Традиционная промышленность истощает ресурсы планеты: сокращается площадь пахотных земель, вода, почва и воздух загрязняются, а запасы полезных ископаемых исчерпываются. Решение этих проблем постоянно ищет наука. Превратить источники отходов в золотую жилу? — Пожалуйста! Построить дом из экологичных блоков? — Можно, и он будет даже лучше традиционного жилища! Предложить более гуманные по отношению к животным способы производства одежды и обуви? — Почему бы и нет! Сделать бронежилеты из паутины или мебель из грибов? — Для биотехнологий нет ничего невозможного.
В современном музее «Биотех», который открылся в павильоне №30 на ВДНХ, будущее можно увидеть уже сейчас. В мультимедийной экспозиции показан новый подход к развитию человечества. Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН рассказал «Ъ-Науке» о десяти необычных биоматериалах будущего. Некоторые из них можно увидеть в музее «Биотех».
1. Дом из очистков и щепок
Очистки фруктов и овощей, шелуха и солома могут так неожиданно пригодиться в строительстве, что уроки сказки «Три поросенка» потеряют свою актуальность. На смену старинным хижинам из соломы или камыша, промазанным глиной, приходят более современные материалы — блоки из камышита и соломита, которые могут стать утеплителями для жилища. Арболит из опилок, щепок и бетона отлично подходит для звукоизоляции, но он тоже давно стал привычным материалом для строительства.
Другие композитные материалы удивляют гораздо больше. Блоки из гречишной или рисовой шелухи, созданные российскими учеными, заставляют по-новому посмотреть на выражение «это все шелуха», а их еще более изобретательные коллеги предложили делать материалы для строительства из прессованной хвои. Японские исследователи тоже не отстают: они создали блоки и из тыквенной корки, и из фруктовой кожуры, и из луковых очистков. Пусть не все варианты сгодились бы для сурового сибирского климата, но чем не способ превратить мусор во что-то полезное? Не будем забывать, что только в Краснодарском крае в год производится 200 тыс. тонн рисовой шелухи, от которой не так-то просто избавиться.
2. «Чешуйчатая» упаковка
Ни одна часть рыбины не пропадет зря, если подойти к делу с умом. О сумочках из рыбьей кожи слышали многие, а как насчет пакетов? Придумала эту идею студентка Университета Сассекса Люси Хьюс, которая не хотела использовать долговечный пластик для упаковки продуктов со сроком годности в несколько суток. Во время подготовки девушка сходила на рыбный завод, а совершенствовала свое изобретение она в обычном студенческом общежитии.
Проведя более 100 экспериментов с отходами рыбного производства, Люси наконец-то создала тонкую, гибкую и прочную пленку. Конечно, это были не просто слепленные чешуйки, а обычные прозрачные пакеты. Они делаются из белка рыбьей чешуи и красных водорослей, а по виду напоминают полиэтилен. По этой технологии из отходов одной атлантической форели получается около 1400 небольших пакетов. Но главное — такая упаковка не загрязнит природу и разложится всего за полтора месяца в домашнем компосте.
Посмотреть, как выглядит полиэтилен из рыбьей чешуи, и даже потрогать этот биоматериал можно в музее «Биотех».
3. «Молочный» пластик, ковры и автомобили
Из природного сырья можно делать и другие пластиковые полимеры. Как и пакеты из чешуи, они не прослужат долго. Зато такие материалы разлагаются без выделения вредных веществ и не сохранятся на бескрайних свалках для благодарных потомков. Что в природе происходит с обычным пластиком и как биотехнологии могут на это повлиять, в музее «Биотех» показывает интерактивная инсталляция «Биоразлагаемость».
Один из распространенных типов биопластика — полилактиды. Их делают из молочной кислоты, но получают ее не из молока, а из растительного сырья. Для этого подойдут листья кукурузы или сахарной свеклы. На основе полилактидов можно создавать не только упаковку для продуктов, но и хирургические нити. А вот композиты из полилактидов будут прочнее и пригодятся в производстве автомобилей и шлемов. Кроме того, полилактидные нити можно ткать, создавая постельное белье, ковры и матрацы.
4. Как одноразовая посуда прошла путь от тростника до глицерина
Нет, мы не предлагаем вернуться в пещеру и пить росу из свернутых листьев. В этом разделе речь пойдет о еще одном типе биопластиков — полигидроксиалканоатах. Из них можно изготовить медицинские изделия, упаковку, одноразовые подносы и посуду, чем пользуются некоторые европейские авиакомпании, чтобы не страдать от запрета на пластиковую упаковку. Полигидроксиалканоаты могут пригодиться и в фармакологии, пищевой промышленности, сельском и коммунальном хозяйстве.
Раньше нужные соединения получали из растительных сахаров (например, из сахарного тростника или листьев пальмы), но такой вариант обходился довольно дорого. Ученые из Северо-Кавказского федерального университета придумали альтернативу: теперь синтезировать полигидроксиалканоаты можно из глицерина. Поначалу конечный продукт имел ненужные примеси. Избавиться от них помогла очистка при помощи бактерий. Улучшив технологию, ученым удалось удешевить конечный продукт.
5. Спортсмены, коза-паук, музыканты и бронежилеты
Трудно найти человека, который бы не слышал о том, что паутина тоньше человеческого волоса, но на разрыв прочнее стали. Однако изобретатели пошли дальше простого восхищения этим материалом. Из белковых волокон, отвечающих за прочность паутины, производят изящные тонкие ткани, которые напоминают шелк, а также куртки для спортивного туризма, кроссовки, бронежилеты и струны для музыкальных инструментов.
Сразу успокоим арахнофобов: разводить полчища пауков для этого не требуется. Современные технологии позволяют вставить гены нужных паучьих белков в геном шелкопрядов, бактерий, грибов и даже… коз. Последние, конечно, паутину не плетут, зато могут вырабатывать нужные белки в своем молоке.
6. Хочешь шелк из апельсинов?
Сегодня многие покупатели стремятся стать гуманнее и не хотят, чтобы шелкопряды погибали при добыче драгоценной нити. Но паучий шелк — далеко не предел для изобретательного и непостоянного мира моды, где всегда есть место экспериментам. Один из современных экологичных трендов — переработка апельсиновой кожуры в целлюлозную нить. Из нее создают мягкую, гладкую и блестящую ткань, по свойствам напоминающую вискозу.
Изделия с добавленными нитями апельсинового шелка уже можно встретить за пределами модных показов — порой они попадаются и в массмаркете. А значит, технология приживется совсем скоро. При этом не стоит беспокоиться о том, что этот ресурс исчерпается: на свалках одной только Италии оказывается более 700 тыс. тонн отходов производства апельсинового сока в год.
7. Растительная шерсть и эффект для бабочки
Шерсть, как мы знаем, получают от альпаков, верблюдов, коз, но в основном она овечья. Конечно, животных для этого убивать не приходится — достаточно их постричь. Но условия их содержания беспокоят многих защитников животных. К тому же появляется и новая ниша потребителей: некоторые веганы стараются по возможности отказаться от всех продуктов животного происхождения и считают стрижку овец эксплуатацией. Кроме того, выпас овец может угрожать местным экосистемам: стада потребляют много воды и быстро передвигаются на новые пастбища, оставляя позади вытоптанную землю, где ничего не растет. Поэтому биологи постоянно ищут другие варианты сырья для наших пушистых шарфов и свитеров.
Один из типов растительной шерсти делают из соевого белка, который остается при изготовлении сыра тофу. Одежда из такого сырья в чем-то даже лучше оригинала: при стирке не садится и не вытягивается при сушке. Кроме того, моль ею не заинтересуется. Что касается утеплителя, то вместо пуха и пера ученые предлагают использовать венчики семян ваточника или цветы. Интересно, что на ваточнике размножаются редкие бабочки монархи, так что в этом случае природа получит двойную пользу.
8. Кофейные чашки из… кофе
В день человечество выпивает 400 млн чашек кофе, отправляя на свалки огромное количество гущи (или жмыха). Однако этот вид отходов тоже удалось превратить в ценное сырье. Так, европейские стартапы начали собирать жмых из кофеен и при помощи безопасной клеевой добавки превращать его в чашки, блюдца и многоразовые стаканы с крышками. Для прочности в них добавляют также древесные волокна.
Аналогичные стартапы появляются и в СНГ: один из них выпускает оправы для очков, другой печатает стаканчики для кофе на 3D-принтере. Существуют и бренды одежды, которые используют материал на основе кофейной массы. Из нее производят нити, чтобы шить носки и прясть легкие ткани для жаркого климата.
9. И сумки сшиты, и коровы целы
Экологичная кожа также стала новым трендом. Покупателям хочется получить красивый, качественный кожзаменитель из природного сырья, а не дешевые аналоги вроде дерматина. Угодить их вкусам пытаются производители сумок из грибов. На этом направлении специализируются сразу несколько компаний, которым удалось заинтересовать известные модные дома. При этом грибные аналоги ни в чем не уступают натуральным. Материал из трутовика, обработанный при помощи биотехнологий, может по структуре напоминать кожу коровы, ягненка или страуса.
Мицелий (грибницу) легко вырастить в любом количестве, создавая изделия любой формы без швов. Пока производство грибных сумок, обуви или мебельной обивки обходится дорого, но в мире люксовой моды это не минус. Зато экокожа полностью биоразлагаемая и создается без вредной химической обработки. Со временем технология может стать более массовой и дешевой. Другие варианты сырья для экокожи — листья ананаса, стебель кактуса и виноградный жмых, который образуется при изготовлении вина. Такую кожу можно оценить на ощупь на стенде «Биоматериалы» в музее «Биотех».
10. Дизайн «под грибами»
Однако из грибов можно делать не только кожзаменители. Это неприхотливое и недорогое сырье может пригодиться и в быту. Грибы растут довольно быстро, давая огромный простор для творчества. Как насчет грибных светильников или панелей для звукоизоляции? Хотели бы вы обставить свою квартиру грибными этажерками или тумбочками? Да и оправы для очков можно делать не только из кофе.
Все эти варианты уже существуют на рынке. Стоит дать мицелию разрастись в нужной форме и добавить дополняющие композит вещества — и изделие готово. Такой биоматериал легко заменил бы многие предметы из пластика и древесины, окружающие нас в каждом помещении. В общем, в дизайне применения грибам практически безграничны, хотя пока результат и выглядит как причуда современного искусства.
Новые материалы — захватывающая область исследований, в которой есть место и воображению, и полезным для экосистем решениям, и модным трендам, и доброте. Вживую посмотреть на биоматериалы будущего и даже потрогать их можно в экспозиции музея «Биотех». Сможете ли вы угадать, из чего сделан каждый образец?