Пластик давно и прочно вошел в нашу
жизнь. Миллиарды тонн этого удобного и дешевого материала после использования
остаются в окружающей среде и не подвергаются переработке. Под действием
солнечных лучей, природных окислителей и механических воздействий пластик
распадается на мелкие частицы, называемые микропластиком. Они, в свою очередь,
могут попадать в организм животных и человека. О том, насколько это опасно и
можно ли избежать захвата планеты микропластиком, с нами поделился доктор
физико-математических наук, член-корреспондент РАН, член Научного совета РАН по
глобальным экологическим проблемам Сергей Люлин.

Член-корреспондент РАН Сергей
Владимирович Люлин.

Источник: Wikimedia Commons.

– Как давно человечество осознало, что
проблема загрязнения океанов микропластиком существует и стоит довольно остро?

– Нельзя сказать, что понимание пришло
одномоментно, но ключевым событием, начиная с которого интерес к проблеме
сильно возрос, можно назвать выход в 2004 году в журнале Science статьи под
названием «Затерянный в море: где весь пластик?» (в оригинале: Lost at Sea:
Where Is All the Plastic? – примечание Indicator). Эта статья привлекла
внимание научного сообщества и широкой общественности к тому, что огромное
количество полимерного мусора находится в океане. Далее ученые стали активно
исследовать, как этот мусор разлагается и влияет на морских животных и морские экосистемы.
Именно отсюда берет свое начало история с микропластиком.

По существующим оценкам к
концу 2015 года произведено всего 8,3 млрд тонн полимеров, из них лишь 600 млн
тонн уходит во вторичную переработку и только 100 млн тонн перерабатывается
более одного раза. 2,5 млрд тонн остается в использовании, а 800 млн тонн
утилизировано (сожжено или захоронено). Оставшаяся часть мусора, а это около
4,9 млрд тонн, просто остается в окружающей среде, загрязняя ее. Полимеры
разлагаются достаточно медленно, и вопрос о том, откуда именно берутся
микропластиковые частицы – а это частицы полимеров размером менее 5 миллиметров
– на самом деле остается открытым. Некоторые исследования показывают, что
главная причина появления микропластика в океанах – это работа очистных
сооружений и стиральных машин. При каждой стирке одежда может терять до 0,3 %
своей массы, а значит, что от нее «отсоединяются» небольшие частички, волокна.
Все эти полимеры – и синтетические, и натуральные – попадают в океан. Есть даже
мнение, что до 60 % всего микропластика на дне водоемов составляют
синтетические волокна. Кроме того, мелкие частицы образуются в процессе
разложения полимеров. Например, использованная пластиковая упаковка, которая не
отдается на переработку, а отправляется в мусор, постепенно – в течение очень
длительного времени – деградирует под действием ультрафиолета, кислорода и
свободных радикалов, которые есть в окружающей среде. В океане, помимо этих
факторов, на полимеры оказывают механическое воздействие волны и ветер, а также
агрессивная соленая среда; в этих условиях измельчение и образование частиц
микропластика происходит быстрее.

– Можно ли сделать так, чтобы
микропластик не образовывался?

– Пока таких технологий нет, но
рассуждения на эту тему, безусловно, есть. Сейчас ученые стоят перед дилеммой,
какие полимеры более экологичны: быстро или медленно разлагающиеся. Если
говорить о быстро разлагающихся полимерных материалах, то среди них на рынке
много таких, которые создаются путем смешивания синтетических полимеров с
биоразлагаемыми соединениями, например, с крахмалом. Нельзя однозначно
утверждать, что мы приносим больше пользы природе, используя так называемые
биоразлагаемые полиэтиленовые пакеты, поскольку под действием воздуха крахмал,
который входит в его состав, гидролизуется, из-за чего механические свойства
пакета ухудшается, а само изделие быстрее распадается на мелкие кусочки.
Соответственно, выбрасывая такой пакет, мы приводим к очень быстрому
образованию микропластика.

Если же рассматривать непосредственно
полиэтилен, то довольно сложно говорить о том, что микропластик, образующийся в
результате его распада, однозначно вреден для окружающей среды. Это лишь один
из этапов разложения материала до более коротких полимерных цепочек. Когда эти
цепочки укорачиваются до соединений с молекулярной массой меньше 500, то они,
на самом деле, оказываются уже естественными для природы. Поэтому главный
вопрос сегодня заключается в том, можно ли сделать распад полимеров
контролируемым, чтобы в результате образовывались короткие полимерные цепочки
определенного химического состава. Технически это можно было бы сделать, но такие
решения будут очень дорогими. В противовес этому современные пластики так
широко распространены потому, что они очень дешевые, но в то же время очень
удобные в использовании.

– Есть ли различия между микропластиком,
который образуется в результате разложения полиэтилена, полипропилена,
полистирола и других полимеров?

– Эти молекулы, в зависимости от
химической структуры, будут несколько по-разному распадаться. Например,
исследования показывают, что в процессе разложения полиэтилена – одного из
самых простых полимеров – образуется до 200 различных соединений. Все они
достаточно безвредны, и в принципе говорить о том, что сами по себе частицы
микропластика вредны – сильное преувеличение. Большинство полимеров химически
инертны и хемостойки. Микропластик может быть вреден скорее с той точки зрения,
что он может выступать носителем для иных, уже опасных, загрязнителей,
например, тяжелых металлов. Если говорить о том, какие именно полимеры наиболее
вредны, то здесь можно выделить поливинилхлорид, поскольку это представитель
хлорорганических соединений, а они сами по себе довольно токсичны. Кроме того,
поливинилхлорид практически не перерабатывается. Остальные полимеры по степени
воздействия на окружающую среду скорее не сильно различаются.

– То есть основной вред микропластика
заключается в том, что его частицы могут переносить различные загрязнители?

– Да, но нужно признать, что достоверных
научных данных, описывающих влияние микропластика на живые организмы, не так
много. В первую очередь, никто не сравнивал микропластик с другими возможными
носителями загрязняющих веществ, например, пылью или мелким песком. Еще вопрос,
конечно, в размерах этих частиц. В прошлом году вышла статья, в которой
сравнивались наночастицы и микрочастицы пластика (сопоставимые с размерами
вирусов и бактерий соответственно). Оказалось, что, хотя обе группы по
современной классификации относятся к микропластику, между ними есть огромная
разница. Наночастицы имеют большую удельную площадь поверхности и,
соответственно, больше могут адсорбировать загрязняющих веществ на единицу
массы. Кроме того, они легче взаимодействуют с клетками и проникают через
различные естественные барьеры, например, гематоэнцефалический барьер. Кроме
того, стоит заметить, что в принципе не сами полимеры вредны, а те добавки,
которые в них присутствуют. Это могут быть пластификаторы, стабилизаторы,
антиоксиданты, антипирены. Именно они часто токсичны. И чем меньше частицы, тем
быстрее выделяются из них токсичные вещества.

Хотелось бы еще вспомнить одну
интересную работу, посвященную влиянию малых частиц полиэтилена на мембраны
живых клеток. Авторы экспериментально и с помощью компьютерного моделирования
показали, что в течение 100 наносекунд частицы взаимодействуют с клеточными
мембранами и проникают в них, что может привести к существенному изменению
липидного бислоя. Этот эффект объясняется тем, что полиэтилен имеет довольно
сильное химическое сродство с «хвостиками» липидных молекул. Если описанный
механизм действительно верный, то малые полимерные частицы могут встраиваться в
мембрану и приводить либо к смерти клетки, либо к изменению механизмов ее
работы. Относительно других полимеров подобные исследования еще только
предстоит провести, но уже сейчас понятно, что на их воздействие будут сильно
влиять те функциональные группы, которые будут нести на поверхности частицы,
образовавшиеся при распаде длинных цепей.

– Переработка считается одним из
наиболее действенных способов борьбы с накоплением пластиковых отходов. А
образуются ли в этом процессе частицы микропластика?

– Образование микропластика при
переработке полимеров – это не самая большая проблема, на мой взгляд. Конечно,
пластиковые микрочастицы могут образовываться, особенно если рассматривать
механическую переработку полимеров. Но технически с этим можно справиться с
помощью более аккуратного проведения процесса и специальных приборов для
улавливания. Более важная проблема механической переработки заключается в том,
что в этом случае мы смешиваем разные полимеры, причем их цепочки неизбежно
укорачиваются. Значит, и свойства пластиков будут меняться. То есть при
механической переработке мы не можем гарантировать конечную чистоту и качество
полимера. Но есть и другой тип переработки – химическая. В этом случае при
использовании различных катализаторов при повышенных температуре и давлении
могут получаться полезные низкомолекулярные соединения. Сейчас, например, с
помощью термолиза получают различные масла, которые могут быть хорошими
добавками к топливу. Эти технологии должны дальше развиваться, чтобы стать
более дешевыми.

Другая задача – это создание мономеров
из вышедших из употребления полимеров химическим путем. Если ее решить, то
можно создать непрерывный круговорот полимеров, когда отработанные материалы
без всяких потерь лягут в основу новых полимеров. При этом, конечно, никакого
микропластика образовываться не будет.

– Часто, когда говорят об экологии,
пользуются сравнительной оценкой, говоря, например, что одна территория более
загрязненная, чем другая. Как с этой точки зрения можно оценить степень
загрязнения микропластиком океанов, омывающих территорию России, а также ее
континентальных вод?

– К сожалению, российских исследований
на тему микропластика по разным причинам довольно мало. При этом кроме нас наши
моря, океаны и внутренние водоемы никто исследовать не будет. В этом году в
Хакасии прошла Первая всероссийская конференция по загрязнению окружающей среды
микропластиком MicroPlastics Environment – 2022, где специалисты,
интересующиеся проблемой микропластика, представляли свои доклады. Все они
приходят к выводу, что микропластик обнаруживается в принципе везде. Он есть во
всех океанах и во всех водоемах. Он обнаружен в Байкале, который является
природным достоянием не только России, но и мира. Возможно, есть доля истины в
том, что Россия омывается океанами, которые относительно меньше загрязнены
микропластиком, поскольку у нас достаточно протяженная граница проходит по
Северному Ледовитому океану, в котором нет мусорных пластиковых «островов»,
характерных, например, для Атлантики. На мой взгляд, даже если это так и
концентрация микропластика у нас меньше, чем в других акваториях, то это просто
дело времени, ведь проблема загрязнения океанов трансгранична. Микропластик
долгое время может сохраняться в естественной среде, а значит и мигрировать с
водными и воздушными течениями. Лично для меня вопрос микропластика
воспринимается как некая отложенная проблема, поскольку сейчас человек еще не
сталкивается с теми его концентрациями, которые могли бы быть опасны. И именно
сейчас – самое подходящее время для научных исследований, для того, чтобы
понять реальные угрозы, а также продумать те меры, которые нужно предпринять,
чтобы защитить будущее поколение от опасности, связанной с микропластиком.
Очень важной является деятельность Росприроднадзора, который в своей работе
активно взаимодействует с российскими учеными и фактически стимулирует работы в
области выделения и характеризации микропластика, изучения опасности
микропластика для здоровья.

Микропластик в морской среде. Фото Е. Е. Есюковой, дизайн М. Б.
Зобкова. Источник: Институт океанологии имени П. П. Ширшова РАН.

– Как Вы представляете себе лучший и
худший сценарий распространения микропластика на планете?

– Безусловно, лучший сценарий – тот, в
котором человечество научится управлять разложением полимеров до такого
состояния, когда они распадаются до мелких частиц, вполне естественных для
природы, и будет максимально использовать многократную переработку полимеров.
Кроме того, нам следует поменять свое отношение к полимерам. Мы выбрасываем
использованные полимеры не потому, что они плохие, а потому, что они дешевые. У
меня огромная надежда на молодежь, поскольку именно молодежь сейчас больше
всего озабочена экологическим подходом к используемым материалам. Это и
раздельный сбор мусора, и экологическое просвещение. Чтобы решить проблему, в
первую очередь нужно повысить уровень дискуссии. Общество должно больше знать о
полимерах. Худший сценарий наступит, если мы просто не будем думать о том, что
мы потребляем и о судьбе того, что мы произвели. В этом случае, конечно, мы
можем быстро загрязнить Землю огромным количеством полимерного мусора, который
не сможем контролировать.

Источник: Indicator.Ru.