منذ أن تم الكشف عن الباكليت في عام 1907 كأول بلاستيك اصطناعي - تم استخدامه كعازل كهربائي - ساعدت هذه الفئة من المواد خفيفة الوزن والقوية والقابلة للتشكيل في صنع العالم الحديث. يعد البلاستيك عنصرًا أساسيًا في تصميم المنتجات وتصنيعها، ويتزايد استخدامها، خاصة في المواد ذات الاستخدام الواحد مثل زجاجات المياه وأغلفة المواد الغذائية. ويبلغ إجمالي وزن المواد البلاستيكية المنتجة سنويًا حاليًا أكثر من 380 مليون طن، ومن المتوقع أن يصل إلى 900 مليون طن بحلول عام 2050.
ولكن، مثل الوقود الأحفوري الذي تُصنع منه، يمكن أن يكون للمواد البلاستيكية عواقب بيئية سلبية. بحلول عام 2050، من المتوقع أن يكون هناك ما يقدر بنحو 12 مليار طن من النفايات البلاستيكية في مدافن النفايات أو تلوث البيئة الطبيعية. وللمقارنة، بلغ هذا الرقم حوالي 4.9 مليار طن في عام 2015. كما تشكل المواد البلاستيكية المستعملة نسبة كبيرة من الوقود الذي يتم تغذيته في محارق النفايات المولدة للطاقة، والتي تعد مصدرا لانبعاثات الكربون. لفتت الأفلام الوثائقية مثل تلك التي رواها ديفيد أتينبورو الانتباه إلى المخاطر البيئية التي تشكلها النفايات البلاستيكية. كما ساعدت لقطات زجاجات المياه المهملة التي تخنق الحياة البحرية في إثارة غضب عام ودفع التلوث البلاستيكي إلى صدارة جداول الأعمال العالمية.
على الرغم من أن العديد من المواد البلاستيكية تحمل الآن رمز إعادة التدوير، إلا أن إعادة تدوير البلاستيك في الواقع عملية بدائية وتستهلك الكثير من الطاقة. تميل المواد البلاستيكية المعاد تدويرها إلى أن تكون ذات جودة أقل - فهي أقل قوة - من المواد البلاستيكية المصنعة حديثًا. على نحو متزايد، يتم بيع المستهلكين منتجات مصنوعة من مواد بلاستيكية قابلة للتحلل، أو مشتقة من مصادر نباتية أو مملوءة بالأكسجين والمواد الكيميائية الأخرى للسماح بتحللها في البيئة. ومع ذلك، فإن هذا يعقد جهود إعادة التدوير، لأن المواد البلاستيكية القابلة للتحلل لها تأثير ضار على جودة البلاستيك المعاد تدويره، ولا توجد طريقة موثوقة لمصانع إعادة التدوير لفصل هذه المواد البلاستيكية عن الأشكال الأخرى.
أصبحت كيفية إنتاج مواد بلاستيكية أكثر استدامة واحدة من أكبر الأسئلة وأكثرها إلحاحًا في الكيمياء اليوم. ويعمل الباحثون من العديد من فروع هذا المجال الآن على إيجاد طرق لتقليل النفايات البلاستيكية وتحسين فرص إعادة تدويرها.
تم الإبلاغ عن أحد هذه الجهود في عدد هذا الأسبوع من مجلة Nature. يصف ستيفان ميكينج وزملاؤه في جامعة كونستانز في ألمانيا نوعًا جديدًا من البولي إيثيلين - وهو أحد أكثر أنواع البلاستيك ذات الاستخدام الواحد شيوعًا - والذي يمكن إعادة تدويره عن طريق استعادة معظم المواد الأولية - وهو أمر يصعب القيام به المواد الحالية وتقنيات إعادة التدوير.
يحتاج هذا البلاستيك الجديد إلى مزيد من الاختبار، ويجب تقييم آثاره على البنية التحتية الحالية لإعادة التدوير. وسوف يتطلب الأمر نوعًا مختلفًا من تكنولوجيا إعادة التدوير عن تلك المتوفرة في مراكز إعادة التدوير الحالية. إذا كان هناك إجماع على ضرورة استخدامه، وإذا كان من الممكن توسيع نطاقه، فسيكون لديه القدرة على تسريع التحول إلى البلاستيك المعاد تدويره. يمكن أن يكون جزءًا من الحل لجعل استخدام البلاستيك أقل ضررًا.
لكن الكيمياء وحدها لا يمكنها أن تأخذنا إلا إلى هذا الحد. إذا أردنا الحد من حرق المواد البلاستيكية وتراكم المواد في المحيطات ومدافن النفايات، فلن تتمكن الصناعة من الاستمرار في تصنيع المواد البلاستيكية بالمعدل الحالي. تحتاج الشركات إلى تحمل المزيد من المسؤولية عن دورة الحياة الكاملة لمنتجاتها البلاستيكية. ولكي يحدث هذا، سوف تحتاج الحكومات إلى تقديم المزيد من التنظيمات، ولابد أيضاً من نجاح معاهدة الأمم المتحدة المقترحة بشأن المواد البلاستيكية.
نظام أحادي الاتجاه
يتم تصنيع البلاستيك من خلال الجمع بين سلاسل من وحدات البناء الجزيئية البسيطة. ليس من السهل إعادة هذه العملية إلى الوراء لإنشاء مواد يمكن إعادة استخدامها، على الرغم من أن الباحثين قد أحرزوا بعض التقدم. تتمثل العقبة الرئيسية أمام تحسين إعادة تدوير البلاستيك في كيفية كسر الروابط الكيميائية بطريقة منهجية ومنخفضة الطاقة لاستعادة المواد القيمة التي يمكن استخدامها بعد ذلك لصنع مواد بلاستيكية عالية الجودة.
هناك عدة طرق لمنح البلاستيك حياة أخرى. وتشمل هذه العمليات إعادة التدوير الميكانيكية، حيث يتم تقطيعها وصهرها وإعادة استخدامها كبلاستيك أقل جودة. هناك خيار آخر يتمثل في إعادة تدويرها كيميائيًا، عن طريق كسر الروابط التي تربط جزيئات البلاستيك الطويلة معًا، مما يؤدي إلى إنشاء جزيئات أصغر ومفيدة يمكن تحويلها إلى مواد بلاستيكية جديدة. النهج الأخير، وربما هو الأصعب بين الاثنين، هو ما كان يعمل عليه ميكينج وزملاؤه.
هذا الفريق هو واحد من عدة فرق حول العالم تحاول إيجاد طريقة لإعادة تدوير البولي إيثيلين. باستخدام مصدر متجدد، صنع ميكينج وزملاؤه مادة قوية تشبه البولي إيثيلين تحتوي على مجموعات كيميائية يمكن تقسيمها بسهولة أكبر من تلك الموجودة في البلاستيك التقليدي، مما يسمح بتفكيك المادة في مرحلة إعادة التدوير. وتمكن العلماء من استعادة جميع المواد الأولية تقريبًا من خلال عملية إعادة التدوير، ومن خلالها، إعادة تصنيع المواد الشبيهة بالبولي إيثيلين.
ويأتي هذا العمل في أعقاب بحث فريق آخر، والذي أعلن عن نتائج مماثلة في أكتوبر. استخدمت سوزانا سكوت - من جامعة كاليفورنيا، سانتا باربرا - وزملاؤها محفزًا للمساعدة في تفتيت البولي إيثيلين إلى جزيئات أصغر يمكن استخدامها ككتل بداية لصنع أنواع مختلفة من البوليمر.
هذه كيمياء ذكية وبحث حيوي. ويجب الآن دراسة هذا النهج بالنسبة لأنواع مختلفة من البلاستيك وعلى نطاقات أكبر. ولكن طالما استمر استخدام المواد البلاستيكية في الارتفاع، فإن إعادة التدوير وحدها لن تقلل من التلوث البلاستيكي.
تدرك الصناعة ذلك جيدا، وهي منخرطة - وإن لم يكن بالقدر الذي تحتاج إليه - في مسألة كيفية خفض إنتاجها. وقد التزم خُمس الشركات التي تصنع أو تستخدم العبوات البلاستيكية بتعهد يسمى الالتزام العالمي للاقتصاد البلاستيكي الجديد، الذي أنشأته مؤسسة إلين ماك آرثر وبرنامج الأمم المتحدة للبيئة. ويعد الموقعون بزيادة إعادة تدوير البلاستيك كجزء من التزام أوسع بمبادئ الاقتصاد الدائري، والتي تهدف إلى تحقيق الاستخدام المستمر للموارد والقضاء على النفايات. ولكن وفقا لأحدث تقرير، فإن التقدم متفاوت ــ وخاصة عندما يتعلق الأمر بالحد من العبوات ذات الاستخدام الواحد واعتماد العبوات القابلة لإعادة الاستخدام بالكامل.
ومن الواضح أن الشركات تحتاج إلى التحفيز أو الضغط عليها بقوة حتى تتصرف. وإذا طُلب منهم تحمل المسؤولية عن دورة الحياة الكاملة لمنتجاتهم البلاستيكية، فسيكونون أقل ميلاً لاستخدام المواد التي يصعب إعادة استخدامها أو إعادة تدويرها. ولتحقيق هذه الغاية، لا بد من نجاح المعاهدة العالمية المقترحة، والتي توصف بأنها تعادل اتفاق باريس للمناخ فيما يتعلق بالتلوث البلاستيكي. في الماضي، كانت المعاهدات التي تهدف إلى معالجة تغير المناخ وفقدان التنوع البيولوجي محل معارضة، بل وتم إضعافها، من قبل البعض في الصناعة ومن قبل الحكومات التي لها مصالح في الوقود الأحفوري. ولا يمكن للتاريخ أن يعيد نفسه؛ الكوكب ليس لديه الوقت.
لقد أعطى الكيميائيون المواد البلاستيكية للعالم منذ أكثر من قرن من الزمان. لكن هذه المواد المفيدة للغاية أصبحت الآن مصدرًا خطيرًا للضائقة البيئية. ولحسن الحظ، فإن الكيميائيين في كل من الأوساط الأكاديمية والصناعية عازمون على إيجاد طريقة صديقة للبيئة لتفكيك المواد البلاستيكية. ويتعين على الشركات والحكومات الآن أن تكثف جهودها وتتحمل المسؤولية عن دورها في تراكم النفايات البلاستيكية. لا يمكن أن يأتي العمل في وقت مبكر جدًا.
طبيعة 590، 363-364 (2021)
دوي: https://doi.org/10.1038/d41586-021-00391-7
