Учёные создали биоразлагаемый пластик, вдохновившись листьями растений

Упаковка LEAFF из биопластика с ломтиком яблока. Изначально этот пластик на основе ферментированного сахара разлагался только при высоких температурах, но инженеры из Университета Вашингтона в Сент-Луисе разработали новую версию, которая разлагается при комнатной температуре. Автор: Пунит Дхатт

Проблема загрязнения окружающей среды пластиком, полученным из нефти, давно волнует общество, а осознание вредного воздействия микропластика на пищевые и водные ресурсы только усиливает эту озабоченность.

В ответ на это исследователи разрабатывают биоразлагаемые версии традиционного пластика — «биопластики». Однако современные биопластики тоже имеют недостатки: они менее прочные, чем нефтехимические аналоги, и разлагаются только в системах компостирования при высоких температурах.

Исследователи из Университета Вашингтона в Сент-Луисе решили обе проблемы, вдохновившись обычными листьями растений. Ещё до изобретения пластика люди заворачивали пищу в листья, которые легко разлагаются благодаря структуре, богатой целлюлозой. Инженеры университета решили добавить целлюлозные нановолокна в конструкцию биопластиков.

«Мы создали многослойную структуру, где целлюлоза находится в середине, а биопластики — по бокам», — пояснил Джошуа Юань, профессор и заведующий кафедрой энергетики, экологии и химической инженерии в Школе инженерии Маккелви. «Таким образом мы получили очень прочный материал с многофункциональными свойствами», — добавил он.

Технология была разработана на основе двух самых распространённых биопластиков. В исследовании, опубликованном ранее в этом году в журнале Green Chemistry, Юань и его коллеги использовали свою «листоподобную» структуру для улучшения прочности и биоразлагаемости полигидроксибутирата (PHB). В новой работе, опубликованной в Nature Communications, они усовершенствовали технологию для полимолочной кислоты (PLA).

Рынок пластиковой упаковки оценивается в 23,5 млрд долларов (~1,88 трлн рублей) и доминируют в нём полиэтилен и полипропилен — нефтехимические полимеры, которые распадаются на вредные микропластики. Разработанный учёными биопластик LEAFF (Layered, Ecological, Advanced and multi-Functional Film) позволяет PLA разлагаться при комнатной температуре.

Кроме того, новая структура обеспечивает низкую проницаемость для воздуха и воды, что помогает сохранять продукты свежими, а также позволяет наносить печать прямо на упаковку, что снижает затраты производителей.

«Более того, целлюлозная структура LEAFF придаёт ему более высокую прочность на растяжение, чем у нефтехимических пластиков, таких как полиэтилен и полипропилен», — объяснил Пунит Дхатт, аспирант лаборатории Юаня и первый автор статьи.

Жизненный цикл материала LEAFF. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-61693-2

Готовность к циклической экономике

США находятся в выгодном положении для доминирования на рынке биопластиков и создания «циклической экономики», где отходы повторно используются вместо того, чтобы загрязнять окружающую среду.

Юань надеется, что технология скоро выйдет на промышленный уровень, и ищет коммерческих и благотворительных партнёров для масштабирования. Конкуренты из Азии и Европы также работают над аналогичными решениями, но у США есть преимущество благодаря развитой сельскохозяйственной системе.

«США особенно сильны в сельском хозяйстве», — отметил Юань. «Мы можем обеспечить сырьё для производства биопластиков по более низкой цене по сравнению с другими регионами».

Исследователи университета также разработали способы преобразования различных отходов, включая углекислый газ и пищевые отходы, в биопластики с помощью микробных штаммов, таких как Pseudomonas putida.

«У США есть проблема с отходами, и циклическое использование может значительно сократить их количество, превратив в полезные материалы», — сказал Юань. «Если мы сможем расширить цепочку поставок биопластиков, это создаст новые рабочие места и рынки».

Дополнительная информация: Jinghao Li et al, Integrated design of multifunctional reinforced bioplastics (MReB) to synergistically enhance strength, degradability, and functionality, Green Chemistry (2025). DOI: 10.1039/D4GC02440K
Puneet S. Dhatt et al, Biomimetic layered, ecological, advanced, multi-functional film for sustainable packaging, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-61693-2

Источник: Washington University in St. Louis