تیمی از شیمی‌دانان اخیراً روشی غیرسمی، سازگار با محیط زیست و بدون حلال برای بازیافت پلاستیک با استفاده از رطوبت موجود در هوای محیط ارائه داده‌اند.
در مطالعه‌ای که در مجله “شیمی سبز” منتشر شده، کارشناسان توضیح می‌دهند که چگونه یک کاتالیزور کم‌هزینه پیوندهای پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) – متداول‌ترین پلاستیک پلی‌استری – را می‌شکند. پس از آن، پلاستیک خرد شده در معرض هوای معمولی قرار می‌گیرد و به مونومرهایی تبدیل می‌شود که می‌توانند به محصولات جدید PET یا مواد با ارزش بالاتر بازسازی شوند. یافته‌های این تیم، پتانسیل یک مسیر پایدارتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر را برای ایجاد اقتصادی چرخه‌ای برای پلاستیک‌ها نشان می‌دهد.
یوسی کراتیش، استادیار پژوهشی شیمی در کالج علوم و هنر واینبرگ در دانشگاه نورث‌وسترن است. وی می‌گوید:
“آمریکا بزرگ‌ترین تولیدکننده آلودگی پلاستیکی به ازای هر نفر است و تنها ۵٪ از این پلاستیک‌ها بازیافت می‌شوند. به شدت به فناوری‌های بهتری برای پردازش انواع مختلف زباله‌های پلاستیکی نیاز داریم.”
“بیشتر فناوری‌های امروزی بطری‌های پلاستیکی را ذوب کرده و به محصولات با کیفیت پایین‌تر تبدیل می‌کنند.”
استفاده از رطوبت برای بازیافت پلاستیک
به گفته کراتیش، نکته هیجان‌انگیز این تحقیق این است که تیم از رطوبت هوا برای تجزیه پلاستیک‌ها استفاده کرده و به فرآیندی بسیار پاک و گزینشی دست یافته‌اند.
“با بازیابی مونومرها که بلوک‌های سازنده اصلی PET هستند، می‌توانیم آنها را بازیافت کرده یا حتی به مواد با ارزش بالاتر ارتقا دهیم.”
ناوین مالیک، نویسنده اصلی مقاله، بیان می‌کند که این مطالعه راه‌حلی پایدار و کارآمد برای یکی از چالش‌های بزرگ محیط زیستی جهان یعنی ضایعات پلاستیکی ارائه می‌دهد.
روش بدون حلال برای بازیافت
در کارهای قبلی، گروه مارکس در نورث‌وسترن روش‌های کاتالیزی بدون حلال را پیشگام کرد. این مقاله جدید بر اساس همان دستاورد، مجدداً از یک رویکرد واکنشی بدون حلال استفاده می‌کند.
کراتیش می‌گوید: “استفاده از حلال‌ها معایب زیادی دارد؛ گران هستند، باید به دماهای بالا گرم شوند و پس از واکنش، با ترکیبی از مواد باقی‌مانده روبه‌رو هستید که برای بازیابی مونومرها باید آن را جداسازی کنید.”
“ما به‌جای حلال‌ها از بخار آب موجود در هوا استفاده کردیم. این راهکاری بسیار زیباتر برای حل مشکلات بازیافت پلاستیک است.”
شیمی ساده برای بازیافت پلاستیک
برای آزمایش این فرآیند جدید، تیم PET را با یک کاتالیزور مولیبدنوم غیرسمی و ارزان و کربن فعال ترکیب کرده و مخلوط را گرم کردند. در این مرحله، مولکول‌های بزرگ PET شروع به تجزیه کردند. سپس پلاستیک خرد شده در معرض هوای محیط قرار گرفت که مقادیر اندکی از بخار آب دارد و پلاستیک باقی‌مانده به مونومرهایی مانند اسید ترفتالیک (TPA) تبدیل شد – ماده‌ای با ارزش برای ساخت پلی‌استرهای جدید.
این فرآیند تنها یک محصول جانبی، یعنی استالدهید تولید کرد که در مقیاس صنعتی به‌راحتی قابل حذف است.
مالیک بیان می‌کند: “هوا دارای مقدار قابل توجهی رطوبت است و این امر باعث می‌شود که به منبعی در دسترس و پایدار برای واکنش‌های شیمیایی تبدیل شود.”
“به طور متوسط، حتی در شرایط نسبتاً خشک، جو حدود ۱۰,۰۰۰ تا ۱۵,۰۰۰ کیلومتر مکعب آب دارد. استفاده از رطوبت هوا به ما امکان می‌دهد حلال‌های حجیم را حذف کنیم، مصرف انرژی را کاهش دهیم و از مواد شیمیایی تهاجمی پرهیز کنیم؛ در نتیجه، فرآیندی پاک‌تر و سازگارتر با محیط زیست به دست می‌آید.”
آزمایش فناوری بازیافت
در آزمایش‌های اولیه، ۹۴٪ از TPA تنها در چهار ساعت بازیابی شد و نشان داد که فرآیند سریع و کارآمد است. کاتالیزور نیز مقاوم و قابل‌استفاده مجدد بود که آن را برای کاربردهای صنعتی مناسب می‌کند.
این تکنیک به‌طور انتخابی فقط پلاستیک‌های پلی‌استری را تجزیه می‌کند و سایر پلاستیک‌ها یا آلاینده‌های غیرپلاستیکی را در دسته‌های مخلوط نادیده می‌گیرد.
در آزمایش‌های انجام‌شده روی بطری‌های پلاستیکی واقعی، لباس‌ها و ضایعات پلاستیکی مخلوط، فرآیند به‌خوبی عمل کرده و حتی رنگ‌ها را حذف کرده و TPA بازیابی شده بدون رنگ بود.
گسترش مقیاس روش جدید
گام بعدی دانشمندان افزایش مقیاس این روش برای پاسخگویی به تقاضای صنعتی و مدیریت بارهای بزرگتر پلاستیک‌های دورریز است. آنها امیدوارند با بهینه‌سازی عواملی مانند زمان واکنش، غلظت کاتالیزور و دما، راه‌حلی اقتصادی برای تبدیل پلاستیک‌های زائد به بلوک‌های سازنده مواد جدید ایجاد کنند.
مالیک می‌گوید: “فناوری ما این پتانسیل را دارد که آلودگی پلاستیک را به‌طور قابل توجهی کاهش دهد، ردپای زیست‌محیطی پلاستیک‌ها را پایین بیاورد و به یک اقتصاد چرخه‌ای کمک کند که در آن مواد دوباره استفاده می‌شوند، نه اینکه دور ریخته شوند.”
“این یک گام ملموس به سوی آینده‌ای پاک‌تر و سبزتر است و نشان می‌دهد که چگونه شیمی نوآورانه می‌تواند چالش‌های جهانی را به شیوه‌ای سازگار با طبیعت حل کند.”
