بحران جهانی پسماندها و بطری های پلاستیکی امروز بیش از هر زمان دیگری به یک دغدغه فوری تبدیل شده است. بخش عمدهای از پلاستیکهای دورریختهشده همچنان سوزانده میشوند تا از آنها انرژی بازیابی شود؛ فرایندی که اگرچه ظاهراً به تولید انرژی کمک میکند، اما در عمل موجب انتشار آلایندهها و تشدید مشکلات زیستمحیطی میشود. در مقابل، تنها بخش کوچکی از این پسماندها بهدرستی جمعآوری و به شکل مؤثر به مواد جدید تبدیل میشوند. این شکاف میان مصرف گسترده پلاستیک و بازیافت واقعی آن، نشان میدهد که جهان به راهکارهایی عملی، مقرونبهصرفه و پایدار نیاز دارد.
در همین راستا، پروفسور کوتوهیرو نومورا و تیم پژوهشی او در دانشگاه شهری توکیو روشی نوآورانه و بسیار کارآمد برای تجزیه انتخابی پلیاتیلن ترفتالات (PET) از بطریها و ضایعات نساجی توسعه دادهاند. این روش که بر پایه استفاده از الکلها و یک کاتالیزور آهنی ارزان و در دسترس طراحی شده است، میتواند گامی مهم در جهت تحقق اقتصاد چرخشی و کاهش اثرات زیستمحیطی پلاستیکها باشد.
پلیاستر و چالش بازیافت آن
پلیاستر، بهویژه PET، یکی از پرکاربردترین پلاستیکها در جهان است. از بطریهای نوشیدنی گرفته تا الیاف پوشاک، فرشها و پردهها، این ماده در زندگی روزمره ما حضور گستردهای دارد. بطریهای PET معمولاً از طریق سیستمهای جمعآوری بازیافت میشوند، اما مشکل اینجاست که محصول بازیافتی اغلب کیفیتی پایینتر از ماده اولیه دارد. به عبارت دیگر، پلاستیک بازیافتی معمولاً نمیتواند دوباره به بطریهای باکیفیت و مناسب مواد غذایی تبدیل شود.
این مسئله سبب شده است که «بازیافت شیمیایی» به عنوان یک راهکار جدی مورد توجه قرار گیرد. در بازیافت شیمیایی، پیوندهای استری موجود در ساختار PET شکسته میشوند تا بلوکهای سازنده اولیه آن بازیابی شود. در صورت موفقیت، این بلوکها میتوانند دوباره برای تولید پلاستیک نو با کیفیت بالا استفاده شوند. با این حال، روشهای سنتی بازیافت شیمیایی معمولاً به دماهای بسیار بالا و مقادیر زیادی اسید یا باز نیاز دارند. چنین شرایطی نهتنها هزینهبر است، بلکه از نظر زیستمحیطی نیز چالشبرانگیز محسوب میشود.
رویکرد نوآورانه پژوهشگران ژاپنی در تبدیل بطری پلاستیکی
مطالعه جدید تیم ژاپنی که در مجله تخصصی ACS Sustainable Resource Management منتشر شده، یک روش ساده، بدون استفاده از اسید و باز، برای بازیافت شیمیایی PET ارائه میدهد. در این روش، از یک کاتالیزور مبتنی بر آهن در ترکیب با الکلها استفاده میشود تا PET بهطور انتخابی به مشتقات ارزشمند اسید ترفتالیک تجزیه شود.
نتایج بهدستآمده چشمگیر است. این فرایند قادر است PET را با بازدهی بسیار بالا، بین ۹۹.۷ تا ۹۹.۹ درصد، به ترکیباتی نظیر دیمتیل ترفتالات (DMT)، دیاتیل ترفتالات (DET) و بیس(هیدروکسیاتیل) ترفتالات (BHET) تبدیل کند. نکته مهم این است که این بازدهی حتی در مقیاسهای بزرگ نیز حفظ میشود. افزون بر این، افزودن مقدار بسیار کمی آمین به سیستم، فعالیت کاتالیزوری را افزایش میدهد، بدون آنکه از انتخابپذیری واکنش کاسته شود.
کاتالیزور آهنی؛ راهکاری ساده و در دسترس
یکی از نقاط قوت اصلی این روش، استفاده از کلرید آهن(III) یا FeCl3 به عنوان کاتالیزور است. این ماده ارزان، فراوان و بهراحتی در دسترس است. برخلاف بسیاری از کاتالیزورهای پیچیده و گرانقیمت که در برخی فرایندهای صنعتی به کار میروند، این سیستم بر پایه ترکیبات ساده و شناختهشده طراحی شده است.
پژوهشگران نشان دادند که ترکیب کلرید آهن(III) با مقدار کمی از یک آمین خاص، عملکرد کاتالیزوری فوقالعادهای ایجاد میکند. این سیستم میتواند PET را در دماهای نسبتاً ملایم، بین ۱۲۰ تا ۱۸۰ درجه سانتیگراد، تجزیه کند. این بازه دمایی در مقایسه با روشهای سنتی که به شرایط سختتری نیاز دارند، مزیتی مهم به شمار میرود. دمای پایینتر به معنای مصرف انرژی کمتر، هزینه عملیاتی پایینتر و اثرات زیستمحیطی محدودتر است.
تجزیه انتخابی در جریانهای پسماند پیچیده
در دنیای واقعی، زبالههای پلاستیکی معمولاً بهصورت کاملاً تفکیکشده در دسترس نیستند. بطریهای PET ممکن است با الیاف پنبهای، سایر پلاستیکها یا مواد دیگر مخلوط باشند. بسیاری از روشهای بازیافت در چنین شرایطی با مشکل مواجه میشوند، زیرا حضور مواد ناخواسته کارایی فرایند را کاهش میدهد.
یکی از ویژگیهای برجسته روش جدید این است که امکان تجزیه انتخابی PET حتی در حضور پنبه و سایر انواع پلاستیکها فراهم است. به عبارت دیگر، این سیستم میتواند PET را بهطور اختصاصی هدف قرار دهد، بدون آنکه سایر مواد موجود در مخلوط را به شکل نامطلوب تحت تأثیر قرار دهد. این توانایی، کاربرد صنعتی روش را بهطور قابل توجهی افزایش میدهد، زیرا نیاز به جداسازی کامل و پرهزینه مواد را کاهش میدهد.
گامی مهم به سوی اقتصاد چرخشی
اقتصاد چرخشی مفهومی است که بر استفاده مجدد، بازیابی و بازتولید مواد تأکید دارد، بهگونهای که پسماند به حداقل برسد و منابع طبیعی حفظ شوند. در چارچوب چنین اقتصادی، پلاستیک نباید به عنوان زباله نهایی در نظر گرفته شود، بلکه باید به عنوان منبعی برای تولید مجدد مواد ارزشمند تلقی گردد.
روش ارائهشده توسط تیم پژوهشی ژاپنی دقیقاً در همین راستا قرار دارد. با تبدیل PET دورریختهشده به بلوکهای شیمیایی اولیه با خلوص و بازده بالا، امکان تولید دوباره پلاستیک با کیفیت فراهم میشود. این چرخه میتواند بار وابستگی به مواد خام اولیه را کاهش دهد و از استخراج بیرویه منابع نفتی جلوگیری کند.
پیامدهای زیستمحیطی و صنعتی
در صورتی که این فناوری در مقیاس صنعتی به کار گرفته شود، میتواند تأثیر قابل توجهی بر کاهش آلودگی پلاستیکی داشته باشد. کاهش نیاز به سوزاندن پلاستیکها به معنای کاهش انتشار گازهای آلاینده و بهبود کیفیت هوا است. همچنین، بازیابی مؤثر مواد اولیه میتواند هزینه تولید را در بلندمدت کاهش دهد و انگیزه اقتصادی برای سرمایهگذاری در بازیافت شیمیایی را افزایش دهد.
از منظر صنعتی نیز استفاده از یک کاتالیزور آهنی ساده و ارزان، مسیر تجاریسازی را هموارتر میکند. شرکتها معمولاً به دنبال فناوریهایی هستند که علاوه بر کارایی بالا، هزینه سرمایهگذاری اولیه معقولی داشته باشند. این روش با تکیه بر مواد در دسترس و شرایط عملیاتی ملایم، از این نظر جذاب به نظر میرسد.
جمعبندی
بحران جهانی پلاستیک نیازمند راهکارهایی عملی و پایدار است. روش جدید توسعهیافته توسط پژوهشگران دانشگاه شهری توکیو نشان میدهد که میتوان با استفاده از رویکردی ساده، ارزان و سازگار با محیط زیست، PET را با بازدهی بسیار بالا به مواد اولیه ارزشمند تبدیل کرد. توانایی تجزیه انتخابی در شرایط واقعی و استفاده از کاتالیزور آهنی در دماهای ملایم، این فناوری را به گزینهای امیدوارکننده برای آینده بازیافت شیمیایی تبدیل کرده است.
چنین پیشرفتهایی در زمینه بطری ها و پسماندها میتواند نقطه عطفی در حرکت به سوی اقتصاد چرخشی باشد؛ اقتصادی که در آن پسماندها نه تهدیدی برای محیط زیست، بلکه فرصتی برای خلق ارزش دوباره خواهند بود.