Пенопласт из грибов: как херсонские исследователи открыли новый материал

Забота об окружающей среде за последние годы стала настоящим мировым трендом. Все больше людей в разных уголках планеты понимают — ресурсы экологии не вечны, природа не в состоянии бесконечно долго переваривать миллиарды тонн пластиковых отходов, генерируемых человечеством. Океан, заполненный дрейфующим мусором, гигантские свалки на суше, травмированные и убитые синтетическим хламом животные … Пластик даже начал появляться в геологических исследованиях.

Многообещающей заменой обычным пластмассам может стать биопластик, поскольку он решает сразу две проблемы: сокращает использование нефти и уменьшает глобальное загрязнение. Сейчас количество пластика, полученного из биологического сырья, составляет около 1% из всех доступных на рынке полимеров и имеет устойчивую тенденцию к росту — в 2019 году рынок биопластика оценивался в $7 млрд, и по прогнозам исследователей, в ближайшие пять лет он продолжит увеличиваться на 16% каждый год.

Первые попытки использовать растения для производства пластика предпринимались еще в 19 веке — в 1856 году в Великобритании на основе растительной целлюлозы создали биопластик «Паркезин», который должен был заменить слоновую кость. Позже, в 1930-х годах Генри Форд использовал для производства некоторых запчастей материал, полученный из соевых бобов. К сожалению, в то время растительное сырье вытеснила более дешевая альтернатива — нефть. Только в 1990-х годах появились новые технологии, которые позволили сделать производство экополимеров коммерчески выгодным.

Какое только сырье не используют сейчас производители для изготовления биопластика — сахарный тростник, картофель, кукуруза, корни кассавы, касторовое масло.

В Херсонском государственном аграрном университете случайно нашли способ производить экологичный материал, похожий на пластик … из грибов. Херсонские ученые-аграрии, экспериментируя с технологиями выращивания вешенок, создали естественный пенопласт.

Все началось с грибных экспериментов

Кафедра технологий переработки и хранения сельскохозяйственной продукции ХГАУ ориентирована на переработку продукции животноводства и растениеводства, в том числе грибоводства. Здесь агрономы (специальность Агрономия) исследуют химический состав, урожайность грибов, технологи-пищевики (Пищевые технологии) работают над видами термообработки, вкусовыми качествами, проводят опыты по разработке рецептур, например, из последнего — производство грибного порошка для суповых наборов, макаронные изделия с грибным порошком, высушенные вешенки кусочками для заправок жульенов и т. д.

«Для опыта-анализа, чем отличаются свежесорванные вешенки от вешенок, которые хранились в магазине, я принес на кафедру грибные блоки, — рассказывает доцент кафедры, кандидат сельскохозяйственных наук Игорь Чернышев, — и мы вырастили вешенку. Отработанный блок оставили в подсобке. Когда он высох, мой коллега Максим Левченко отметил, что структура блока стала похожа на пенопласт по весу и свойствам, и предложил попробовать сделать из него различные изделия, которыми можно пользоваться в быту».

Для того чтобы изделия получались легкими, но при этом прочными и функциональными, прежде всего занялись поиском идеального субстрата — важно не только получить лучший вариант пластика, а использовать для этого именно отходы сельскохозяйственной продукции. На этом этапе к работе присоединился еще один сотрудник кафедры — Геннадий Каращук.

Первопроходцем и «вдохновителем» для экспериментов стал стандартный субстрат для выращивания грибов из лузги подсолнечника и соломы пшеницы. В дальнейшем были попытки практически со всеми растительными отходами сельского хозяйства — соломой зерновых, кострой льна, обертками початков кукурузы, шелухой сои, гороха, проса, риса, зеленой травой и сеном. Лучшие из них уже определены, но пока исследователи держат их в тайне.

Вырастить полимер в … горшке

На формирование грибного пластика стандартно идет 2 недели. Технология проста: зараженную грибницей смесь укладывают в специальную форму, дают мицелию развиться и зафиксировать субстрат, после чего развитие грибницы останавливают. Далее ферментированный жизнедеятельностью мицелия материал высушивают — для этого в искусственных условиях нужно несколько часов, а в естественных — пять-семь дней. В работе ученых принимают участие и студенты университета. На кафедре работает научный кружок «Технолог», где студенты, которым интересно грибоводство, проводят опыты по определению скорости роста грибов, урожайности, исследуют штаммы, проводят дегустацию новых продуктов. Именно при создании биопластика ребята, участники кружка, были ответственны за измельчение соломы и пастеризацию.

По словам изобретателей, термин биопластик не совсем правильный. Это, скорее, комплексный полимер из целлюлозы, лигнина растений и хитина грибов. Преимуществ нового материала над пластиком из углеводов много:

• он изготавливается из отходов сельскохозяйственного производства (устраняется их сжигание на полях);
• это абсолютно безотходное производство (даже вода после пастеризации становится ценным удобрением);
• грибной полимер является экологически чистым природным продуктом без клеящих компонентов, выделения продуктов распада и т.п.;
• легкая и быстрая утилизация отработанного продукта путем компостирования (разлагается в почве за месяц, улучшая структуру почвы, служит кормом для червей и почвенных микроорганизмов);
• сам продукт имеет приятный запах грибов, уникальный рисунок поверхности и фактуру, которая не повторяется, имеет небольшую массу.

Впрочем, есть и недостатки: материал подвержен гниению при повышенной температуре, легковоспламеняющийся, его сложно стандартизировать по физико-химическим свойствам.

Полученный в ХГАУ и уже запатентованный материал по структуре получается похож на папье-маше, рыхлую двп или пенопласт, от мягкого до плотного. Он легко режется и крошится, но и не требует обработки — форма задается при наполнении форм субстратом.

За пару месяцев экспериментов на кафедре успели создать несколько привычных в быту вещей — абажур для лампы, пивную кружку, вазу для цветов. Получены образцы тротуарной плитки, заложены опыты по изготовлению облицовочных плиток для внутренней отделки, созданы формы для крафтовых термостаканов. Планируют сделать лего-формы для изготовления лего-кирпичиков для строительства и утепления домов. Исследователи хотели бы сделать и более массивные изделия, но этому мешает недостаточная площадь лабораторий.

От кашпо к «живому фасаду»

Вообще, проблема с помещениями на кафедре не нова. «На профильной комиссии, когда я пришел с просьбой выделить мне здание в аренду, я привычно услышал от депутатов: чего ты снова сюда явился?» — делится наболевшим Игорь Чернышев. — «Я шесть лет выбиваю в облсовете разрешение на приватизацию списанных помещений для производства грибов — результата ноль!». Возможно, ситуацию могли бы исправить гранты или будущий инвестор, который наладит серийное производство товаров ширпотреба или стройматериалов из уникального, дружественного к окружающей среде материала. Документы на грант на кафедре уже готовятся, ученые уверены — полученный ими материал имеет все шансы на будущее.

«Из нашего биопластика получается хороший утеплитель, похожий по свойствам на пенопласт, замечательные кашпо и абажуры для ламп, даже садовая мебель. Они выдерживают любую температуру в минусовых или плюсовых диапазонах, кроме температуры горения, конечно. Важнейшее преимущество в том, что этот биоматериал в пять-шесть раз дешевле синтетического пластика, а служить может так же долго. Синтетика разлагается более чем за сто лет, а наш биопластик — за какой-то месяц превращается в стопроцентный компост, как опавшие листья. К тому же, никаких тебе токсичных отходов, которые могут отравлять землю, воздух, воду.»

Планов на будущее много. «Конечно», — добавляет Игорь — «кроме продолжения исследований в грибоводстве, у нас есть масса других мыслей. Понятно, что многое сдерживается отсутствием или несовершенством материально-технической базы, и мы стараемся лавировать между хочется и можется. Но, например, у нас есть идея разработать новые покрытия для фасадов зданий. Пилотное название — живая краска. Покрытие будет живым, будет расти, поглощать углекислый газ, шум, пыль и выделять кислород.

Поэтому работаем!»

Смотрите, как утеплить дом с помощью конопли — украинец рассказал о своем методе для «Экорубрики»