Из нефти в «нефть» по-менделеевски
Часто говорят, что история развивается по спирали. При желании можно, конечно, найти как подтверждения этой мысли умного древнего грека Ксенофонта, так и аргументы против неё, но в любом случае анализ событий прошлого и попытка примерить их на настоящее бывают порой, как минимум, любопытны. А как максимум, могут оказаться полезными при решении каких-нибудь вопросов современности. К тому же существует ряд постоянных проблем, преследующих человечество всю его историю. Например, как обеспечить себя пропитанием, жильём или… куда девать мусор?
На протяжении тысячелетий проблема отходов решалась в основном по принципу: выкинь ненужное и забудь о нём. Технология работала практически без сбоев, поскольку всё нужное и так шло впрок, а совсем ненужное как-то само собой растворялось в окружающей среде, постепенно становясь её частью. Это продолжалось, пока человек использовал и производил материалы, так или иначе присутствующие в самой природе. Дерево, камень, растительные и животные вещества — всё это изымалось, а потом возвращалось в природу в более или менее «знакомом» ей виде. Если люди покидали обжитые места, то через сотню лет можно было и не догадаться, что здесь когда-то была деревня либо распаханное поле. Круговорот углерода уверенно работал. Но ситуация поменялась, когда человечество изобрело синтетическую пластмассу.
До 1898 года в мире не было ни одной молекулы полиэтилена — это полностью рукотворный материал, которого никогда не существовало в природе. То же самое можно сказать и о множестве других типов пластиков, например, о полипропилене или полиэтилентерефталате, из которых производят пластиковые бутылки и другую упаковку. Весь ХХ век производство пластиков стремительно развивалось, делая полимеры всё более технологичными. Поэтому нет ничего удивительного в том, что пластик в итоге потеснил, а где-то и полностью вытеснил многие «классические» материалы вроде металла, стекла, дерева или бумаги. Говорят, что мы сейчас живём в пластиковом мире, ну или что пластиковый мир победил, — это, по сути, правда. И как у всего, у пластика есть своя тёмная сторона.
Общеизвестная проблема пластика в том, что он крайне медленно разрушается в природе. Пластмасса не гниёт и не ржавеет. Полимерные молекулы могут распадаться под действием ультрафиолета Солнца или окисляться кислородом и рассыпаться на кусочки, но процесс этот совсем не быстрый. Существуют бактерии и даже насекомые, способные кое-как «грызть» пластмассу, но пока это больше актуально для лабораторных условий. Бутылку из-под газировки, выброшенную в лесу, никто пока целиком не съест, даже за десять лет. И хотя о проблеме пластикового загрязнения с точки зрения экологии можно говорить много, попробуем взглянуть на неё с другой, более химической стороны.
Источником сырья для производства основных и самых крупнотоннажных пластиков (полиэтилена, полипропилена, полистирола, поливинилхлорида, полиэтилентерефталата) служат нефть и газ. При добыче нефти вместе с ней из недр выходит так называемый попутный нефтяной газ, который богат более сложными, чем метан, углеводородами. В природном газе, по большей части состоящем из метана, тоже содержатся молекулы побольше, в первую очередь этана, которые перед тем, как запускать газ «в трубу», нужно из него извлечь.
Почему так важны именно «длинные» углеводороды? Дело в том, что получить полимер можно из молекулы, где как минимум два атома углерода связаны двойной связью. В процессе реакции полимеризации одна связь из двойной сохраняется, а вторая разрывается пополам и за счёт неё образуется новая связь между молекулярными звеньями. Так, молекула за молекулой прирастает полимерная цепочка.
Из метана, в котором только один атом углерода, полимер просто так не сделать. Да, существуют технологии полимеризации и метана, но при наличии более доступных источников сырья они пока не имеют практического значения. Это даже не как почесать левой рукой правое ухо, а пытаться использовать для этого левую ногу. Теоретически возможно, и у кого-то получится, но зачем? Естественно, так никто пока не делает, и на химических заводах полимеризуют уже более подходящие молекулы, полученные из подземного «склада» природы, отсортированные и переработанные. Из добытых углеводородов извлекают нужные компоненты, например газы этан и пропан, либо более длинные углеводородные молекулы, полученные при переработке нефти, «разрезают» на маленькие кусочки длиной в несколько атомов углерода. Углубляться в технологии, что, как и из чего получают, сейчас не будем, нам важен сам факт того, что подавляющая часть пластмасс — это продукт переработки ископаемых углеводородов.