Биоразлага́емые пла́стики — полимерные материалы, способные распадаться под действием микроорганизмов на простые природные соединения, такие как вода, углекислый газ, метан, неорганические вещества, и биомассу. Хотя биодеградация таких материалов возможна в почве и водной среде, для большинства биоразлагаемых пластиков необходимы строго определённые условия — повышенная температура, влажность и доступ кислорода, — которые обеспечиваются преимущественно в условиях промышленного компостирования.

Понятия «биопластики» и «биоразлагаемые пластики» не совпадают и не являются взаимозаменяемыми. Биопластик — любой пластмассовый материал, частично или полностью полученный из возобновляемого сырья; способность к биоразложению для него необязательна. Напротив, биоразлагаемые полимеры могут синтезироваться как из биологического, так и из нефтехимического сырья.

К наиболее распространённым видам биоразлагаемых пластиков относят полилактиды (ПЛА, PLA), полигидроксиалканоаты (ПГА, PHA), материалы на основе крахмала и целлюлозы, а также пластмассы на основе поливинилового спирта (ПВА, PVA). Их используют прежде всего в пищевой и промышленной упаковке, сельском хозяйстве (мульчирующие плёнки), а также в медицине (рассасывающиеся швы, имплантаты). Несмотря на быстрый рост отрасли с начала 2000-х годов, доля таких материалов остаётся скромной: в 2024 году их мировое производство едва превысило 1 млн тонн, тогда как суммарный выпуск всех пластиков превысил 414 млн тонн. Высокая себестоимость и ограниченная инфраструктура утилизации пока сдерживают их масштабное внедрение.

При отсутствии специализированного сбора и компостирования биоразлагаемые изделия могут создавать экологические риски. В естественных средах (почва, пресная или морская вода) они разлагаются лишь частично, образуя стойкий микропластик, сопоставимый по вредному воздействию с традиционными полимерами. При захоронении на полигонах, где преобладают анаэробные условия, такие материалы дополнительно выделяют метан и CO₂, усиливая парниковый эффект.

Регламентацию производства и утилизации обеспечивают международные и национальные стандарты. Документы ASTM International, ISO и Европейского комитета по стандартизации построены на схожих критериях: степень минерализации оценивают по объёму выделенного CO₂, дезинтеграцию — по доле частиц размером свыше 2 мм в компосте, а также тестируют компост на экотоксичность.

История развития

Первым шагом к созданию биоразлагаемого пластика стало открытие французского микробиолога . В 1926 году он впервые выделил и описал (ПГБ, PHB) — природный полиэфир, накапливаемый бактерией Bacillus megaterium в качестве запасного вещества. Открытие Лемуана осталось почти незамеченным: в 1920-е годы внимание науки было сосредоточено на бурно растущей нефтехимии, а микробиологические технологии не достигли промышленного уровня. В 1958 году британские микробиологи Дж. Р. Макрей () и Дж. Н. Уилкинсон (), а также Н. Ф. Уильямсон () совместно с Уилкинсоном показали, что Bacillus накапливает PHB как внутриклеточный запас энергии и углерода, и описали лабораторный метод выделения полимера. Эти работы фактически «переоткрыли» PHB и положили начало систематическим исследованиям полиэфиров бактериального происхождения.

Технологическое развитие в этой области началось лишь в 1970-х — нефтяной кризис 1973 года вызвал резкий рост цен на нефть, из-за чего производители начали искать альтернативу традиционным пластмассам. В 1975 году группа японских учёных обнаружила штаммы  — бактерий типа Bacteroidetes, способных разлагать отходы производства нейлона. Это стало одним из первых доказательств возможности биодеструкции синтетических полимеров. Примерно в то же время компания Imperial Chemical Industries (ICI) довела выход PHB в культуре до 70 % сухой клеточной массы— рекордный показатель для того времени. Полученный полимер относился к короткоцепочечным полигидроксиалканоатам, отличавшимся повышенной хрупкостью, но и высокой скоростью разложения.

В 1980-е годы активность в этой области значительно возросла. Американские биотехнологи Энтони Сински () и Оливер Пиплс () выявили ключевую изомерную форму фермента , участвующего в биосинтезе PHB, что открыло путь к рациональной инженерии штаммов-продуцентов. Позднее они основали одну из первых специализированных компаний — (сейчас — Yield10 Bioscience), ориентированную на производство устойчивых биоматериалов. В 1983 году компания ICI получила венчурное финансирование и учредила дочернее предприятие Marlborough Biopolymers для промышленного выпуска первого биоразлагаемого пластика широкого применения — сополимера PHB/PHV, известного как PHBV, под торговым названием Biopol. Однако себестоимость производства материала всё ещё значительно превышала стоимость традиционных пластиков. Параллельно, в конце 1980-х, Патрик Грубер () предложил более экономичную технологию получения полимолочной кислоты (ПЛА, PLA) из кукурузного сырья, что заложило основу для широкого применения биопластиков в упаковке и одноразовых изделиях .

С 2000-х годов отрасль растёт ускоренными темпами: биоразлагаемые материалы рассматриваются как необходимое условие экологической устойчивости. Крупные химические концерны — японский Showa Denko, американский , итальянский (марка ), а также немецкие Boiotec и BIOP Biopolymer Technologies и нидерландская Rodenburg Biopolymers — запустили собственные линии по производству ПГА и смежных полимеров.

Биоразлагаемые пластики находят применение в медицине, текстильной промышленности и упаковке. При этом в 2025 году их доля оставалась скромной — около 1 млн т из мирового выпуска более чем 414 млн т пластмасс. Среди главных барьеров на пути массового внедрения биоразлагаемых пластиков — слабое законодательное регулирование, высокая себестоимость, сравнительно низкая прочность изделий и дефицит экологического просвещения среди населения.

Объём рынка биоразлагаемых пластиков достиг $5,43 млрд в 2023 году. По прогнозам, он почти удвоится к 2030 году благодаря запретам на одноразовый пластик и растущему спросу на экологичные решения. Значительное увеличение потребления ожидается в развивающихся экономиках Малайзии, Индии, Китая и Бразилии.

Свойства

Все полимеры со временем деградируют под действием физических, химических и биологических факторов: ультрафиолета, абразивного износа, гидролиза и окисления, что сопровождается постепенной фрагментацией и образованием микропластика. Ключевое отличие биоразлагаемых материалов в том, что при заданных условиях они проходят полную минерализацию за сравнительно короткий промежуток времени, в то время как обычный пластик может сохраняться в окружающей среде сотни лет. В индустриальных компостировочных установках (t ≈ 58 °C, высокая влажность, активная микрофлора) этот срок обычно составляет 3-6 месяцев. Распад инициируется ферментами бактерий и грибов: сначала полимерная цепь гидролизуется до олигомеров и мономеров, затем в аэробной среде превращается в углекислый газ, воду и биомассу, а в анаэробной — в смесь углекислого газа, метана и биомассы. На скорость процесса влияют температура, влажность, pH, доступ кислорода и состав микробного сообщества.

Биоразлагаемые материалы часто путают с «биопластиками», производимыми из возобновляемого растительного сырья — однако биологическое происхождение не гарантирует биоразлагаемость. Сам по себе термин «биоразлагаемый пластик» не имеет практического значения без указания среды, в которой происходит разложение. Биоразлагаемость зависит от химической структуры и степени кристалличности материала, а не от происхождения сырья — биоразлагаемые полимеры могут быть получены как из биомассы, так и из ископаемого сырья.

По сравнению с традиционными пластмассами, биоразлагаемые обладают рядом преимуществ. Так, большинство коммерческих биополимеров перерабатываются стандартными методами экструзии, литья под давлением, термоформования и выдувного формования. PLA и сополимеры PHA демонстрируют низкую кислородную проницаемость и удовлетворительные барьерные свойства по водяному пару, что делает их востребованными в пищевой упаковке и медицинских изделиях. При надлежащей утилизации (промышленное компостирование, анаэробное сбраживание с утилизацией биогаза) они способны снизить долю пластмассовых отходов и нагрузку на полигоны.

Недостатки биоразлагаемых пластмасс — относительно невысокая прочность, термостойкость и долговечность по сравнению с полиолефинами и полистирольными материалами. Для улучшения потребительских свойств биопластики дополняют волокнистыми и неорганическими наполнителями, пластификаторами, а также влаго- и жироотталкивающие покрытиями; подобные модификации могут уменьшать конечную степень или скорость биоразложения.

+ Сравнение основных биоразлагаемых пластиков Название Происхождение Тип полимера Биоразлагаемость Условия разложения Применение PLA (полимолочная кислота) Возобновляемые ресурсы (кукуруза, сахар) Алифатический полиэфир Да Только при температуре >60 °C (промышленное компостирование) Упаковка, 3D-печать, одноразовая посуда PHA (полигидроксиалканоаты) Возобновляемые ресурсы (глюкоза, микроорганизмы) Алифатический полиэфир Да В почве, воде, домашних условиях Упаковка, волокна, биомедицинские изделия PBAT (Полибутилентерефталат) Ископаемое сырьё Смешанный алифатико-ароматический полиэфир Да Промышленное и бытовое компостирование Плёнки, упаковка, посуда PBS (полибутилен сукцинат) Ископаемое/частично биооснованное сырьё Алифатический полиэфир Да В промышленных условиях Пищевые и косметические упаковки PCL (поликапролактон) Ископаемое сырьё Алифатический полиэфир Да Морская вода, почва, компостирование Клеи, упаковка, поддоны PVA (поливиниловый спирт) Ископаемое сырьё Виниловый полимер Частично* Растворим в воде, не всегда биоразлагается Таблетки, гигиенические средства Целлюлоза и производные Возобновляемые ресурсы (древесина, растения) Природный полисахарид Да В природных условиях Биокомпозиты, текстиль, упаковка Крахмал и крахмальные смеси Возобновляемые ресурсы (кукуруза, картофель и др.) Природный полисахарид + смеси Да В промышленных или бытовых условиях (в зависимости от состава) Упаковка, одноразовая посуда, плёнки

Производство

Биоразлагаемые полимеры получают двумя принципиально различными методами — химическим и биотехнологическим.  Химический путь — полимеризация или модификация низкомолекулярных соединений в лабораторных и промышленных реакторах. В качестве сырья используют преимущественно возобновляемые мономеры — молочную кислоту, сахара́, целлюлозу, крахмал или растительные масла. Именно так выпускают, например, полимолочную кислоту (полилактид, PLA). Биотехнологический путь — микробиологический синтез, при котором ряд бактерий (чаще , , Pseudomonas spp.) накапливают полигидроксиалканоаты (PHA/PHB) в виде внутриклеточных гранул-депо. После ферментации клетки лизируют, а полимер экстрагируют.

На финальных стадиях производства в состав биоразлагаемых пластиков — как полученных химическим, так и биотехнологическим способом — вводят функциональные добавки: стабилизаторы, пластификаторы, наполнители и красители. Международные стандарты, регулирующие компостируемые материалы, требуют, чтобы все компоненты конечного изделия, включая добавки, также были биоразлагаемыми и не обладали токсичностью для окружающей среды.

Из биосырья Биополимеры из крахмала, целлюлозы, сахаров и агро-отходов сегодня формируют около 55 % мирового выпуска биопластиков.