اكتشف العلماء كيفية إعادة تدوير البلاستيك عن طريق تبخيره

كوكبنا يختنق بالبلاستيك. بعض من أسوأ المواد الضارة، والتي يمكن أن تستغرق عقودًا لتتحلل في مدافن النفايات، هي مادة البولي بروبيلين – التي تستخدم لأشياء مثل تغليف المواد الغذائية والمصدات – والبولي إيثيلين، الموجود في الأكياس البلاستيكية والزجاجات والألعاب وحتى المهاد.

يمكن إعادة تدوير مادة البولي بروبيلين والبولي إيثيلين، لكن العملية قد تكون صعبة وغالبًا ما تنتج كميات كبيرة من غاز الميثان الدفيئة. كلاهما عبارة عن بولي أوليفينات، وهي منتجات بلمرة الإيثيلين والبروبيلين، وهي مواد خام مشتقة بشكل أساسي من الوقود الأحفوري. من الصعب أيضًا كسر روابط البولي أوليفينات.

الآن، توصل الباحثون في جامعة كاليفورنيا في بيركلي إلى طريقة لإعادة تدوير هذه البوليمرات التي تستخدم المحفزات التي تكسر روابطها بسهولة، وتحولها إلى البروبيلين والأيزوبيوتيلين، وهي غازات في درجة حرارة الغرفة. ويمكن بعد ذلك إعادة تدوير هذه الغازات إلى مواد بلاستيكية جديدة.

“نظرًا لأن مادة البولي بروبيلين والبولي إيثيلين من بين المواد البلاستيكية الأكثر صعوبة والأكثر تكلفة في فصلها عن بعضها البعض في مجرى النفايات المختلطة، فمن الأهمية بمكان أن [a recycling] وقال فريق البحث في دراسة نُشرت مؤخرًا في مجلة Science: “تنطبق العملية على كلا البولي أوليفينات”.

كسرها

تُعرف عملية إعادة التدوير التي استخدمها الفريق باسم التحلل الإيثيني الأيزوميري، والذي يعتمد على محفز لتحطيم سلاسل بوليمر الأوليفين إلى جزيئاتها الصغيرة. تتميز روابط البولي إيثيلين والبولي بروبيلين بمقاومة عالية للتفاعلات الكيميائية، لأن كلاً من هذه البولي أوليفينات لها سلاسل طويلة من روابط كربون-كربون مفردة. تحتوي معظم البوليمرات على رابطة ثنائية كربون-كربون واحدة على الأقل، والتي يسهل كسرها كثيرًا.

في حين أن نفس الباحثين قد جربوا التحلل الإيثيني الأيزومري من قبل، إلا أن المحفزات السابقة كانت عبارة عن معادن باهظة الثمن لم تظل نقية لفترة كافية لتحويل كل البلاستيك إلى غاز. أثبت استخدام الصوديوم على الألومينا متبوعًا بأكسيد التنغستن على السيليكا أنه أكثر اقتصادًا وفعالية، على الرغم من أن درجات الحرارة المرتفعة المطلوبة للتفاعل أضافت قليلًا إلى التكلفة.

في كلا النوعين من البلاستيك، أدى التعرض للصوديوم الموجود على الألومينا إلى تقسيم كل سلسلة بوليمر إلى سلاسل بوليمر أقصر وإنشاء روابط كربون-كربون مزدوجة قابلة للكسر في الأطراف. استمرت السلاسل في الانهيار مرارًا وتكرارًا. ثم خضع كلاهما لعملية ثانية تُعرف باسم استبدال الأوليفين. وقد تم تعريضهم لتيار من غاز الإيثيلين يتدفق إلى غرفة التفاعل أثناء إدخالهم إلى أكسيد التنغستن على السيليكا، مما أدى إلى كسر روابط الكربون والكربون.

يكسر التفاعل جميع روابط الكربون-الكربون في البولي إيثيلين والبولي بروبيلين، حيث تنتهي ذرات الكربون المنطلقة أثناء كسر هذه الروابط بالارتباط بجزيئات الإيثيلين. قال الباحث آر جيه كونك، أحد مؤلفي الدراسة، لـ Ars Technica: “إن الإيثيلين أمر بالغ الأهمية لهذا التفاعل، لأنه من المفاعلات الأساسية”. “ثم تتفاعل الروابط المكسورة مع الإيثيلين، الذي يزيل الروابط من السلسلة. وبدون الإيثيلين، لا يمكن أن يحدث التفاعل.

يتم تحفيز السلسلة بأكملها حتى يتم تحويل البولي إيثيلين بالكامل إلى بروبيلين، ويتم تحويل البولي بروبيلين إلى خليط من البروبيلين والأيزوبيوتيلين.

تتميز هذه الطريقة بانتقائية عالية، مما يعني أنها تنتج كمية كبيرة من المنتج المطلوب: البروبيلين المشتق من البولي إيثيلين، وكل من البروبيلين والأيزوبيوتيلين المشتقين من البولي بروبيلين. هناك طلب كبير على هاتين المادتين الكيميائيتين؛ يعد البروبيلين مادة خام مهمة للصناعة الكيميائية، في حين أن الأيزوبيوتيلين هو مونومر يستخدم بشكل متكرر في العديد من البوليمرات المختلفة، بما في ذلك المطاط الصناعي ومادة البنزين المضافة.

خلطها

نظرًا لأن البلاستيك غالبًا ما يتم خلطه في مراكز إعادة التدوير، فقد أراد الباحثون معرفة ما يمكن أن يحدث إذا خضع البولي بروبيلين والبولي إيثيلين لتحلل الإيزومرات معًا. كان التفاعل ناجحًا، حيث تم تحويل الخليط إلى بروبيلين وأيزوبيوتيلين، مع كمية بروبيلين أكبر قليلًا من الأيزوبوتيلين.

تشتمل المخاليط أيضًا عادةً على ملوثات على شكل مواد بلاستيكية إضافية. لذا أراد الفريق أيضًا معرفة ما إذا كان التفاعل سيظل فعالاً في حالة وجود ملوثات. لقد جربوا أشياء بلاستيكية كان من الممكن التخلص منها، بما في ذلك جهاز طرد مركزي وكيس خبز، وكلاهما يحتوي على آثار من البوليمرات الأخرى إلى جانب البولي بروبيلين والبولي إيثيلين. أنتج التفاعل كمية أقل بقليل من البروبيلين والأيزوبيوتيلين مقارنة بالإصدارات غير المغشوشة من البولي أوليفينات.

وشمل اختبار آخر إدخال مواد بلاستيكية مختلفة، مثل PET وPVC، إلى البولي بروبيلين والبولي إيثيلين لمعرفة ما إذا كان ذلك سيحدث فرقًا. هذه فعلت انخفاض العائد بشكل ملحوظ. إذا كان هذا النهج ناجحًا، فيجب إزالة جميع الملوثات باستثناء آثارها البسيطة من منتجات البولي بروبيلين والبولي إيثيلين قبل إعادة تدويرها.

في حين أن طريقة إعادة التدوير هذه تبدو وكأنها يمكن أن تمنع أطنانًا وأطنانًا من النفايات، إلا أنها ستحتاج إلى توسيع نطاقها بشكل كبير حتى يحدث ذلك. وعندما قام فريق البحث بزيادة حجم التجربة، أنتج نفس المحصول، وهو ما يبدو واعدًا للمستقبل. ومع ذلك، سنحتاج إلى بناء بنية تحتية كبيرة قبل أن يؤدي ذلك إلى إحداث تأثير في نفاياتنا البلاستيكية.

“نأمل أن يؤدي العمل الموصوف… إلى أساليب عملية ل… [producing] قال الباحثون في نفس الدراسة: “البوليمرات الجديدة”. “من خلال القيام بذلك، يمكن تقليل الطلب على إنتاج هذه المواد الكيميائية الأساسية بدءًا من مصادر الكربون الأحفوري وانبعاثات الغازات الدفيئة المرتبطة بها بشكل كبير.”

ظهرت هذه القصة في الأصل على آرس تكنيكا.