الملخص:
تُعتبر النفايات البلاستيكية في كثير من الأحيان واحدة من أصعب أنواع النفايات الحديثة للتخلص منها، ولكن العلماء يستكشفون طريقًا جديدًا لإعادة التدوير الكيميائي: استخدام الملح المنصهر ذو درجة الحرارة العالية كوسيلة تفاعل لتكسير وتحويل المواد البلاستيكية الشائعة إلى وقود قيم ومواد خام كيميائية. بالمقارنة مع إعادة التدوير الميكانيكية التقليدية، لا تتطلب هذه الطريقة أن يكون البلاستيك مصنفًا بدرجة عالية، ويمكن أيضًا استخدام النفايات البلاستيكية الملوثة أو المختلطة أو التي يصعب إعادة تدويرها مباشرة بسبب طبيعة المادة.
في الوقت الحالي، تعد كمية النفايات البلاستيكية المنتجة عالميًا كل عام كبيرة للغاية، لكن النسبة التي تدخل فعليًا إلى نظام إعادة التدوير لا تزال منخفضة جدًا. وينتهي الأمر بكميات كبيرة من البلاستيك في مدافن النفايات أو يتم حرقها مباشرة، مما يؤدي إلى إنتاج ثاني أكسيد الكربون والملوثات الأخرى. تعتبر إعادة التدوير التقليدية صعبة بشكل خاص بالنسبة للمواد البلاستيكية المختلطة المكونة من بوليمرات مختلفة، حيث تتطلب المواد البلاستيكية المختلفة عمليات معالجة مختلفة.
لذلك كان العلماء يبحثون عن طريقة كيميائية يمكنها التعامل مباشرة مع المواد البلاستيكية المختلطة. بدلاً من إعادة صهر البلاستيك لصنع مواد بلاستيكية مُعاد تدويرها منخفضة الجودة، فإن الهدف من إعادة التدوير الكيميائي هو تحطيم سلاسل البوليمر الطويلة على المستوى الجزيئي وتحويلها مرة أخرى إلى جزيئات هيدروكربونية أصغر للحصول على الوقود أو مواد التشحيم أو المواد الخام الكيميائية الأخرى.
إن جوهر هذا البحث هو استخدام الملح المنصهر ذو درجة الحرارة العالية لخلق بيئة تفاعل خاصة. يمكن أن يظل الملح المنصهر سائلاً عند درجات حرارة عالية، وله قدرة جيدة على نقل الحرارة، ويمكن أن يشارك في التفاعلات الكيميائية المعقدة أو يعززها. استغل الباحثون هذه الخاصية للسماح للبوليمرات البلاستيكية بالتحلل في ظل ظروف خاضعة للتحكم نسبيًا.
في الظروف العادية، تتكون المواد البلاستيكية مثل البولي إيثيلين والبولي بروبيلين من روابط هيدروجين كربون مستقرة جدًا. عادة ما يتطلب تفكيك هذه الجزيئات طويلة السلسلة بشكل فعال درجات حرارة أعلى. على الرغم من أن التكسير الحراري التقليدي يمكن أن يكمل هذه العملية، إلا أنه غالبًا ما يتطلب كمية كبيرة من الطاقة، كما أن تكوين المنتج معقد ويتطلب مزيدًا من المعالجة.
يمكن لنظام الملح المصهور أن يوفر بيئة تسخين أكثر اتساقًا ويعزز تفاعل الانشقاق المتسلسل لجزيئات البلاستيك. بعد دخول البلاستيك إلى نظام التفاعل، تتكسر البوليمرات طويلة السلسلة تدريجيًا إلى هيدروكربونات أقصر، وتشكل في النهاية منتجات سائلة وغازية يمكن معالجتها واستخدامها بشكل أكبر.
تتمثل إحدى أكبر المزايا المحتملة لهذه التقنية في قدرتها على تقليل خطوة المعالجة المسبقة المكلفة للغاية في عملية إعادة تدوير البلاستيك. في الواقع، النفايات البلاستيكية في كثير من الأحيان ليست مادة واحدة. قد تحتوي قطعة النفايات على أنواع مختلفة من البلاستيك والمواد المضافة والأصباغ والشوائب الأخرى. إذا كان لا بد من فرز كل مادة على حدة، فإن ذلك سيزيد بشكل كبير من تكلفة منشأة إعادة التدوير.
فكرة التحول الكيميائي مختلفة. وطالما أنه من الممكن في النهاية تقسيم المواد البلاستيكية المختلفة في نفس نظام التفاعل، فيمكن تخطي بعض خطوات الفرز اليدوية المعقدة. وهذا يعني أنه من الناحية النظرية، يمكن أن تصبح المواد البلاستيكية المختلطة من النفايات المنزلية ومواد التعبئة والتغليف وغيرها من المنتجات الاستهلاكية مواد خام لهذه العملية.
يهتم الباحثون بشكل خاص بالبولي إيثيلين والبولي بروبيلين لأن هاتين المادتين تمثلان نسبة كبيرة من النفايات البلاستيكية العالمية، كما أنهما من المواد التي غالبًا ما تواجه مشاكل اقتصادية في أنظمة إعادة التدوير الميكانيكية. وتتميز تركيباتها الكيميائية بأنها مستقرة نسبيًا، مما يجعل من الصعب تحويلها مباشرة إلى منتجات قيمة من خلال المعالجة الكيميائية التقليدية ذات درجات الحرارة المنخفضة.
من خلال زيادة تفاعلية نظام الملح المنصهر، يمكن للباحثين تعزيز انقسام السلسلة في هذه البوليمرات المستقرة وتحويل سلاسل البوليمر التي كان طولها في الأصل آلاف أو حتى عشرات الآلاف إلى جزيئات أصغر. ويمكن أيضًا استخدام هذه الجزيئات كوقود أو مواد خام لصناعة البتروكيماويات.
تكمن أهمية هذه الطريقة مقارنة بحرق البلاستيك ببساطة في أن الكربون لا ينبعث فورًا إلى الغلاف الجوي على شكل ثاني أكسيد الكربون، ولكن يتم الاحتفاظ به في المنتجات الكيميائية الجديدة. إذا تمكنت هذه المنتجات من الدخول إلى نظام الإنتاج الصناعي مرة أخرى، فهناك فرصة لإعادة استخدام الكربون الموجود في البلاستيك بدلاً من إطلاقه في البيئة دفعة واحدة.
بطبيعة الحال، هذا لا يعني أن البلاستيك يصبح تلقائيًا "وقودًا خاليًا من الكربون" بعد هذه المعالجة. إذا تم حرق المنتج النهائي مباشرة، فإن الكربون الموجود فيه سيظل يدخل الغلاف الجوي على شكل ثاني أكسيد الكربون. لذلك، ينتمي هذا النوع من التكنولوجيا بشكل أكثر دقة إلى إعادة التدوير الكيميائي واستخدام موارد النفايات البلاستيكية، وتعتمد فوائده البيئية إلى حد كبير على مصدر الطاقة وكفاءة التفاعل وكيفية استخدام المنتج النهائي.
يحتاج الباحثون أيضًا إلى حل مشكلة إعادة تدوير الملح المنصهر نفسه. يتطلب التشغيل على نطاق صناعي تسخينًا مستمرًا لكميات كبيرة من المواد المتفاعلة وضمان بقاء الملح المنصهر مستقرًا على المدى الطويل. إذا تحلل الملح المصهور، أو أصبح ملوثًا، أو أصبح أقل نشاطًا أثناء الاستخدام المتكرر، فقد تزيد تكاليف التشغيل.
كما أن النفايات البلاستيكية الحقيقية أكثر تعقيدًا بكثير من البلاستيك النقي الموجود في المختبر. قد تحتوي النفايات الفعلية على معادن، ورق، زجاج، أصباغ، مواد ملدنة، مثبطات اللهب، وغيرها من المواد العضوية وغير العضوية. قد تؤثر هذه المكونات على كفاءة التفاعل أو قد تنتج منتجات ثانوية تتطلب معالجة إضافية.
لذلك، لا تزال هناك مسافة معينة بين هذا النوع من التكنولوجيا والتطبيقات التجارية واسعة النطاق. إن القدرة على إثبات إمكانية تحويل نوع معين من البلاستيك بشكل فعال في مرحلة المختبر، لا يعني أن المنشآت الصناعية يمكنها بالفعل معالجة عشرات أو حتى مئات الأطنان من النفايات المختلطة بتكلفة منخفضة بما فيه الكفاية.
إذا أمكن حل هذه المشكلات، فقد تصبح إعادة تدوير الملح المنصهر كيميائيًا مكملاً هامًا لأنظمة إعادة التدوير الميكانيكية التقليدية. ويمكن إرسال النفايات الملوثة بشدة، أو المختلطة للغاية، أو التي لا يمكن إعادة تصنيعها إلى منتجات بلاستيكية من خلال الوسائل التقليدية، إلى مرافق المعالجة الكيميائية لاستعادة قيمة الاستخدام على المستوى الجزيئي.
يغير هذا الطريق أيضًا الفهم التقليدي لدى الناس لـ "إعادة تدوير البلاستيك". كانت عملية إعادة التدوير في الماضي تعني عادةً سحق المنتجات البلاستيكية وتنظيفها وصهرها ومن ثم تصنيع منتجات بلاستيكية جديدة؛ إعادة تدوير المواد الكيميائية أقرب إلى "التفكيك وإعادة الاستخدام"، حيث يتم أولاً تفكيك البوليمرات إلى مكوناتها الكيميائية الأساسية ثم إعادة تصنيع الوقود أو المنتجات الكيميائية الأخرى حسب الحاجة.
مع استمرار تفاقم مشكلة التلوث البلاستيكي العالمية، يعتقد العلماء أنه من غير المرجح الاعتماد على تقنية واحدة لحل جميع مشاكل النفايات البلاستيكية في المستقبل. تعد إعادة التدوير الميكانيكية مناسبة للمواد البلاستيكية النظيفة نسبيًا والمحددة جيدًا، في حين أن إعادة التدوير الكيميائي قد تتعامل مع النفايات المختلطة الأكثر تعقيدًا، في حين أن المواد غير القابلة لإعادة التدوير تمامًا قد لا تزال تتطلب في النهاية طرقًا أخرى للتخلص منها.
إذا كانت عملية الملح المنصهر ذو درجة الحرارة العالية يمكن أن تزيد من تحسين كفاءة الطاقة، وتقليل تكاليف المعدات، وتحقيق إعادة تدوير الملح المنصهر ومنتجات التفاعل، فمن المتوقع أن توفر هذه التكنولوجيا مسارًا جديدًا للنفايات البلاستيكية يختلف عن مدافن النفايات والحرق التقليدية. الأمر الجذاب حقًا في هذا الأمر ليس مجرد "تحويل البلاستيك إلى وقود"، ولكن محاولة إعادة استخدام البلاستيك الذي فقد قيمته في إعادة التدوير على المستوى الجزيئي، وتحويل النفايات طويلة الأجل إلى موارد كربونية لا تزال لها قيمة اقتصادية.
التعليقات