fbpx

تنتج معظم عمليات إعادة تدوير البلاستيك مواد منخفضة القيمة – لكننا وجدنا طريقة لتحويل البلاستيك المشترك إلى جزيئات عالية القيمة

بالات من النفايات البلاستيكية الموجهة لإعادة التدوير.
كورون / غيتي صور

سوزانا سكوت، جامعة كاليفورنيا سانتا باربرا

إذا كنت تعتقد أن تلك أكياس البقالة البلاستيكية الواهية التي يمكن التخلص منها تمثل معظم مشكلة النفايات البلاستيكية لدينا ، ففكر مرة أخرى. إن حجم البلاستيك الذي يلقيه العالم كل عام قد يعيد بناء سور الصين العظيم لسلالة مينغ ـ حوالي 3700 ميل.

في العقود الستة التي تم فيها تصنيع البلاستيك للاستخدامات التجارية ،تم إنتاج أكثر من 8.3 مليار طن متري. المواد البلاستيكية خفيفة ومتعددة الاستخدامات ورخيصة الثمن وغير قابلة للتلف تقريباً (طالما أنها لايتم رفع درجة حرارتها). هذه الخصائص تجعلها مفيدة بشكل لا يصدق في مجموعة هائلة من التطبيقات التي تشمل تغليف الأطعمة المعقمة والنقل الموفر للطاقة والمنسوجات ومعدات الوقاية الطبية. لكن الثمن يأتي من طبيعتها غير القابلة للتدمير. فمعظمها يتحللببطء شديد في البيئة – في حدود عدة مئات من السنين – حيث تتسبب في وباء عالمي من النفايات البلاستيكية. لا تزال عواقبه على صحة الإنسان والنظام البيئي غير معروفة بشكل كامل، لكنها قد تكون خطيرة.

أنا كيميائي ذو خبرة في تصميم عمليات تصنيع البلاستيك، وأصبحت مهتماً باستخدام البلاستيك كمصدر كبير غير مستغل للطاقة والمواد. فتساءلت عما إذا كان بإمكاننا تحويل النفايات البلاستيكية إلى شيء أكثر قيمة لإبقائها خارج مطامر النفايات والبيئة الطبيعية.

طريقة جديدة لاستخدام النفايات البلاستيكية

يُصنع البلاستيك عن طريق شد عدد كبير من الجزيئات الصغيرة الكاربونية الاساس معاً بطرق متنوعة لا نهائية تقريباً لإنشاء سلاسل البوليمر.

لإعادة استخدام هذه البوليمرات، يمكن من حيث المبدأ لمنشئات إعادة التدوير، صهرها وإعادة تشكيلها، لكن خصائص البلاستيك تميل إلى التدهور. المواد الناتجة غير مناسبة أبداً للاستخدام الأصلي، على الرغم من أنه يمكن استخدامها لصنع أشياء منخفضة القيمة مثل الخشب البلاستيكي. والنتيجة هي معدل منخفض للغاية لإعادة التدوير.

تتضمن الطريقة الجديدة تكسير السلاسل الطويلة إلى جزيئات صغيرة مرة أخرى. التحدي هو كيفية القيام بذلك بطريقة دقيقة.

نظرًا لأن عملية صنع السلاسل في المقام الأولتطلق الكثير من الطاقة، فإن عكسها يتطلب إضافة كمية كبيرة من الطاقة مرة أخرى. يعني هذا عموماً تسخين المادة إلى درجة حرارة عالية – لكن تسخين البلاستيك يتسبب في تحول المادة إلى ركام رديء. كما أنه يهدر الكثير من الطاقة، مما يعني المزيد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.

اكتشف فريقي في جامعة كاليفورنيا بسانتا باربرا، الذي يعمل مع زملائي في جامعة إلينوي أوربانا شامبين وكورنيل،طريقة نظيفة لتحويل البولي إيثيلين إلى جزيئات مفيدة أصغر.

يعد البولي إيثيلين أحد أكثر أنواع البلاستيك استخداماً وأكثرها فائدة في العالم. كما أنه واحد من أكبر المساهمين في النفايات البلاستيكية. إنها تمثل ثلث ما يقرب من 400 مليون طن متري من البلاستيك التي يصنعها العالم كل عام، لأغراض تتراوح بين تغليف مواد الغذائية المعقمة والتعبئة الطبية والشرائح والطلاءات المقاومة للماء وعازل الكابلات والأسلاك ومواد البناء وأنابيب المياه إلى استبدال مفصل مقاوم للتآكل في الورك والركبة وحتى السترات الواقية من الرصاص.

كيف تعمل العملية الجديدة

عملية بسيطة من وعاء واحد تحول نفايات البلاستيك البولي إيثيلين إلى سوائل ثمينة عندما تتعرض لمحفز كيميائي صلب وقليل من الحرارة.
Fan Zhang, UCSB, CC BY-SA

لا تتطلب العملية التي طورناها درجات حرارة عالية، ولكنها تعتمد بدلاً من ذلك على كميات ضئيلة من محفز يحتوي على معدن يزيل القليل من الهيدروجين من سلسلة البوليمر. ثم يستخدم المحفز هذا الهيدروجين لقطع الروابط التي تمسك سلسلة الكربون معاً، لينتج قطعاً أصغر.

المفتاح هو استخدام الهيدروجين بمجرد أن يتشكل بحيث إن قطع السلسلة يوفر الطاقة لإنتاج المزيد من الهيدروجين. تتكرر هذه العملية عدة مرات لكل سلسلة، وتحول البوليمر الصلب إلى سائل.

يتباطأ التقطيع بشكل طبيعي عندما تصل الجزيئات إلى حجم معين، لذلك من السهل منع الجزيئات من أن تصبح صغيرة جداً. يمكننا استعادة السائل الثمين قبل أن يتحول إلى غازات أقل فائدة.

[معرفة عميقة يوميا. اشترك في النشرة الإخبارية للمحادثة.]

غالبية الجزيئات في السائل المستعاد هي ألكيل البنزين، وهي مفيدة كمذيبات ويمكن بسهولة تحويلها إلى منظفات. يبلغ حجم السوق العالمية لهذا النوع من الجزيئات حوالي9 مليار دولار أمريكي سنوياً.

يسمى تحويل نفايات البلاستيك إلى جزيئات قيمة، فوق التدوير upcycling . على الرغم من أن دراستنا تمثل عرضا ًعلى نطاق صغير، إلا أن التحليل الاقتصادي الأولي يشير إلى أنه يمكن اعتمادها بسهولة لتصبح عملية واسعة النطاق في السنوات القليلة المقبلة. يعد إبعاد البلاستيك عن البيئة من خلال إعادة استخدامه بطريقة تجعله منطقيًا من الناحية الاقتصادية أمراً مفيداً للجميع.المحادثة

سوزانا سكوت، أستاذة الكيمياء المتميزة، جامعة كاليفورنيا سانتا باربرا

يتم إعادة نشر هذه المقالة من شبكة The Conversation تحت ترخيص المشاع الإبداعي. قراءة المادة الأصلية.