شیمیدانان دانشگاه کلرادو بولدر روش جدیدی را برای بازیافت نوع رایج پلاستیک موجود در بطری های نوشابه و سایر بسته بندی ها ابداع کرده اند. روش تیم متکی به الکتریسیته و برخی واکنش‌های شیمیایی خوب است، و به اندازه‌ای ساده است که می‌توانید شکستن پلاستیک را در مقابل چشمان خود تماشا کنید.
محققان رویکرد جدید خود را برای بازیافت مواد شیمیایی در 3 جولای در مجله Chem Catalysis شرح دادند.
این مطالعه به مشکل رو به افزایش زباله های پلاستیکی در سراسر جهان می پردازد. بر اساس گزارش آژانس حفاظت از محیط زیست، ایالات متحده به تنهایی نزدیک به 36 میلیون تن محصولات پلاستیکی در سال 2018 تولید کرده است. به گفته اوآنا لوکا، یکی از نویسندگان این مطالعه، اکثریت زباله ها در محل های دفن زباله جمع می شوند.
لوکا، استادیار دپارتمان شیمی، می‌گوید: «وقتی چیزی را در سطل بازیافت می‌اندازیم، به پشت خود می‌زنیم، اما بیشتر آن پلاستیک قابل بازیافت هرگز بازیافت نمی‌شود». ما می‌خواستیم دریابیم که چگونه می‌توانیم مواد مولکولی، بلوک‌های سازنده پلاستیک‌ها را بازیابی کنیم تا بتوانیم دوباره از آنها استفاده کنیم.»
در تحقیقات جدید، او و همکارانش یک قدم به انجام این کار نزدیک‌تر شدند.
این گروه بر روی نوعی پلاستیک به نام پلی اتیلن ترفتالات (PET) تمرکز کردند که مصرف کنندگان هر روز با آن در بطری های آب، بسته های تاول و حتی برخی پارچه های پلی استر مواجه می شوند. در آزمایش‌های آزمایشگاهی در مقیاس کوچک، محققان قطعات آن پلاستیک را با نوع خاصی از مولکول مخلوط کردند و سپس یک ولتاژ الکتریکی کوچک اعمال کردند. در عرض چند دقیقه، PET شروع به متلاشی شدن کرد.
این تیم قبل از اینکه ابزار بازیافت آن بتواند مشکل سطل زباله پلاستیکی جهان را حل کند، کارهای بسیار بیشتری باید انجام دهد. فوک فام، سرپرست تیم تحقیق، گفت: اما تماشای زباله‌هایی که می‌توانند برای قرن‌ها در انبوه زباله‌ها بمانند و ظرف چند ساعت یا چند روز ناپدید شوند، همچنان سرگرم‌کننده بود.
فام، دانشجوی دکترای شیمی، گفت: «مشاهده پیشرفت واکنش در زمان واقعی بسیار عالی بود. محلول ابتدا به رنگ صورتی تیره تبدیل می شود، سپس با جدا شدن پلیمر شفاف می شود.
زباله های یک نفر
لوکا گفت که این یک روش کاملاً جدید برای فکر کردن در مورد احتمالات زباله است. او اشاره کرد که سطل های بازیافت ممکن است راه حل خوبی برای مشکل پلاستیک در جهان به نظر برسد. اما بیشتر شهرداری‌ها در سراسر جهان برای جمع‌آوری و دسته‌بندی کوه کوچک زباله‌هایی که مردم هر روز تولید می‌کنند، تلاش کرده‌اند. نتیجه: کمتر از یک سوم از کل پلاستیک PET در ایالات متحده به بازیافت نزدیک می شود (سایر انواع پلاستیک حتی بسیار عقب تر هستند). حتی در این صورت، روش هایی مانند ذوب ضایعات پلاستیکی یا حل کردن آن در اسید می توانند خواص مواد را در این فرآیند تغییر دهند.
لوکا گفت: “در نهایت مواد را به صورت مکانیکی تغییر می دهید.” با استفاده از روش‌های فعلی بازیافت، اگر یک بطری پلاستیکی را ذوب کنید، می‌توانید به عنوان مثال، یکی از آن کیسه‌های پلاستیکی یکبار مصرف را تولید کنید که اکنون باید پول آن را در فروشگاه مواد غذایی بپردازیم.»
او و تیمش در مقابل، می‌خواهند راهی برای استفاده از مواد اولیه بطری‌های پلاستیکی قدیمی برای ساخت بطری‌های پلاستیکی جدید بیابند. این مانند شکستن قلعه لگو است تا بتوانید بلوک ها را بازیابی کنید و یک ساختمان کاملاً جدید ایجاد کنید.
گنج دیگری
برای دستیابی به این موفقیت، گروه به فرآیندی به نام الکترولیز یا استفاده از الکتریسیته برای تجزیه مولکول ها روی آوردند. برای مثال شیمیدانان مدت‌هاست می‌دانستند که می‌توانند ولتاژی را به لیوان‌های پر از آب و نمک اعمال کنند تا آن مولکول‌های آب را به گاز هیدروژن و اکسیژن تقسیم کنند.
اما تقسیم پلاستیک PET بسیار سخت تر از آب است. در مطالعه جدید، فام بطری های پلاستیکی را آسیاب کرد و سپس پودر را با محلول مخلوط کرد. سپس، او و همکارانش یک ماده اضافی، مولکولی معروف به نمک [N-DMBI]+ را به محلول اضافه کردند. فام توضیح داد که در حضور الکتریسیته، این مولکول «واسطه‌ای واکنشی» را تشکیل می‌دهد که می‌تواند الکترون اضافی خود را به PET ببخشد و باعث از بین رفتن دانه‌های پلاستیک شود. به آن مانند شیمی معادل تحویل یک قطعه کاراته به یک تخته چوبی فکر کنید.
محققان هنوز در تلاشند تا بفهمند این واکنش‌ها دقیقاً چگونه رخ می‌دهند، اما آنها توانستند PET را به بلوک‌های ساختمانی اصلی آن تجزیه کنند – که گروه می‌تواند آنها را بازیابی کند و به طور بالقوه از آن برای ساختن چیزی جدید استفاده کند.
محققان با استقرار تنها تجهیزات رومیزی در آزمایشگاه خود گزارش دادند که می توانند حدود 40 میلی گرم (مقدار کوچک) PET را طی چند ساعت تجزیه کنند.
فام گفت: “اگرچه این یک شروع عالی است، اما ما معتقدیم که باید کارهای زیادی برای بهینه سازی فرآیند و همچنین افزایش مقیاس آن انجام شود تا در نهایت بتوان آن را در مقیاس صنعتی اعمال کرد.”
لوکا، حداقل، ایده های بزرگی برای این فناوری دارد.
لوکا می‌گوید: «اگر به عنوان یک دانشمند دیوانه راه خودم را داشته باشم، از این روش‌های الکتروشیمیایی برای شکستن انواع مختلف پلاستیک در یک لحظه استفاده می‌کنم. به این ترتیب، برای مثال، می‌توانید به این زباله‌های عظیم در اقیانوس بروید، همه آن زباله‌ها را به یک رآکتور بکشید و بسیاری از مولکول‌های مفید را پس بگیرید.»