آشنایی با ساختار شیمیایی پلی‌الفین‌ها

به گزارش مجله خبری نگار، این پلاستیک‌های رایج – که یک بار استفاده می‌شوند و سپس دور ریخته می‌شوند – از پلی‌الفین‌ها ساخته شده‌اند. آنها همه جا هستند، اما بازیافتشان تقریباً غیرممکن است مگر با صرف انرژی و تلاش فراوان برای جداسازی.

مشکل اصلی بازیافت پلاستیک‌ها

بیشتر تلاش‌های بازیافت پلاستیک زمانی شکست می‌خورند که انواع مختلف پلاستیک با هم مخلوط می‌شوند. پلی‌الفین‌ها – شامل پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن – بیشترین حجم مصرف پلاستیک روزمره ما را تشکیل می‌دهند؛ مثل بطری شامپو، بسته‌بندی خوراکی‌ها و کارتن‌های آبمیوه.

سالانه بیش از ۲۲۰ میلیون تن از این مواد در جهان تولید می‌شود

کمتر از ۱۰٪ از این زباله‌ها بازیافت می‌شوند

در بسیاری موارد، نرخ بازیافت حتی به ۱٪ هم نمی‌رسد

ساختار شیمیایی پلی‌الفین‌ها باعث ماندگاری طولانی آنها می‌شود. پیوند‌های کربن-کربنی که این مواد را کنار هم نگه می‌دارند بسیار محکم‌اند و شکستنشان دشوار است. به همین دلیل دهه‌ها در محیط‌زیست باقی می‌مانند و در نهایت به میکروپلاستیک‌های مضر تجزیه می‌شوند.

برای بازیافت آنها، باید هر قطعه به‌طور دقیق بر اساس نوع جدا شود. حتی یک اشتباه کوچک – مثل افتادن درب بطری آبمیوه داخل سطل بطری سس – می‌تواند کل فرآیند را خراب کند و باعث ارسال تمام مواد به محل دفن زباله شود.

راه‌حل هوشمندانه با کمک نیکل

اینجاست که کشف جدید وارد میدان می‌شود. پژوهشگران دانشگاه نورث‌وسترن موفق شده‌اند کاتالیزوری نوین بسازند که می‌تواند پلی‌الفین‌ها را به شکلی تمیز و کارآمد تجزیه کند.

این کاتالیزور بر پایه نیکل است – فلزی ارزان و فراوان – و بر خلاف فرایند‌های پیشین که به فلزات گران‌بها مثل پلاتین یا پالادیوم وابسته بودند، مقیاس‌پذیری بالایی دارد.

روش جدید به جای گرم‌کردن پلاستیک‌ها تا دما‌های بسیار بالا (تا حدود ۱۳۰۰ درجه فارنهایت)، از کاتالیزور تک‌سایتی نیکل و گاز هیدروژن استفاده می‌کند تا پلیمر‌ها را به موادی مفید مانند روغن‌ها، موم‌ها و سوخت‌ها تبدیل کند.

این محصولات جانبی می‌توانند به روان‌کننده‌ها، شمع‌ها یا محصولات باارزش دیگر تبدیل شوند. در نتیجه، این فرایند تنها برای پاکسازی زباله نیست؛ بلکه تولید ارزش افزوده هم به همراه دارد.

بازیافت دقیق و انتخابی

نکته مهم در این کشف، دقت بی‌سابقه آن است. درحالی‌که کاتالیزور‌های دیگر بر پایه نیکل مانند پتک عمل می‌کنند، این کاتالیزور مانند تیغ جراحی است.

پیوند‌های خاص در ساختار پلیمر را هدف قرار می‌دهد‌

می‌تواند بین انواع مختلف پلی‌الفین حتی در حالت مخلوط تمایز قائل شود

به‌صورت انتخابی آنها را تجزیه می‌کند

«در مقایسه با دیگر کاتالیزور‌های نیکلی، فرآیند ما در دمای ۱۰۰ درجه پایین‌تر و با نصف فشار گاز هیدروژن کار می‌کند.»

– یوسی کراتیش، یکی از پژوهشگران

این تیم اعلام کرده است که بارگذاری کاتالیزور ۱۰ برابر کمتر است، اما فعالیت آن ۱۰ برابر بیشتر. به عبارت دیگر، در تمام شاخص‌ها عملکرد بهتری دارد.

عبور از بزرگ‌ترین مانع بازیافت

یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های بازیافت پلاستیک‌های مخلوط، وجود پی‌وی‌سی (PVC) است. این ماده در لوله‌ها، کفپوش‌ها و تجهیزات پزشکی استفاده می‌شود و هنگام حرارت‌دهی گاز هیدروژن کلرید آزاد می‌کند که اغلب کاتالیزور‌ها را از کار می‌اندازد.

اما کاتالیزور جدید نه‌تنها در برابر PVC مقاوم بود، بلکه عملکرد بهتری هم پیدا کرد.

«اضافه‌کردن PVC به مخلوط بازیافت همیشه ممنوع بوده است. اما ظاهراً این کار فرآیند ما را بهبود می‌دهد – چیزی که هیچ‌کس انتظارش را نداشت.»

– یوسی کراتیش

حتی زمانی که PVC تا ۲۵٪ ترکیب پلاستیک‌ها را تشکیل می‌داد، کاتالیزور همچنان به کار ادامه داد و نتیجه بهتری داد. این موضوع بی‌سابقه است.

میانبر بزرگ برای بازیافت پلاستیک

امکان حذف مرحله جداسازی می‌تواند انقلابی در صنعت بازیافت ایجاد کند. اگر صنایع بتوانند تمام زباله‌های مخلوط پلی‌الفین را بدون تفکیک و با انرژی کمتر وارد یک فرآیند کنند و در عوض محصولات ارزشمند دریافت کنند، بازیافت از نظر اقتصادی و عملی بسیار مقرون‌به‌صرفه‌تر خواهد شد.

«بزرگ‌ترین مانع بازیافت همیشه نیاز به جداسازی دقیق بوده است. کاتالیزور ما می‌تواند این مرحله پرهزینه و زمان‌بر را حذف کند.»

– پروفسور توبین مارکس، نویسنده ارشد مطالعه

این دستاورد نه‌تنها برای محیط‌زیست بلکه برای تمام کسانی که در تلاش برای حل بحران جهانی پلاستیک هستند خبر خوبی است.

به بیان ساده، این کشف می‌تواند چیزی که غیرممکن یا بسیار دشوار به‌نظر می‌رسید را ساده و عملی کند – و این همان چیزی است که جهان در مقابله با آلودگی پلاستیکی نیاز دارد.

این پژوهش در مجله Nature Chemistry منتشر شده است.

جمع‌بندی و دعوت به اقدام

با این کشف، آینده بازیافت می‌تواند روشن‌تر و کارآمدتر باشد. استفاده از کاتالیزور‌های ارزان، مقاوم و دقیق می‌تواند به صنعتی‌شدن واقعی بازیافت و کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی کمک کند. 

منبع:فوت و فن