienia różnego typu ubytków to polimery biodegradowalne. Używamy ich też w systemach kontrolowanego uwalniania leków. W osłonce polimerowej, która się degraduje, lek uwalnia się ze stałą szybkością i mamy cały czas optymalne stężenie terapeutyczne. Z kolei sztuczne serce robimy z takiego polimeru, który się szybko nie rozłoży. Mamy tu polimery biodegradowalne i biozgodne – takie, które nie kreują stanów zapalnych i chorobowych, ale są odporne na działania naszych wewnętrznych systemów. To nie jest świat opakowań – 1 euro czy dwa za kilogram, tylko 500 i więcej. Ale w medycynie nikt nie liczy kosztów, zwłaszcza że używa się niewielkich ilości tych tworzyw. Natomiast w produkcji opakowań stosuje się inne, nieporównywalnie tańsze tworzywa biodegradowalne.

NG: Coraz chętniej je wykorzystujemy.

Prof. Zbigniew Florjańczyk: Niestety, istnieją również fałszywe produkty biodegradowalne lansowane w niektórych supermarketach – określane jako oksydegradacyjne. Ta metoda była już kiedyś stosowana w wersji ze skrobią, z którą mieszało się polimer syntetyczny. Biodegradacji ulegała skrobia, a reszta się kruszyła i rozpylała w środowisku. Te materiały stosowano w Izraelu, na pustyni, gdzie uprawy rosły pod foliami i nie przejmowano się tym, że trochę pyłów organicznych dostanie się do piasku. Ale one trafiały do systemów nawadniających, a że polimer jest lżejszy od wody, zaczynały ją zanieczyszczać. I niszczyć urządzenia, takie jak pompy. Opracowano więc inny system, polegający na tym, że do normalnego polimeru syntetycznego (najczęściej popularnego polietylenu), dodaje się substancje, które się utleniają. Taka wyrzucona torebka zaczyna się degradować pod wpływem tlenu, światła słonecznego i niewielka jej część – nie więcej niż 20 proc. – może być skonsumowana przez mikroorganizmy. Katalizator, który przyspiesza jej rozpad, nie jest w stanie dotrzeć do zwartych fragmentów struktury polimeru. Jego składnik krystaliczny pozostaje w postaci nanopyłu. Jest niewidoczny, ale zaczynamy nim oddychać i nie wiem, czy nie będziemy mieli problemu takiego jak z azbestem. W wielu materiałach stosuje się dziś tzw. nanorurki. To mikroskopijne włókienka o świetnych właściwościach mechanicznych, które wzmacniają strukturę tworzyw, ale po procesie ich rozkładu pozostaje polimerowy pył. Specjaliści w dziedzinie polimerów są tym praktykom przeciwni – jest to zaśmiecanie środowiska, tylko bardziej subtelne, bo pyłem.

NG: Staramy się być ekologami, a skutek jest odwrotny?

Prof. Zbigniew Florjańczyk: Istnieje wiele akcji pozornie proekologicznych, za którymi stoją koncerny, które je promują, i wielkie sieci handlowe. I do tego jest odpowiednia reklama. Rzeczywiście, skutek jest taki jak się zapowiada – taka oksydegradacyjna torebka po pewnym czasie zniknie. Ale nie całkowicie. Nie można jej kompostować, bo tylko częściowo ulegnie degradacji. To nie jest produkt, który akceptują środowiska akademickie. Optujemy za tworzywami biodegradowalnymi. Chodzi o to, żeby pozostawić naturalny surowiec, a zastosować nowoczesne, enzymatyczne metody wytwarzania materiału.

NG: Zwłaszcza że chcąc żyć ekologicznie, nie możemy obejść się bez polimerów.

Prof. Zbigniew Florjańczyk: Żadnych nowoczesnych źródeł energii – kolektorów, śmigieł wiatraków bez polimerów nie można zbudować, bo to muszą być lekkie konstrukcje, które nie będą zużywać energii, gdy się je wprawi w ruch. W najnowszych wersjach samolotów Boeinga odchodzi się od metalu na rzecz kompozytów polimerowych. Dzięki temu maszyna zużywa dużo mniej paliwa, a poza tym wytrzymałość niektórych z tych materiałów jest większa niż stali. Szlachetne polimery są potrzebne. Problem jest z tymi masowymi, które żyją krótko. Ale wszyscy inwestują w nowe technologie, bo to się opłaca i jest akceptowane przez społeczeństwo. Jeśli popatrzymy, jaki jest średni dochód na głowę mieszkańca danego kraju i jakie są typowe produkty przemysłu chemicznego, to im wyższy dochód, tym bardziej rośnie w tym udział polimerów. Gdybyśmy żyli w świecie zdyscyplinowanych obywateli, którzy sortują odpady i nie zaśmiecają środowiska, to byśmy w ogóle nie mówili o ekologicznych zagrożeniach ze strony tworzyw sztucznych.