صمم الباحثون مادة بلاستيكية قابلة لإعادة التدوير يمكن تفكيكها إلى الأجزاء المكونة لها على المستوى الجزيئي ، ثم يتم تجميعها في شكل مختلف ، والملمس ، واللون مرة أخرى ومرة أخرى دون فقدان الأداء أو الجودة.
البلاستيك الخفيف والمتين رائع حتى لا تحتاج إليه بعد الآن. نظرًا لأن المواد البلاستيكية تحتوي على مواد مضافة مختلفة ، مثل الأصباغ أو الحشوات أو مثبطات اللهب ، فيمكن إعادة تدوير عدد قليل جدًا من المواد البلاستيكية دون فقد الأداء أو الجمال.
حتى أكثر المواد البلاستيكية القابلة لإعادة التدوير أو PET – أو بولي (إيثيلين تيريفثاليت) – يتم إعادة تدويرها فقط بمعدل يتراوح بين 20 إلى 30 في المائة ، بينما يذهب الباقي عادة إلى محارق أو مدافن النفايات ، حيث تستغرق المواد الغنية بالكربون قرونًا في التحلل.
قام فريق من الباحثين في مختبر لورنس بيركيلي الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (بيركلي لاب) بتصميم البلاستيك القابل لإعادة التدوير ، مثل مجموعة Lego ، يمكن تفكيكها في الأجزاء المكونة لها على المستوى الجزيئي ، ثم إعادة تجميعها في شكل مختلف ، والملمس ، واللون مرارا وتكرارا دون فقدان الأداء أو الجودة.
وقال بيتر كريستنسن ، الباحث الرئيسي في معهد ما بعد الدكتوراه في مسبك الجزيئي في بيركلي: “لم يتم تصنيع معظم المواد البلاستيكية أبدًا لإعادة تدويرها”. “لكننا اكتشفنا طريقة جديدة لتجميع المواد البلاستيكية التي تأخذ إعادة التدوير في الاعتبار من منظور جزيئي.”
كان كريستنسن جزءًا من فريق متعدد التخصصات بقيادة بريت هيلمز ، وهو عالم من العاملين في مسبك الجزيئي في بيركلي لاب. المؤلفون المشاركون الآخرون هم الباحثون الجامعيون Angelique Scheuermann (الذي كان آنذاك من جامعة كاليفورنيا في بيركلي) وكاثرين لوفلر (التي كانت آنذاك من جامعة تكساس في أوستن) والذين تم تمويلهم من خلال برنامج التدريب العملي لمختبر العلوم التابع لوزارة الطاقة في وقت الدراسة. تم تمويل المشروع الكلي من خلال برنامج البحث والتطوير الموجه المختبر في بيركلي لاب.
جميع المواد البلاستيكية ، من زجاجات المياه إلى أجزاء السيارات ، تتكون من جزيئات كبيرة تسمى البوليمرات ، والتي تتكون من وحدات مكررة من المركبات التي تحتوي على الكربون أقصر تسمى المونومرات.
وفقًا للباحثين ، تتمثل المشكلة في العديد من المواد البلاستيكية في أن المواد الكيميائية المضافة لجعلها مفيدة – مثل الحشوات التي تجعل من البلاستيك صلبًا ، أو المواد البلاستيكية التي تجعل من البلاستيك مرنًا – مرتبطة بإحكام بالمونومرات وتبقى في البلاستيك حتى بعد معالجتها في مصنع لإعادة التدوير.
أثناء المعالجة في مثل هذه المصانع ، يتم خلط المواد البلاستيكية ذات التركيبات الكيميائية المختلفة – البلاستيك الصلب ، والبلاستيك القابل للتمدد ، والبلاستيك الشفاف ، والبلاستيك ذي اللون الحلوى – معًا وتقطيعها إلى أجزاء.
عندما يتم إذابة هذا البودنج المصنوع من البلاستيك المفروم لصنع مادة جديدة ، يصعب التنبؤ بالخصائص التي سيرثها من اللدائن الأصلية.
هذا الميراث لخصائص مجهولة و التي لا يمكن التنبؤ بها منعت البلاستيك من أن يصبح ما تعتبر الكأس المقدسة لإعادة التدوير: مادة “دائرية” يمكن استرداد أحادياتها الأصلية لإعادة استخدامها لأطول فترة ممكنة ، أو “إعادة تدويرها” لصنع مادة جديدة ، منتجات ذات جودة أعلى.
لذلك ، عندما تصبح حقيبة تسوق قابلة لإعادة الاستخدام مصنوعة من البلاستيك المعاد تدويره مترابطة مع التآكل ، لا يمكن إعادة تدويرها أو حتى إعادة تدويرها لإنتاج منتج جديد.
وقال هيلمز إنه بمجرد وصول الكيس إلى نهايته ، فإنه إما يتم حرقه لتوليد الحرارة أو الكهرباء أو الوقود أو ينتهي به المطاف في مكب النفايات.
وقال “إن التعميم على البلاستيك والبلاستيك يمثل تحديات كبيرة”. “لقد رأينا بالفعل تأثير تسرب النفايات البلاستيكية في النظم الإيكولوجية المائية لدينا ، ومن المرجح أن يتفاقم هذا الاتجاه بسبب زيادة كميات المواد البلاستيكية التي يتم تصنيعها والضغط الذي تسببه في المصب على البنية التحتية لإعادة التدوير البلدية.”
إعادة تدوير البلاستيك مونومر واحد في وقت واحد
يريد الباحثون تحويل المواد البلاستيكية من مدافن النفايات والمحيطات عن طريق تحفيز استرداد وإعادة استخدام البلاستيك ، وهو ما يمكن أن يكون ممكنًا باستخدام البوليمرات المتكونة من PDKs.
وقال هيلمز “مع PDKs ، يتم استبدال الروابط غير القابلة للتغيير للمواد البلاستيكية التقليدية بروابط قابلة للانعكاس تتيح إعادة تدوير البلاستيك بشكل أكثر فعالية”.
على عكس المواد البلاستيكية التقليدية ، يمكن استعادة مونومرات PDK البلاستيكية وتحريرها من أي إضافات مركبة ببساطة عن طريق التغميس في محلول شديد الحموضة. يساعد الحمض على كسر الروابط بين المونومرات وفصلها عن المضافات الكيميائية التي تعطي البلاستيك شكلها ومظهرها.
وقال: “نحن مهتمون بالكيمياء التي تعيد توجيه دورات حياة البلاستيك من خطي إلى دائري”
هيلمز. “نرى فرصة لإحداث تغيير في الأماكن التي لا توجد فيها خيارات لإعادة التدوير.” ويشمل ذلك المواد اللاصقة ، وحالات الهاتف ، وشرائط الساعة ، والأحذية ، وكابلات الكمبيوتر ، والحراريات الصلبة التي يتم إنشاؤها عن طريق صب المواد البلاستيكية الساخنة.
اكتشف الباحثون أولاً خاصية دائرية مثيرة للبلاستيك المستندة إلى PDK عندما كان كريستنسن يطبق أحماض مختلفة على الأواني الزجاجية المستخدمة في تصنيع مواد لاصقة PDK ، ولاحظوا أن تكوين المادة اللاصقة قد تغير.
بدافع الفضول في كيفية تحول المادة اللاصقة ، قام كريستنسن بتحليل التركيب الجزيئي للعينة باستخدام أداة التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي. “لمفاجأتنا ، كانت المونومرات الأصلية” ، وقال هيلمز:
بعد اختبار التركيبات المختلفة في مسبك الجزيئي ، أثبتوا أنه الحمض لا يقوم بتفكيك بوليمرات PDK إلى مونومرات فحسب ، بل تتيح العملية أيضًا فصل المونومرات عن الإضافات المتشابكة.
بعد ذلك ، أثبتوا أن المونومرات PDK المستردة يمكن إعادة تشكيلها في البوليمرات ، ويمكن لتلك البوليمرات المعاد تدويرها أن تشكل مواد بلاستيكية جديدة دون أن ترث اللون أو ميزات أخرى من المواد الأصلية –
بحيث يمكن لسوار الساعة الأسود المكسور الذي قمت بإلقائه في سلة المهملات العثور على حياة جديدة، مثل لوحة مفاتيح الكمبيوتر إذا كانت مصنوعة من البلاستيك PDK. يمكنهم أيضًا إعادة تدوير البلاستيك بإضافة ميزات إضافية ، مثل المرونة.
التحرك نحو مستقبل بلاستيكي دائري
يعتقد الباحثون أن البلاستيك الجديد القابل لإعادة التدوير يمكن أن يكون بديلاً جيدًا للعديد من المواد البلاستيكية غير القابلة لإعادة التدوير المستخدمة اليوم.
وقال هيلمز: “نحن في مرحلة حرجة حيث نحتاج إلى التفكير في البنية التحتية اللازمة لتحديث مرافق إعادة التدوير لفرز النفايات ومعالجتها في المستقبل”.
“إذا كانت هذه المنشآت مصممة لإعادة تدوير أو إعادة تدوير PDK والمواد البلاستيكية ذات الصلة ، فسنكون قادرين على تحويل البلاستيك بشكل أكثر فعالية من مدافن النفايات والمحيطات.
وقال هيلمز : هذا وقت مثير للبدء في التفكير في كيفية تصميم كل من مرافق إعادة التدوير والمواد لتمكين بلاستيك دائرية “.
يخطط الباحثون بعد ذلك لتطوير البلاستيك PDK مع مجموعة واسعة من الخصائص الحرارية والميكانيكية لتطبيقات متنوعة مثل المنسوجات والطباعة الثلاثية الأبعاد والرغاوي. بالإضافة إلى ذلك ، يتطلعون إلى توسيع المستحضرات من خلال دمج المواد المستندة إلى النبات وغيرها من المصادر المستدامة.
المصدر :
المواد المقدمة من قبل وزارة الطاقة / مختبر لورانس بيركلي.
