ذرة واحدة تحول نفايات البلاستيك إلى كيميائيات ثمينة

التدوير الكيميائي يحول نفايات البلاستيك إلى تولوين ثمين

أصبح البلاستيك جزءا من الحياة اليومية إلى درجة أننا لا نلاحظه إلا عندما يتراكم، هناك الأكياس والعبوات، وتغليف للأطعمة، وقطع الفوم خفيفة الوزن التي تتطاير بسهولة، ينتهي كثير منها في مكبات النفايات.

بالطبع يتم التعامل مع هذه النفايات عبر طرق عدة يأتي على رأسها “إعادة التدوير”، ويتجه الباحثون أكثر فأكثر إلى فكرة التدوير الكيميائي، فبدلا من أن نعيد صهر البلاستيك وتشكيله (وغالبا بجودة أقل)، لماذا لا نفككه إلى جزيئات أصغر يمكن أن تعود من جديد كمواد خام للصناعة؟

من البوليسترين إلى التولوين

هذا بالضبط ما تحاول تحقيقه دراسة حديثة نشرت في “نيتشر نانوتكنولوجي”، وتناولت طريقة لتحويل نوع شائع من البلاستيك يسمى البوليسترين إلى مادة مهمة جدا في الصناعة اسمها التولوين.

البوليسترين هو البلاستيك الذي نعرفه في كثير من أشكال التغليف، ومنها الرغوة المستخدمة في بعض عبوات الطعام والعزل. المشكلة أنه خفيف وسهل التشظّي، مما يجعله صعب الجمع وإعادة التدوير.

أما التولوين فهو مركب هيدروكربوني عطري يستعمل على نطاق واسع كمذيب صناعي وكلبنة وسيطة في صناعة كيميائيات ومواد أخرى. أي أن تحويل مخلفات البلاستيك إلى تولوين يعني، نظريا، أننا لا نتخلص من القمامة فقط، بل نستعيد قيمة اقتصادية منها.

كسر المقايضة

التحدّي الكبير في تكسير البلاستيك وتحويله إلى مادة محددة هو أن العلماء يتعاملون مع خليط معقّد من الجزيئات والغازات والحرارة، ومعه يحدث عادة ما يسميه الكيميائيون “مقايضة” مؤلمة، فإن زدت المردود (كمية المنتج)، قد تقل الانتقائية (نقاء أو تركيز المادة الناتجة)، وإن رفعت الانتقائية، قد تدفع ثمنا في المردود.

الدراسة الجديدة تقول إنها كسرت هذه المقايضة في حالة تحويل البوليسترين إلى تولوين عبر فصل العملية إلى خطوتين داخل نظام واحد.

في الخطوة الأولى، يُسخَّن البوليسترين تحت ضغط وبوجود الهيدروجين عند 475°مئوية، هنا لا نحصل على تولوين مباشرة، بل تتكسر السلاسل البلاستيكية إلى مركبات بخارية وسيطة.

ثم في الخطوة الثانية، عند 275°مئوية، يحدث الشيء الحقيقي الذي يوجّه التفاعل، حيث يضاف محفز خاص وهيدروجين يقطع الروابط بطريقة انتقائية لصناعة التولوين.

ذرة واحدة منفردة

اللافت هنا هو نوع المحفز، وهو “الروثينيوم” على هيئة ذرات منفردة، مثبتة على سطح دعامة، بدلا من استخدام جسيمات معدنية كبيرة.

هذا مهم لأن كثيرًا من تفاعلات تحويل البلاستيك تتشتت إلى عشرات المسارات الكيميائية، التحكم الذري يسمح، بحسب الباحثين، بأن تكون هناك سيطرة أدق على ما الذي سيتكوّن في النهاية، مع الحفاظ على نشاط عالٍ للمحفز.

وفق الدراسة، تمكن العلماء من ضبط انتقائية التولوين لتصبح بنسبة 99% مع الحفاظ على المردود بنسبة 83%، هذه أرقام مرتفعة جدا في سياق تدوير البلاستيك كيميائيا، لأن المشكلة المعتادة هي خروج خليط كبير من منتجات متعددة يحتاج إلى فصل مكلف.

بل وتشير الدراسة كذلك إلى أن تشغيل العملية بشكل مستمر لمدة 100 ساعة، لم ينتقص من نسبة المردود والانتقائية.

تحديات مستقبلية

ورغم الأرقام المبشرة، هناك أسئلة عملية حتمية قبل أن نرى هذه الفكرة في مصانع كبيرة، فالعملية تعتمد على الهيدروجين، ويمكن للحصول عليه أن يتسبب في ضرر للبيئة بالمقام الأول، ومن ثم لن تكون هناك فائدة من تدوير البلاستك كيميائيا للحفاظ على البيئة.

كما أن كثيرا من النفايات ليست بوليسترينا نقيا، قد يتطلب ذلك خطوات إضافية لتنقيته، أو على الأقل قد يؤثر على المردود والانتقائية.

أضف لذلك أن التوسع الصناعي يتطلب دراسات إضافية، لفحص إمكانات التغذية المستمرة بالبلاستيك الصلب وتأثير ذلك على زمن التشغيل وزيادة الإنتاجية، ومن ثم بناء تصميمات لأجهزة وعمليات إنتاج قابلة للتوسع.