Устранение микропластика на сельскохозяйственных угодьях

Фермеры и садоводы во многих странах используют мульчирующие плёнки для повышения урожайности. Эти плёнки, часто изготавливаемые из полиэтилена, помогают контролировать рост сорняков, температуру почвы и потребление воды. Однако нефтехимический материал не является биоразлагаемым. В результате остатки плёнки необходимо с большим трудом собирать в конце сезона, иначе они загрязняют поля. В рамках проекта NewHyPe исследователи из Института силикатных исследований Фраунгофера ISC совместно с европейскими партнёрами разрабатывают устойчивые, биоразлагаемые мульчирующие бумаги с защитным гибридным покрытием.

Пластиковые отходы загрязняют не только океаны, но и сельхозугодья. Согласно исследованию Университета Байройта, на обычных сельхозугодьях можно обнаружить как крупные, так и мелкие частицы пластика. К загрязнению приводят мульчирующие плёнки, покрывающие почву грядок или полей. Они призваны продлить вегетационные периоды, сократить количество сорняков, а также уменьшить испарение и улучшить водный баланс почвы.

Плёнки из нефтехимического полиэтилена (PE) необходимо собирать после сбора урожая. Обычно остаются остатки. Следовательно, остатки PE остаются в почве на десятилетия и накапливаются там, поскольку микроорганизмы не могут их разложить. Фрагменты PE могут оказывать физическое воздействие на почву и попадать в пищевую цепь. Хотя биоразлагаемые плёнки из полилактида уже доступны, они очень дороги. Команда исследователей из Fraunhofer ISC в Вюрцбурге совместно с научными и промышленными партнёрами из Германии, Финляндии и Норвегии работает над проектом NewHyPe, чтобы разработать биоразлагаемые, устойчивые альтернативы. Экологичная замена крупным плёнкам должна быть недорогой и пригодной для массового производства.

Биоразлагаемая бумага заменяет пластиковые плёнки

Партнёры проекта полагаются на целлюлозную бумагу для разработки устойчивых плёнок. «Одно из преимуществ бумаги в том, что она может разлагаться очень быстро, не оставляя следов. Но в настоящее время этот процесс слишком быстрый. Материал не выдерживает полного сельскохозяйственного сезона. Как только пройдёт несколько дождей, материал размягчается, и защита перестаёт быть эффективной», — говорит доктор Клаус Роуз, исследователь Fraunhofer ISC. Следовательно, для стабилизации бумаги и противодействия быстрому разрушению необходимо функциональное покрытие. Защитное гибридное покрытие изготовлено из ORMOCER®. Класс материалов этих неорганическо-органических гибридных полимеров был разработан более 30 лет назад в Fraunhofer ISC. «Покрытие состоит из двух различных компонентов, органического полимера и неорганического силиката, которые обычно несовместимы. Но в комбинации они обеспечивают химическую и механическую стабильность, сохраняя при этом способность к разложению», — объясняет исследователь. Заменитель материала должен прослужить сельскохозяйственный сезон около трёх-шести месяцев, а затем полностью разложиться. Первые тесты показали, что покрытие бумаги увеличивает её прочность во влажном состоянии, делая её более стабильной, чем непокрытый аналог. Кроме того, компостирующий тест показал, что покрытый материал разлагается медленнее.

Новая гибридная мульчирующая бумага

Помимо стабилизирующего функционального покрытия, партнёры проекта работают над совершенно новой гибридной мульчирующей бумагой, изготовленной как из функционализированной целлюлозы с включёнными ORMOCER®, так и из функционализированной наноцеллюлозы, которая характеризуется высокой собственной стабильностью из-за очень высокого соотношения длины к толщине. Это предполагает связывание целлюлозных волокон гибридным полимерным связующим, сшивающим отдельные волокна, как клей. Плотность сетки влияет на стабильность. Эта система связующего эффективно действует как покрытие. Следовательно, гибридная бумага не требует дополнительного покрытия. «Бумага должна быть гидрофобизирована, т.е. сделана водоотталкивающей. Кроме того, она должна быть более устойчивой к разрыву, чем обычная бумага. Механическая стабильность, а также устойчивость к УФ-излучению являются важными свойствами. Её следует запахивать после сбора урожая», — объясняет химик. Оптимизация композита — это основная задача. Как только она будет полностью разработана, упаковочная промышленность также сможет извлечь выгоду из нового материала: «Биоразлагаемая бумага вместо пластиковых плёнок станет значительным вкладом в защиту окружающей среды», — говорит Роуз.

Мульчирующую бумагу планируется производить с использованием рулонного процесса. Но он ещё не готов. Сначала необходимо провести многочисленные испытания, например, как покрытие бумажными плёнками влияет на рост томатов и других культур.