Aby uświadomić sobie rozmiar problemu, warto przytoczyć kilka liczb. Według stowarzyszenia Plastics Europe światowa produkcja tworzyw sztucznych rośnie od ponad pół wieku i w 2013 r. wyniosła 299 mln ton. W tym samym roku zapotrzebowanie w Europie na różnego typu tworzywa sztuczne zamknęło się w 46,3 mln ton, z czego 39,6 proc. stanowiły różnego rodzaju opakowania. Tymczasem recyklingowi na Starym Kontynencie poddawane jest zaledwie 26 proc. zużytych tworzyw. Ponad jedna trzecia trafia na wysypiska śmieci.

Przykładem konsumenckiego wyrobu z tworzywa sztucznego są chociażby jednorazówki. – Chemicy zajmujący się polimerami bardzo długo pracowali nad tym, by wytworzyć folie odporne na różne czynniki i wytrzymałe w użytkowaniu. Kiedy to się już udało, pojawił się inny problem: okazało się, że po użyciu nadmiernie obciążają środowisko. Więc teraz trwają badania nad foliami o podobnych właściwościach, ale niestanowiącymi obciążenia dla natury – mówi dr inż. Katarzyna Wilpiszewska z Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie, dodając, że nazywanie wielu typów reklamówek dostępnych obecnie w sklepach biodegradowalnymi jest lekko mylące. – One co prawda są tak zbudowane, że – jak to się fachowo mówi – ulegną defragmentacji. Problem polega jednak na tym, że po rozpadzie wciąż pozostaną drobiny tworzyw sztucznych, które będą się rozkładać setki lat – tłumaczy Wilpiszewska.

Dlatego alternatywnym rozwiązaniem dla przemysłu opakowaniowego mogą być materiały zbudowane na bazie substancji pochodzenia naturalnego, co do których mamy pewność, że po zużyciu nie tylko się rozpadną, ale będą mogły być też przetworzone w ramach naturalnych procesów. Taki materiał zaprojektowali szczecińscy naukowcy: to biodegradowalna folia wykonana na bazie naturalnych polimerów – skrobi i celulozy, a konkretnie lekko zmodyfikowanych pochodnych obu związków karboksymetyloskrobi (znanej pod anglojęzycznym skrótem CMS) i karboksymetylocelulozy (CMC).

Materiał zaczął swoje życie jako projekt badawczy, który miał zaowocować artykułem w czasopiśmie naukowym. Chciał go napisać wtedy jeszcze student, a dzisiaj doktorant na Wydziale Technologii i Inżynierii Chemicznej Adrian Antosik. – Tymczasem powstała z tego praca magisterska, a materiału wystarczy na kilka artykułów – śmieje się Antosik, który już wcześniej pracował na zmodyfikowanej skrobi. Problem badawczy brzmiał następująco: co się stanie, jeśli do rozpuszczonego CMS dodamy środek sieciujący, swego rodzaju cement wiążący poszczególne łańcuchy skrobi?

Proces wygląda następująco. Najpierw do wody dodaje się środek sieciujący – w tym wypadku kwas cytrynowy, również środek pochodzenia naturalnego. Dopiero do tak przygotowanej mieszanki dodaje się zmodyfikowaną skrobię w proszku, która wykorzystywana jest w branży spożywczej jako zagęstnik. Z tego względu ważna jest kolejność dodawania kolejnych składników, bo naturalna lepkość CMS przeszkadzałaby w równomiernym rozpuszczeniu się kwasu cytrynowego w wodzie. Powstały w ten sposób roztwór należy odparować i w efekcie otrzymuje się bezbarwną, plastyczną substancję.

Naukowcy chcieli jednak poprawić właściwości mechaniczne swojej folii, w związku z czym zdecydowali się dodać do mieszkanki zmodyfikowaną celulozę. – Sterując stosunkiem CMS do CMC, możemy regulować właściwości końcowego produktu. Możemy zwiększyć jego hydrofilowość, sterować właściwościami mechanicznymi, kontrolować wielkość skurczu, tzn. zmianę rozmiarów po odparowaniu wody – mówi Antosik. Po przebadaniu wielu wariantów udało się otrzymać substancję wystarczająco plastyczną i mocną, aby dało się ją swobodnie formować w taki sposób, aby nie pękała, jak również hydrofilową. Niestety, wytrzymałość nie pozwala wyprodukować z niej reklamówki jednorazowej – co nie znaczy, że opracowana na ZUT folia nie może znaleźć innych, praktycznych zastosowań.

Największym, potencjalnym beneficjentem może być szeroko rozumiane rolnictwo. Naukowcy ze Szczecina widzą tutaj przynajmniej kilka potencjalnych pól zastosowań. Pierwszym jest produkcja nawozów, a konkretnie otoczek, w które można by pakować nawozowe granulaty. Idea stojąca za tym rozwiązaniem jest taka, że w fazie transportu folia dzięki swojej hydrofilowości chroniłaby nawóz przed wilgocią. Natomiast w glebie pęczniałaby stopniowo, powoli uwalniając potrzebne roślinom substancje. Innym pomysłem byłaby produkcja taśm nasiennych, a więc rolek z zamkniętymi w nich nasionami. Taką taśmę wystarczy potem rozwinąć na polu lub działce, przysypać glebą i nie trzeba się martwić o to, czy między roślinami będzie równy odstęp. Dodatkowym walorem jest to, że do taśmy można dodać np. środek przeciwgrzybiczny, substancję zwiększającą odporność na mróz czy nawóz. Folia mogłaby być wykorzystywana także do otoczkowania nasion dla nadania im takiej samej wielkości, co ma znaczenie przy przemysłowym ich sortowaniu. – Mogłaby nawet stanowić element tacek na mięso lub w dowolnym innym miejscu, gdzie potrzebna jest ochrona przed wilgocią, nawet przy transporcie owoców – zastanawia się Wilpiszewska.

Dodatkową korzyścią z wykorzystania folii autorstwa szczecińskich naukowców jest jednak to, że wykonana jest z materiałów pochodzenia naturalnego, które już w tej chwili znane są przemysłowi. Wykorzystuje się je m.in.: w branży spożywczej, kosmetycznej, papierniczej, farmaceutycznej oraz tekstylnej. Stosowane są jako dodatek do żywności, hydrożele, zagęstniki, środki zapobiegające zbrylaniu, lepiszcze i napełniacze.

Badacze z ZUT nie spoczywają jednak na laurach i deklarują prowadzenie dalszych badań mających na celu udoskonalenie ich wynalazku. – Chcemy między innymi poprawić właściwości mechaniczne, ale też odporność na wodę. Niewykluczone, że w trakcie prac uda nam się opracować kilka wariantów wynalazku, lepiej dostosowanych do konkretnych potrzeb – zapewnia Wilpiszewska. Aktywnie poszukują też nowych zastosowań, w tym m.in. jako filmów klejowych, czyli po prostu nośników dla kleju. W pracy nad tym ostatnim zagadnieniem współpracują z prof. Zbigniewem Czechem, który w tej samej uczelni ma jedyną w kraju pracownię klejów.