جامعة تشجيانغ الصينية بالتعاون مع فريق دولي تكتشف آلية جديدة لتحلل البلاستيك بدون محفزات

أخبار ar.wedoany.com، في الساعات الأولى من صباح السادس عشر من يوليو بتوقيت بكين، نشر فريق البروفيسور وانغ يونغ من جامعة تشجيانغ، بالتعاون مع جامعات كارديف وطوكيو وتشجيانغ للتكنولوجيا وجامعة الصين للقياس وغيرها من الجامعات الأجنبية، دراسة جديدة حول تكنولوجيا تحلل البلاستيك في المجلة الدولية "نيتشر"، مما يكسر بشكل كامل القيود التقنية لإعادة تدوير النفايات البلاستيكية التقليدية.

تجاوز فريق البحث الاعتماد التقليدي لإعادة تدوير البلاستيك على درجات الحرارة العالية والضغط المرتفع والكواشف الكيميائية المعقدة، واستخدم فقط الماء والأكسجين، وهما أكثر المواد وفرة وأقلها تكلفة في الطبيعة، كوسائط تفاعل، مما أتاح تحويل البولي إيثيلين والبولي بروبيلين وحتى الإطارات المطاطية المستعملة بكفاءة إلى منتجات حمضية عضوية عالية القيمة المضافة تحت ظروف معتدلة، مما يفتح مسارًا جديدًا لتحويل النفايات البلاستيكية إلى قيمة عالية.

حاليًا، يتجاوز الإنتاج العالمي السنوي للبلاستيك 4 مليارات طن، حيث يتم التخلص من كميات كبيرة من النفايات البلاستيكية عبر الدفن والحرق والإلقاء العشوائي، مما يؤدي إلى تسربها إلى التربة والمحيطات، وإنتاج جزيئات بلاستيكية دقيقة بشكل مستمر، مما يخلق مشكلة تلوث بيئي طويلة الأمد. لا تستطيع تقنيات إعادة التدوير الكيميائي الحالية معالجة سوى حوالي 9% من النفايات البلاستيكية، وتعاني بشكل عام من عيوب واضحة: معظمها يعتمد على محفزات معدنية ثمينة، وتتطلب التفاعلات بيئات ذات درجة حرارة وضغط مرتفعين، مما يؤدي ليس فقط إلى ارتفاع استهلاك الطاقة وتكاليف المعالجة، بل أيضًا إلى سهولة تعطل المحفزات، مما يجعل من الصعب تطبيقها على نطاق واسع.

حاليًا، يتمحور الاتجاه البحثي الرئيسي في الصناعة حول تطوير مواد محفزة ذات أداء أفضل.

"في البداية، كان نهجنا في دراسة تحلل البلاستيك مشابهًا لمعظم الزملاء الآخرين – تطوير محفزات ذات أداء أعلى." يتذكر وانغ يونغ.

لكن تجربة مراقبة عادية غيرت اتجاه الفريق بشكل جذري. أجرى طالب الدكتوراه غاو رويليانغ مجموعة مراقبة فارغة بدون محفز في تجربة التحلل التقليدية، حيث كان من المتوقع ألا يحدث أي تفاعل في هذه المجموعة، لكن بيانات التجربة أظهرت تحللًا واضحًا للبولي إيثيلين المستقر.

"اعتقدنا في البداية أنه قد يكون خطأ تشغيليًا، أو وجود بقايا محفزات دقيقة في المفاعل." يوضح وانغ يونغ. ولهذا، أجرى الفريق عشرات المجموعات من التجارب المتقاطعة والمتكررة، واستمرت ظاهرة تحلل البلاستيك في الظهور بشكل ثابت. أكد الباحثون في النهاية أنه بدون إضافة أي محفز، لا يزال بإمكان البلاستيك التحلل.

يعلق البروفيسور وانغ يونغ قائلاً إن العديد من الاختراقات العلمية الثورية تنبع من بيانات تجريبية شاذة، وإذا تم ببساطة اعتبار النتائج غير الطبيعية أخطاء تجريبية، فسيتم تفويت قوانين علمية جديدة تمامًا.

هذا الاكتشاف كسر تمامًا الإطار البحثي الأصلي للفريق، وحول تركيز البحث من "تطوير محفزات أكثر كفاءة" إلى سؤال علمي جديد تمامًا: "لماذا لا يزال البلاستيك يتحلل في غياب المحفزات؟"

بعد ذلك، تعمق الفريق في آلية التفاعل الكامنة وراء ذلك، ووجد المفتاح الأساسي لظاهرة التحلل – واجهة القطرات الدقيقة.

عند تسخين النفايات البلاستيكية مع الماء والأكسجين معًا، يتم تشتيت البلاستيك المنصهر بفعل التحريك إلى عدد لا يحصى من القطرات الزيتية على مقياس الميكرومتر، مما يشكل نظامًا مستقرًا من القطرات الدقيقة من نوع "زيت في ماء". وجدت الدراسة أنه على واجهات هذه القطرات التي تبدو عادية، وبسبب عدم تناسق ترتيب الجزيئات على الواجهة، ينشأ تلقائيًا مجال كهربائي محلي قوي. هذه البيئة الواجهية الخاصة يمكنها تعزيز تنشيط جزيئات الماء، وتوليد جذور الهيدروكسيل (•OH) في الموقع، والتي تتمتع بقدرة أكسدة قوية للغاية.

تعمل جذور الهيدروكسيل هذه مثل "مقصات جزيئية" دقيقة، قادرة على قطع السلاسل الطويلة من الكربون-كربون المستقرة في البلاستيك مثل البولي إيثيلين والبولي بروبيلين تدريجيًا، وتحويل المواد البوليمرية التي يصعب تحللها بشكل موجه إلى مواد كيميائية عالية القيمة المضافة مثل الأحماض الثنائية قصيرة السلسلة.

"العملية برمتها لا تتطلب إضافة أي محفزات، وتعتمد فقط على الماء والأكسجين، ويمكن تحقيق التحويل الكامل للبولي إيثيلين تحت ظروف معتدلة تبلغ حوالي مائة درجة مئوية." يقول وانغ يونغ. والأهم من ذلك، أنه بعد انتهاء التفاعل، لا ينتج أي بقايا من الجزيئات البلاستيكية الدقيقة، مما يحقق تحللًا كاملًا واستخدامًا عالي القيمة بالمعنى الحقيقي.

هذا الاكتشاف لا يغير فقط الفهم الحالي لآليات تحلل البلاستيك بالأكسدة، بل يفتح أيضًا مسارًا تقنيًا جديدًا لصناعة إعادة تدوير البلاستيك. فالنفايات البلاستيكية، التي كانت منخفضة القيمة ومرتفعة تكلفة المعالجة، يمكن تحويلها مباشرة إلى مواد خام كيميائية عالية القيمة المضافة، مما يحقق تحولًا من عبء بيئي إلى ثروة مواردية.