يعاني العالم من تراكم كميات كبيرة من النفايات البلاستيكية التي تنتشر بفعل الرياح في كل مكان.
مع انخفاض قيمة هذه النفايات ، لا يوجد برنامج فعال لدفع جهود إعادة التدوير إلى أكثر من 10٪.
على الرغم من أن العديد من الأمريكيين يتخلصون من نفاياتهم البلاستيكية في علب قمامة مخصصة أسبوعياً ، فإن العديد من هذه المواد ، مثل الأفلام المرنة والمواد متعددة الطبقات والبلاستيك الملون ، لا يمكن إعادة تدويرها باستخدام طرق إعادة التدوير الميكانيكية.
يتم إعادة استخدام القليل جدًا من البلاستيك في الولايات المتحدة ، حوالي 9٪ فقط ، وغالبًا ما يتم استخدامه في المنتجات منخفضة القيمة.
ولكن بفضل التقنيات الجديدة ، يعمل المهندسون الكيميائيون في جامعة ويسكونسن ماديسون على تحويل النفايات البلاستيكية منخفضة القيمة إلى منتجات عالية القيمة.
الطريقة الجديدة ، التي نُشرت في عدد أغسطس 2023 من Science ، يمكن أن تزيد الحوافز الاقتصادية لإعادة تدوير البلاستيك وتفتح الباب لإعادة تدوير أنواع جديدة من البلاستيك.
وفقًا لموقع Oilprice على الويب ، يقدر الباحثون أن استخدام هذه الأساليب يمكن أن يقلل من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من الإنتاج الكيميائي الصناعي التقليدي بنسبة تصل إلى 60٪.
تعتمد التكنولوجيا الجديدة على استخدام تقنيتين موجودتين في المعالجة الكيميائية. الأول هو الانحلال الحراري ، حيث يتم تسخين البلاستيك في بيئة خالية من الأكسجين إلى درجات حرارة عالية. هذا يعطي زيت الانحلال الحراري ، وهو خليط سائل من مركبات مختلفة.
يحتوي زيت الانحلال الحراري على كميات كبيرة من الأوليفينات ، وهي فئة من الهيدروكربونات البسيطة التي تشكل لبنة أساسية للمواد الكيميائية والبوليمرات الحالية ، بما في ذلك أنواع مختلفة من البوليسترات والمواد الخافضة للتوتر السطحي والكحوليات والأحماض الكربوكسيلية.
في عمليات اليوم كثيفة الاستهلاك للطاقة ، مثل التكسير بالبخار ، يتم إنتاج الأوليفينات الكيميائية عن طريق تعريض البترول لحرارة وضغط مرتفعين للغاية. في هذه العملية الجديدة ، يستعيد فريق UW-Madison الأوليفينات من زيت الانحلال الحراري ويستخدمها في عملية كيميائية أقل كفاءة في استخدام الطاقة تسمى تحفيز التشكيل المائي المتجانس. تعمل هذه العملية على تحويل الأوليفينات إلى ألدهيدات ، والتي يمكن بعد ذلك تحويلها إلى كحول صناعي مهم.
أجرى خبير الهندسة الكيميائية والبيولوجية جورج هوبر ، جنبًا إلى جنب مع الباحث هوتشيان لي والدكتور جيايانغ وو ، عملاً مشتركًا لإنتاج منتجات يمكن استخدامها لصنع مجموعة واسعة من المواد عالية القيمة.
تشتمل هذه المواد على مكونات قيّمة تستخدم في صناعة الصابون والمنظفات ، بالإضافة إلى البوليمرات النشطة الأخرى.
قال هوبر ، الذي يدير مركز إعادة التدوير الكيميائي للنفايات البلاستيكية ، بتمويل من وزارة الطاقة الأمريكية ، إنه متحمس حقًا بشأن التكنولوجيا المستخدمة لتحسين النفايات البلاستيكية باستخدام كيمياء التشكيل المائي ، وأشار إلى أن هذه تقنية منصة تحسين جودة النفايات. .
قد تتبنى صناعة إعادة التدوير قريبًا عملية جديدة ، حيث قامت 10 شركات كيميائية كبرى على الأقل ببناء أو الإعلان عن خطط لإنتاج زيوت الانحلال الحراري من نفايات البلاستيك في السنوات الأخيرة.
يستخدم الكثير منهم تقنية التكسير البخاري لتغذية زيت الانحلال الحراري لإنتاج مركبات منخفضة القيمة. يمكن أن توفر تقنية إعادة التدوير الكيميائي الجديدة طريقة أكثر استدامة وفعالية من حيث التكلفة لاستخدام هذه الزيوت.
يوضح الباحث Huqian Li أن هذه الشركات ليس لديها نهج جيد لتثمين زيت الانحلال الحراري في الوقت الحالي. وبالتالي ، يمكن الحصول على كحول عالي القيمة تتراوح قيمته بين 1200 دولار و 6000 دولار للطن من النفايات البلاستيكية التي تبلغ حوالي 100 دولار فقط للطن. تتمثل ميزة هذه العملية في أنها تستخدم التقنيات والتقنيات الحالية التي يمكن توسيعها بسهولة.
وأشار هوبر إلى أن الدراسة كانت جهدًا تعاونيًا بين عدد قليل من الأقسام المختلفة في UW-Madison. اقترح كلارك لانديس ، رئيس قسم الكيمياء وخبير التشكيل المائي العالمي ، إمكانية تطبيق التكنولوجيا على زيوت الانحلال الحراري. استخدم أستاذ الهندسة الكيميائية والبيولوجية مانوس مافاريكاكيس النمذجة المتقدمة لتقديم نظرة ثاقبة على المستوى الجزيئي للعمليات الكيميائية. قدم أستاذ الهندسة الكيميائية والبيولوجية فيكتور زافالا المساعدة في تحليل اقتصاديات التكنولوجيا ودورة حياة النفايات البلاستيكية.
تتمثل الخطوة التالية للفريق في تحسين العملية ، وفهم خصائص البلاستيك المعاد تدويره بشكل أفضل ، ومعرفة مجموعات المحفزات التي تنتج المواد الكيميائية النهائية.
يقول هوبر إن هناك العديد من المنتجات المختلفة والعديد من الطرق لاستخدام تقنية النظام الأساسي. يقول إن هناك سوقًا ضخمًا للمنتجات المصنعة ويعتقد أنه يمكننا حقًا تغيير صناعة إعادة تدوير البلاستيك.