منوعات

كيف نحول الزيت إلى بلاستيك؟

بالعربي/تتمتع علبة الحليب البلاستيكية الموجودة في ثلاجتك بحياة ممتعة للغاية.

“نحن البشر فقط ننتج نفايات لا تستطيع الطبيعة هضمها.” تلك هي كلمات عالم المحيطات الكابتن تشارلز مور ، الذي اكتشف بقعة نفايات المحيط الهادي الكبرى في عام 1997. وبالطبع يتحدث عن البلاستيك.

من المحتمل أن يكون لدى معظم الأشخاص الذين يقرؤون هذا شيئًا مصنوعًا من البلاستيك في مجال رؤيتهم. هذه المادة موجودة في كل مكان: نحن ننتج الآن أكثر من 300 مليون طن (272 طنًا متريًا) من البلاستيك سنويًا ، ونصفها تقريبًا مخصص للاستخدام الفردي – مما يعني أنه يتم التخلص منها فورًا بعد أن تؤدي الغرض منها. وقد أدى ذلك إلى مشكلة متزايدة تتمثل في ذهاب النفايات البلاستيكية إلى مدافن النفايات ، ويتم التخلص من بعض هذه النفايات عن مسارها وتشق طريقها إلى الأنهار وفي النهاية البحر. في الواقع ، يدخل حوالي 8 ملايين طن (7.2 مليون طن متري) من التلوث البلاستيكي إلى المحيط كل عام ، حيث يتسبب في تشابك الحياة البحرية ، ويلوث الشعاب المرجانية.وفي النهاية – تتعرض للتحلل بفعل المياه والرياح والشمس – تنقسم إلى تريليونات من القطع البلاستيكية الدقيقة . 

تبدو جزيئات البلاستيك هذه تشبه إلى حد كبير طعام العديد من الأنواع البحرية ، التي تتغاضى بعد ذلك عن التلوث ، وينتهي بها الأمر إلى الجوع بسبب نقص التغذية الحقيقية. يجذب سطح اللدائن الدقيقة أيضًا الملوثات في المحيط ، وينتهي الأمر بنقلها إلى أجسام الحيوانات ، مع التأثيرات التي ما زلنا نحاول فهمها. هناك احتمال أن تلحق اللدائن الدقيقة الضرر بالبشر أيضًا ، لأننا نستهلكها عن طريق المأكولات البحرية وحتى في مياه الشرب : في عام 2019 ، دعت منظمة الصحة العالمية إلى مزيد من البحث في الآثار المحتملة للتلوث البلاستيكي الدقيق على صحتنا.

يعتمد كل هذا على حقيقة أنه ، اعتمادًا على المكونات المستخدمة في صنعه ، يمكن للبلاستيك أن يكون مرنًا بشكل لا يصدق وقد لا يتحلل بيولوجيًا أبدًا (وهو ما يعني ، لأغراض هذه المقالة ، أن يتم اختزاله بكفاءة إلى مركبات أساسية قابلة لإعادة الاستخدام في الطبيعة ، بواسطة الكائنات الحية الدقيقة في الماء والتربة). ارفق ذلك مع حجم التلوث البلاستيكي في بيئتنا ، ولدينا مشكلة واضحة. على سبيل المثال ، ستبقى معظم المواد البلاستيكية ذات الاستخدام الواحد التي تدخل المحيط هناك لقرون. 

كيف خلقنا أزمة البلاستيك الدائم؟ تكمن الإجابة في العملية التي نستخدمها لصنع البلاستيك نفسه. لكن أولاً ، من المهم أن نفهم أن “البلاستيك” ليس مجرد أكياس التسوق التي نتخيلها تطفو في المحيط. 

ما هو البلاستيك؟

قال كارل ريدشو ، الكيميائي في جامعة هال في المملكة المتحدة والمشارك في البلاستيك التعاوني بالجامعة: “غالبًا ما يغطي مصطلح” البلاستيك “مجموعة واسعة من المواد غير المتجانسة ، ولكل منها تطبيقات مختلفة تتطلب خصائص فيزيائية مختلفة جدًا. المشروع الذي يجري بحثًا لتحسين استدامة صناعة البلاستيك. قال ريدشو لموقع Live Science: “في الواقع ، هناك أكثر من 300 نوع من البلاستيك معروفة”. 

لذا ، إذا كانت المواد البلاستيكية مختلفة جدًا ، فما الذي تشترك فيه؟ إنها مصنوعة من البوليمرات ، وهي جزيئات تتكون من العديد من الوحدات المتكررة ، في تكوينات تمنح البلاستيك العديد من الصفات المرغوبة – مثل المرونة والمرونة والقوة – التي يتشاركونها غالبًا. علاوة على ذلك ، تنقسم المواد البلاستيكية عمومًا إلى فئتين عريضتين: البلاستيك الحيوي ، حيث تُشتق البوليمرات من مصادر مثل نشا الذرة ، والدهون النباتية والبكتيريا ؛ وما يسمى بالبلاستيك “التركيبي” ، حيث يتم تصنيع البوليمرات من النفط الخام والغاز الطبيعي. 

على الرغم من الاسم الصديق للأرض ، فإن البوليمرات القائمة على أساس حيوي لا تتمتع تلقائيًا بسجل بيئي جيد ، لأنها قد تستمر أيضًا في البيئة ولا تتحلل بيولوجيًا. وأوضح ريدشو: “ليست كل المواد البلاستيكية الحيوية عبارة عن بوليمرات قابلة للتحلل ، وليست كل المواد البلاستيكية القابلة للتحلل حيوياً”. ومع ذلك ، تتسبب المواد المشتقة من النفط والغاز الطبيعي بشكل نسبي في أكبر ضرر بيئي ، لأن المواد البلاستيكية في هذه الفئة تميل إلى البقاء في البيئة لفترة أطول – بينما تسبب تأثيرات بيئية أخرى أيضًا.

لفهم السبب ، سنلقي نظرة على مثال للبلاستيك المشتق من الزيت: خذ زجاجة الحليب في الثلاجة. يبدأ هذا الكرتون حياته في مكان ما أكثر دراماتيكية – في أعماق الأرض ، مثل النفط الخام. يتم حفر هذه المادة ، التي تتجمع في غرف عالية الضغط داخل قشرة الأرض ، ويتم ضخها إلى السطح ونقلها عبر خطوط الأنابيب إلى مصافي النفط. يرصد لها الحمأة كثيفة تتكون من الهيدروكربونات والمركبات المصنوعة من مزيج من الكربون و الهيدروجين الذرات التي سلاسل شكل فترات متفاوتة، مما يعطيها خواص مختلفة. هذه الهيدروكربونات هي أقدم المواد الخام للبلاستيك ، الجاهزة على الأرض. 

في المصفاة ، بدأ إنتاج البلاستيك بالفعل. هنا ، يتم تسخين الزيت الخام الشبيه بدبس السكر فوق فرن يفصل الهيدروكربونات إلى مجموعات مختلفة – بناءً على عدد الذرات التي تحتويها ووزنها الجزيئي الناتج – ثم يتم تغذيتها في أنبوب تقطير قريب. داخل هذا الأنبوب ، تغرق الهيدروكربونات الأطول والأثقل عادةً إلى القاع ، بينما ترتفع الهيدروكربونات الأقصر والأخف وزنًا إلى الأعلى. والنتيجة هي أن النفط الخام يتم فصله إلى عدة مجموعات متميزة من المواد الكيميائية للاستخدام – مثل البترول والبنزين والبارافين – يحتوي كل منها على هيدروكربونات بنفس الوزن والطول. إحدى هذه المجموعات هي النفتا ، وهي مادة كيميائية ستصبح المادة الأولية لصناعة البلاستيك. 

يشبه النفثا غبار الذهب لإنتاج البلاستيك ، لأن اثنين من الهيدروكربونات العديدة التي يحتويها هما الإيثان والبروبين. هذان المركبان ضروريان لتشكيل المنتجات البلاستيكية الأكثر شيوعًا والأكثر انتشارًا على وجه الأرض ، بما في ذلك النوع المستخدم في كرتونة الحليب. ولكن لكي يتم تحويلها إلى شيء يمكن استخدامه في الواقع لبناء البلاستيك ، يجب تفكيك الإيثان والبروبين من حالة الهيدروكربون الخام إلى وحدات أصغر. 

هناك طرق مختلفة للقيام بذلك. إحدى الطرق هي تطبيق حرارة عالية وضغط مرتفع في بيئة خالية من الأكسجين. هذه العملية ، التي تسمى “التكسير البخاري” ، تقسم الهيدروكربونات إلى جزيئات أقصر تسمى المونومرات. 

قال بايال باهيتي ، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة أستون يركز على مواد البوليمر المستدامة: “يمكن اشتقاق مونومرات مثل الإيثيلين من الإيثان ، أو البروبيلين من البروبين ، مباشرة من النفتا بعد التكسير الحراري” (الذي يتضمن التكسير بالبخار). أخيرًا ، يعتبر الإيثيلين والبروبيلين المبسطان من المكونات الثمينة اللازمة لصنع العمود الفقري للبلاستيك. 

تتكشف هذه الخطوة التالية من خلال عملية تسمى البلمرة ، حيث يتم دمج مكونات المونومر الفردية كيميائيًا في ترتيبات جديدة لإنتاج سلاسل طويلة متكررة تعرف بالبوليمرات. في هذه الحالة ، يشكل الإيثيلين والبروبيلين البولي إيثيلين والبولي بروبيلين – وهما البوليمرات الأكثر شيوعًا والأكثر إنتاجًا على وجه الأرض. 

إذن ، لماذا هذين البوليمرين شائعان جدًا؟ يسمح مكياج البولي إيثيلين باستخدامه في صناعة البلاستيك بكثافات مختلفة – مما يعني أنه يمكن أن يكون هشًا ومرنًا أو قويًا وصلبًا – مما يجعل تطبيقاته شديدة التنوع. وفي الوقت نفسه ، فإن تكوين البولي بروبيلين يجعلها مرنة ومرنة بشكل خاص. وبالتالي ، نرى هذه الأنواع من البلاستيك كل يوم ، في الغالب في العناصر التي تستخدم مرة واحدة مثل علب الحليب ، ناهيك عن الأغلفة البلاستيكية ، والقش ، وزجاجات المياه ، وأكياس التسوق ، وحاويات الشامبو ، وأغطية الزجاجات – والقائمة تطول.

ومع ذلك ، فهذان نوعان فقط من البلاستيك الاصطناعي من بين عشرات الأنواع الأخرى. يتم عزل الأنواع الأخرى من الهيدروكربونات وتفكيكها من مصادر مختلفة – ليس فقط من النفط الخام ولكن أيضًا من الغاز الطبيعي – وتستخدم أيضًا في صناعة البلاستيك. في بعض الحالات ، قد تصنع البوليمرات من مونومر واحد ، متكرر ، كما نرى في البولي إيثيلين والبولي بروبيلين ، أو قد تتضمن مجموعات من أنواع قليلة من المونومرات. 

علاوة على ذلك ، ستتم معالجة كل سلسلة من سلاسل البوليمر هذه بعدة طرق وخلطها بمواد مضافة مختلفة – مضادات الأكسدة ، وعوامل الرغوة ، والملدنات ، ومثبطات اللهب – التي تجهزها لتحقيق مجموعة متنوعة من الوظائف المتخصصة التي تجعل البلاستيك متعدد الاستخدامات. 

قال باهتي لـ Live Science: “تحتاج المواد البلاستيكية المختلفة إلى خصائص مختلفة”. “خذ على سبيل المثال تغليف المواد الغذائية ، والذي يجب أن يمنع مرور الأكسجين الزائد أو ضوء الشمس ، لتجنب التدهور ، لذلك فهو يحتوي على مواد مضافة لجعله كذلك.” يمكن للمرء أن يقول إن المواد المضافة هي التي تعطي البوليمر خصائصه وتؤدي إلى تكوينه. من البلاستيك “. Advertisement

تخلق هذه الزخارف النهائية تنوعًا هائلاً من المنتجات البلاستيكية التي لدينا اليوم – والتي تقدم مساهمات هائلة في إنتاج الأغذية وتخزينها ، ومستحضرات التجميل ، والتكنولوجيا ، والطب والرعاية الصحية.

“مادة غريبة”

الآن ، دعنا ننتقل سريعًا خلال عملية الإنتاج هذه مرة أخرى. يتم تصنيع البلاستيك الذي يتم تصنيعه من النفط والغاز الطبيعي عن طريق عزل الهيدروكربونات وتقسيمها إلى مكوناتها ثم إعادة تشكيل هذه الأجزاء إلى تكوينات جديدة تمامًا لم يسبق لها مثيل في الطبيعة. وأوضح باهيتي ، ببساطة ، أن هذا يخلق مادة “غريبة” غير مألوفة للميكروبات في مياه الأرض والتربة. “إن العمود الفقري للكربون الموجود في البلاستيك المركب لا تتعرف عليه بكتيريا التربة ، مما يعني أنها لا تستطيع هضمها وتحويلها إلى ماء وثاني أكسيد الكربون.” 

قال ريدشو: “يمكن أن تستغرق أمثال البولي إيثيلين قرونًا حتى تتحلل في مواقع دفن النفايات”. “هذا يعني أن الكثير مما تم إنتاجه خلال حياتنا لا يزال في شكله الأصلي القريب. والمثابرة ليست القضية الوحيدة: لأنها تتفكك تدريجياً تحت تأثير أشعة الشمس والماء والرياح والنفط والغاز الطبيعي- يطلق البلاستيك المشتق انبعاثات غازات الاحتباس الحراري الموجودة في الداخل ، بالإضافة إلى ترشيح المواد الكيميائية المضافة أثناء الإنتاج مرة أخرى إلى البيئة. الحجم الهائل للتلوث البلاستيكي الذي يستخدم مرة واحدة ، على وجه الخصوص – إلى جانب ثباته وتأثيره البيئي المستمر الذي يمكن أن يستمر لعدة قرون – خلق الكارثة البيئية التي نراها اليوم. 

ولكن قد يكون هناك طريقة للخروج من كومة القمامة المتصاعدة. يعتقد Redshaw أن المواد البلاستيكية القابلة للتحلل – والتي هي محور بحثه – يمكن أن تكون أحد الحلول المحتملة. لإعادة الصياغة ، لا يعني صنع البلاستيك القابل للتحلل بالضرورة إنتاجه من مصادر حيوية مثل نشا الذرة (على الرغم من أن ذلك قد يوفر حلاً). وبشكل أكثر تحديدًا ، فإنه يستلزم صنع البلاستيك من البوليمرات التي يمكن تكسيرها بكفاءة معقولة بواسطة الميكروبات في الماء والتربة. 

لكي يكون لهذا تأثير كوكبي حقيقي ، ستحتاج البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي إلى استبدال أمثال البولي إيثيلين والبولي بروبيلين ذات الأساس الزيتي – ولكن مع الحفاظ أيضًا على خصائص مثل القوة والمرونة التي تجعل هذه البوليمرات التقليدية مرغوبة للغاية. هذا أمر صعب ، وقد أصبح أكثر صعوبة بسبب حقيقة أن البوليمرات التقليدية تظل أرخص من حيث التكلفة التنافسية. 

لكن بعض الخيارات القابلة للتحلل البيولوجي بدأت في تحقيق تقدم. أحدهما هو نوع يسمى polylactides ، والذي يتم استخدامه لصنع عناصر تستخدم مرة واحدة مثل الأكواب وأدوات المائدة والقش ، والتي يمكن أن تتحلل بيولوجيًا بشكل أكثر فاعلية بمجرد تواجدها في البيئة. من المرجح أن تزداد هذه الأنواع من الاختراعات مع تزايد الضغط العالمي لجعل البلاستيك أكثر استدامة ، حسب تقدير ريدشو.

هناك إشارات من التفاؤل في أماكن أخرى أيضًا. في عام 2016 ، اكتشف الباحثون البكتيريا الآكلة للبلاستيك ، وحدد آخرون منذ ذلك الحين ديدان مضغ البولي إيثيلين (هذا الوحش هو كاتربيلر لعثة الشمع الأكبر ، حسبما ذكرت Live Science سابقًا ). لقد وجدوا أيضًا إنزيمات يمكن هندستها لتحطيم النفايات البلاستيكية . Advertisementالألغاز ذات الصلة

“ربما ، في السنوات المقبلة ، سنتعلم من البكتيريا والديدان التي تمتلك القدرة على تكسير وهضم البلاستيك ، حتى أشياء مثل أكياس البولي إيثيلين الحاملة ، وتصميم ديدان صناعية كبيرة يمكنها أن تأكل طريقها من خلال نفاياتنا البلاستيكية – مثل الديدان العملاقة التي ظهرت في فيلم “Doctor Who” في السبعينيات! ” قال ريدشو. 

على أي حال ، في عملية صنع البلاستيك ، تمكن البشر من أخذ المواد الخام من الطبيعة وتحويلها بشكل كامل لدرجة أن الطبيعة لم تعد تتعرف عليها. إن براعتنا هي ما أوصلنا إلى هذه الفوضى ؛ الآن ، آمل أن يتمكن من إخراجنا.

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com

السابق
يربط الحمض النووي الريبي نفسه في شكل عقدة ، ثم يوحد نفسه
التالي
5 علاجات غنية بالألياف لتنظيم الجلوكوز

اترك تعليقاً