Шелк и бактерии: как ученые пытаются создать эластичный биоразлагаемый текстиль

Синтетическое волокно спандекс, или эластан, изобрели в лаборатории химического гиганта DuPont в 1959 году. Его получили из полиуретана, который является продуктом переработки производных нефти. С тех пор область применения эластана растет. Покупателям нравится одежда из тканей, которые способны растягиваться и облегать фигуру, а такими их делает именно спандекс. Глобальный рынок этого материала в 2024 году достиг $8 млрд и будет прибавлять в ближайшее десятилетие 2–8% ежегодно. Однако стремление человечества использовать тянущиеся материалы губительно для окружающей среды: одежда со спандексом не перерабатывается. Поэтому миллиарды тонн ненужных вещей оказываются на свалках или сжигаются, хотя и то и другое нельзя назвать решением проблемы отходов: скорее это попытка оставить сегодняшние проблемы будущим поколениям.

Как кишечная палочка превращается в эластичную ткань

Чтобы избавить потомков от подобных забот, сотрудницы университета Тафтса и Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе Алексис Пена и Лорен Блейк придумали, как сделать спандекс из нового класса материалов — SELPs (от англ. silk elastin-like proteins — эластиноподобные белки из шелка).

Это искусственные белки, в которых аминокислоты из волокон шелка сочетаются с аминокислотами эластина — белка соединительной ткани (встречается в органах, которые подвержены сжатию и растяжению, например, в сухожилиях). «Шелковые» аминокислоты придают волокнам прочность, а молекулярная структура эластина — эластичность. «Соедините эти молекулы, как кубики Lego, и вуаля! По крайней мере, теоретически у вас есть идеальное гибкое волокно», — полагают авторы MIT Technology Review. Сырьем для производства волокна стала бактерия E. coli, или кишечная палочка. Ее белки сначала преобразуют в гелеобразный материал, который затем трансформируется в волокна.

Но остается проблема с масштабированием технологии и запуском в производство. Дело в том, что для изготовления одного образца ткани требуется как минимум 1 кг микробиологического материала — это довольно много. Поэтому исследователи проводят опыты с другими белками, в частности, с пшеничным глютеном. Пена и Блейк создали стартап Good Fibes, чтобы привлечь финансирование в свой проект. По их оценкам, через два года они смогут начать промышленное применение своего изобретения.

Эксперт по биоматериалам из исследовательской лаборатории Speculative Technologies Тимоти Макги поясняет, что запуск производства является самым большим препятствием для стартапов в области биотекстиля: «Многие лаборатории и стартапы по всему миру успешно создают рекомбинантные белки с удивительными свойствами, но им часто трудно превратить эти белки в полезные волокна».

Какие биоразлагаемые аналоги «нефтяного» текстиля запущены в промышленное производство

Специалисты японской компании по производству биоматериалов Spiber в 2007 году поняли, как получить синтетический шелк из генетически измененных микроорганизмов. Завод по производству материала заработал в Таиланде в 2022 году, спустя 16 лет изобретатели превратили лабораторное открытие в технологию. По данным компании, контракты на поставку таких тканей со Spiber уже заключили The North Face, Goldwin, Nanamica и Woolrich. Волокна этого материала могут быть переработаны и повторно использованы в производстве одежды. 

Еще один успешный стартап по изготовлению шелка Bolt Treads был основан в 2009 году в Калифорнии. Трое предпринимателей решили создать материал, похожий на сеть паука, с помощью ферментации дрожжей. В 2017 году компания представила первый коммерческий продукт — материал Microsilk, который использовала ведущий мировой дизайнер в области устойчивой моды Стелла Маккартни. 

Другие стартапы в Австралии, Бразилии, Европе и США работают над биоразлагаемым текстилем из водорослей, сахарного тростника, пищевых отходов и целлюлозы.

Когда индустрия моды откажется от традиционных тканей из нефти

Эксперты прогнозируют рост рынка биоразлагаемых материалов: с $5,86 млрд в 2023 году до $13,44 млрд в 2031-м. Однако пока эти материалы выглядят как нишевый премиальный продукт. Цена экологичного текстиля в два-три раза выше материала на основе продуктов нефтепереработки: от $2–4 за килограмм против $1,2–1,5. Доля экологичного текстиля в 2024 году не превышала 0,5% от мирового объема продаж материалов. 

Скорость перехода на биоразлагаемые аналоги текстиля будет зависеть от технологического прогресса и снижения стоимости таких тканей, а также от давления государственных регуляторов. Пока наиболее продвинутое законодательство разработано в Европейском союзе. 18 июля 2024 года вступил в силу регламент Ecodesign for Sustainable Products (ESPR). Он формулирует требования к дизайну различных товаров, включая текстиль. Регламент призывает компании сделать материалы более долговечными и пригодными для вторичной переработки, использовать методы безводного окрашивания, сократить использование вредных химикатов для печати и т.п. 

Однако экологичный дизайн и способность тканей разлагаться пока не помогут человечеству сократить объемы текстильных отходов. Новые коллекции одежды выпускаются несколько раз в год, а система сбора старых предметов гардероба в мире не развита, в результате от 65% до 90% одежды оказываются на свалке. Поэтому одновременно с переходом на новые ткани индустрии производителей одежды необходимо внедрять систему сбора и переработки своей продукции. На сайте упоминавшегося выше Spiber значится, что волокно пригодно для повторного использования, но ничего не говорится о том, использует ли кто-то такую возможность.