В НовГУ выяснили, что биопластик может оказаться опаснее для природы, чем обычные полимеры

Международная группа ученых, куда вошел специалист НовГУ, провела масштабный анализ всех доступных научных исследований почти за половину столетия и пришла к выводу: биоразлагаемый пластик вовсе не так безопасен, как принято считать. Более того, его экологические риски могут превосходить таковые от традиционного пластикового загрязнения. Ученые подтвердили — ранние оптимистичные оценки были получены в коротких экспериментах, а настоящая опасность такого пластика может проявляться со временем. Поэтому необходимы долгосрочные исследования в условиях, максимально приближенных к природным.

Среди авторов работы — доктор биологических наук ведущий научный сотрудник НовГУ Евгений Абакумов.

Стремясь решить проблему пластикового загрязнения, мир сделал ставку на биоразлагаемые пластики — материалов, которые способны разрушаться в природной среде под действием микроорганизмов, превращаясь в воду и углекислый газ. Биопластики производят из разного сырья: растительного крахмала, целлюлозы, синтетических полимеров с особой химической структурой. При этом для их разложения часто требуются особые условия — например, высокие температура и влажность, наличие большого количества специализированных микроорганизмов. Поэтому такие пластики зачастую не исчезают полностью, а лишь распадаются на мелкие фрагменты — биоразлагаемый микропластик. Вопрос о том, как подобные типы загрязнения влияют на экосистемы, долгое время оставался спорным.

Чтобы этот дискуссионный вопрос перешел в практическую сферу конкретных решений, ученые из России, Китая и Гонконга провели объемный обзор научной литературы, посвященной разложения пластиков. Выводы представлены в Journal of Hazardous Materials.

Всего ученые проанализировали 151 научную работу, которые были опубликованы в период с 1978 по 2024 год. Исследователи сфокусировали внимание на трех основных типах биоразлагаемых пластиков, которые используются повсеместно: полимолочной кислоте (PLA), полибутиленадипаттерефталате (PBAT) и их смеси. Они также сравнили их воздействие на окружающую среду с обычным микропластиком (полиэтиленом, полистиролом и т. д.).

— В поле зрения попали самые разные аспекты: от изменений в химическом состоянии почвы и процессов роста растений до состояния дождевых червей, водных организмов и потенциальных рисков для человека. Особое внимание мы уделили тому, как влияют на итоговый эффект доза, размер частиц, их форма и главное — продолжительность воздействия и старение пластика в окружающей среде, — рассказал Евгений Абакумов.

Проведенный метаанализ показал, что биоразлагаемый микропластик оказывает комплексное негативное влияние на все уровни экосистем. Находясь в почве, он меняет ее структуру, нарушает баланс жизненно важных элементов и стимулирует выбросы парниковых газов. Например, при разложении некоторых BMP в атмосферу выделяется значительно больше углекислого газа и метана, чем от обычного полиэтилена. Еще тревожнее его роль как «переносчика».

Из-за особенностей химического строения частицы биоразлагаемого пластика, особенно такие как PBAT, гораздо эффективнее, чем обычные, связывают тяжелые металлы (кадмий, свинец), пестициды и антибиотики. Старея в окружающей среде, такой микропластик становится более пористым и шероховатым, что только усиливает его поглотительные свойства. В результате он не просто накапливает загрязняющие вещества, но и способствует их распространению и дальнейшему попаданию в живые организмы.

— Для растений и животных последствия тоже оказались значительными. В высоких дозах биоразлагаемый микропластик угнетает рост сельскохозяйственных культур, повреждает корни и приводит к снижению урожайности. Дождевые черви, проглатывая частицы, накапливают в своих тканях больше токсинов. В водной среде такой пластик может как подавлять, так и стимулировать рост водорослей, в том числе вредоносных цианобактерий, нарушая хрупкое равновесие экосистем, — добавил Евгений Абакумов.

Самым неожиданным оказался вывод, который касался микробного мира. Образуя вокруг себя особую среду — пластисферу — частицы BMP становятся миниатюрными «островками» с уникальным набором микроорганизмов. Таким образом, трансформируется состав микробиома почв Это создает долгосрочные риски как для здоровья почвы, так и, опосредованно, для человека.

Ученые подчеркивают, что большинство исследований, посвященных разложению BMP, проводились в короткие сроки. В них изучалось воздействие пластика на экосистемы в течение недель или месяцев. Но на самом деле со временем пластик фрагментируется на более мелкие и опасные части, его поверхность разрушается, а добавки (пластификаторы, красители) постепенно вымываются. Именно этот долгосрочный, накопительный эффект и упускался из виду.

— В 97% статей продолжительность эксперимента была менее полугода, и более 75% исследований имели продолжительность 1–2 месяца; следовательно, большинство исследований изучали краткосрочные экологические эффекты биоразлагаемого микропластика. Большинство исследований при этом были лабораторными экспериментами (82,1%), вегетационными опытами (9,9%) или полевыми (8,6%), — рассказал Евгений Абакумов.

Реальные концентрации BMP в природе пока невелики (чаще всего доли процента в почве), но они будут неуклонно расти с увеличением производства и использования биоразлагаемых материалов. Поэтому авторы настаивают: будущие исследования должны моделировать именно такие, растянутые во времени сценарии с реалистичными концентрациями.

— Важно помнить при этом, что накопленного пластика мы уже на избавимся. А если не использовать его теперь — например, пластиковую упаковку, — то мы будем выбрасывать больше продуктов из-за ухудшения сроков хранения. Это будет увеличивать уровни органического загрязнения и эмиссии климатически-активных газов, — пояснил ученый.

Научный обзор может поставить под определенное сомнение безоговорочный статус безопасности биоразлагаемых пластиков для окружающей среды. Они могут помочь в борьбе с видимым мусором, но при этом, возможно, способны порождать незаметную на первый взгляд угрозу — микропластик с непредсказуемыми последствиями для экологии планеты.