Устранение микропластика на сельскохозяйственных угодьях

Jul 13, 2023

1 октября 2021 г.

от Общества Фраунгофера

Во многих странах фермеры и садоводы используют мульчирующие пленки для повышения урожайности. Пленки часто изготавливаются из полиэтилена и могут использоваться для контроля роста сорняков, температуры почвы и потребления воды. К сожалению, материал на основе нефти не является биоразлагаемым. Следовательно, остатки пленки необходимо собирать в конце сезона со значительными усилиями, иначе они загрязнят поля. В рамках проекта NewHyPe исследователи из Института исследований силиката Фраунгофера (ISC) работают с европейскими партнерами над разработкой устойчивой, биоразлагаемой мульчирующей бумаги с защитным гибридным покрытием.

Пластиковые отходы загрязняют не только океаны, но и сельскохозяйственные угодья. Согласно исследованию Университета Байройта, крупные и мелкие пластиковые частицы можно обнаружить на обычных сельскохозяйственных угодьях. Мульчирующие пленки, покрывающие почву грядок или сельскохозяйственных угодий в сельском хозяйстве и садоводстве, способствуют загрязнению. Они предназначены для продления вегетационного периода и уменьшения количества сорняков, а также для уменьшения испарения и улучшения водного баланса почвы.

Пленки из полиэтилена на основе нефти (ПЭ) необходимо собирать после сбора урожая. Обычно это оставляет остатки. Следовательно, остатки ПЭ остаются в почве десятилетиями и накапливаются там, поскольку микроорганизмы не могут их разрушить. Фрагменты ПЭ могут оказывать физическое воздействие на почву и попадать в пищевую цепь. Хотя биоразлагаемые пленки из полимолочной кислоты уже доступны, они очень дороги. Команда исследователей из Fraunhofer ISC в Вюрцбурге работает с исследовательскими и промышленными партнерами из Германии, Финляндии и Норвегии над проектом NewHyPe по разработке биоразлагаемых, устойчивых альтернатив. Экологически чистый заменитель больших пленок должен быть недорогим и пригодным для массового производства.

Партнеры проекта полагаются на бумагу на основе целлюлозы для создания экологически чистых пленок. «Одним из преимуществ бумаги является то, что она может очень быстро разлагаться, не оставляя следов. Но в настоящее время этот процесс происходит слишком быстро. Материал не прослужит весь сельскохозяйственный сезон. После нескольких дождей материал размягчается, и защита теряется. больше не эффективен», — говорит доктор Клаус Роуз, исследователь Fraunhofer ISC. Следовательно, необходимо функциональное покрытие для стабилизации бумаги и противодействия быстрой деградации. Защитное гибридное покрытие изготовлено из ORMOCER. Класс материалов этих неорганически-органических гибридных полимеров был разработан более 30 лет назад в Fraunhofer ISC. «Покрытие состоит из двух разных компонентов: органического полимера и неорганического силиката, которые обычно несовместимы. Но в сочетании они обеспечивают химическую и механическую стабильность, сохраняя при этом способность к разложению», — объясняет исследователь. Заменительного материала должно хватить на сельскохозяйственный сезон продолжительностью от трех до шести месяцев, а затем он должен полностью разложиться. Первые испытания показали, что покрытие бумаги повышает ее устойчивость к влажной среде, делая ее более стабильной, чем ее аналог без покрытия. Кроме того, испытание на компостирование показало, что материал с покрытием разлагается медленнее.

Помимо стабилизирующего функционального покрытия, партнеры проекта работают над совершенно новой гибридной мульчирующей бумагой, изготовленной как из функционализированной целлюлозы с включенными ORMOCER, так и из функционализированной наноцеллюлозы, которая характеризуется высокой внутренней стабильностью из-за очень высокого соотношения длины к толщине. Это включает в себя соединение целлюлозных волокон с помощью гибридного полимерного связующего, сшивая отдельные волокна как клей. Плотность сетки влияет на стабильность. Эта связующая система эффективно действует как покрытие. Следовательно, гибридная бумага не требует дополнительного покрытия. «Бумага должна быть гидрофобизированной, то есть водоотталкивающей. Кроме того, она должна быть более устойчивой к разрыву, чем обычная бумага. Механическая стабильность, а также устойчивость к ультрафиолетовому излучению являются важными свойствами. После сбора урожая ее следует перепахать», - объясняет химик. Оптимальное сочетание является актуальной задачей. Как только этот материал будет полностью разработан, новый материал также сможет принести пользу упаковочной промышленности: «Биоразлагаемая бумага вместо пластиковых пленок внесет значительный вклад в защиту окружающей среды», — говорит Роуз.