مادة مبتكرة مستوحاة من شبكات العنكبوت لحل مشكلة التلوث البلاستيكي

اكتشف باحثون من جامعة كامبريدج طريقة لصنع البلاستيك القابل للتحلل من البروتينات النباتية الشائعة في الطبيعة والتي تعتبر مادة متجددة. تعمل المادة البلاستيكية المبتكرة، المستوحاة من شبكات العنكبوت، بشكل مشابه للأنواع الأخرى من البلاستيك، ويمكن حتى تفكيكها في المنزل

[ترجمة د. موشيه نحماني]

البلاستيك مادة مفيدة للغاية توفر فوائد كبيرة للإنسانية الحديثة. ومع ذلك، فإن الكمية الكبيرة من المنتجات البلاستيكية التي تم إنتاجها خلال العقود الماضية تسببت أيضًا في تلوث بيئي خطير. كانت مواد التعبئة والتغليف وحدها مسؤولة عن ما يقرب من خمسين بالمائة من 340 مليون طن من النفايات البلاستيكية التي تم إنتاجها في جميع أنحاء العالم في عام 2018. وعلى الرغم من أن معدل إعادة تدوير البلاستيك قد زاد بشكل كبير في السنوات الأخيرة، إلا أن معظم المواد البلاستيكية التي نستخدمها اليوم هي في شكل مفرد. استخدام مواد لا يمكن إعادة تدويرها وغير قابلة للتحلل. سوف يتضاعف الطلب على الغذاء معدله بحلول عام 2050. ومن المحتمل أن يؤدي هذا التقدير إلى زيادة كمية النفايات القادمة من المواد الغذائية ومواد تغليف المواد الغذائية، وسوف يتسبب في أن تقع البلدان الفقيرة تحت عبئ كبير من حيث إدارة التخلص من المواد الغذائية. هذه النفايات. ومن أجل معالجة هذه المشكلة البيئية، يحتاج العالم إلى المزيد من المواد المستدامة التي يمكن إعادة تدويرها وقابلة للتحلل الحيوي. صحيح أن مجال البلاستيك المعتمد على المواد النباتية يتوسع ويتقدم، لكن الكثير من هذه الأنواع من البلاستيك لا يتم تفكيكها إلا بالعمليات الصناعية وليس في المنزل.

والآن، وجد باحثون من جامعة كامبريدج طريقة لصنع هذا النوع من البلاستيك من البروتينات النباتية الشائعة في الطبيعة والتي تعتبر مادة متجددة. تعمل المادة البلاستيكية المبتكرة، المستوحاة من شبكات العنكبوت، بشكل مشابه للأنواع الأخرى من البلاستيك، ويمكن تكسيرها في المنزل.

أنواع البلاستيك

تشمل أنواع البلاستيك الاصطناعي وغير القابل للتحلل الحيوي المستخدمة بشكل شائع في تغليف المواد الغذائية، من بين أشياء أخرى، البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET)، والبوليسترين (PS) والبولي إيثيلين تيريفثاليت البلوري (CPET). من المسلم به أن هناك العديد من العمليات لإعادة تدوير النفايات البلاستيكية من مادة PET - الطرق الميكانيكية والكيميائية بشكل رئيسي - ولكن معظم البلاستيك في جميع أنحاء العالم لا يزال يتم إلقاؤه في مدافن النفايات. يستغرق هذا النوع من البلاستيك مئات السنين ليتحلل وهو غير قابل للتحلل. هذه الحقيقة تعني أن هذا البلاستيك سيستمر في تلويث النظام البيئي لسنوات عديدة. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب إنتاج البلاستيك كميات كبيرة من الطاقة، وعندما يتم إلقاؤه في سلة المهملات فإنه يسبب أضرارًا بيئية، بما في ذلك الاحتباس الحراري وانبعاثات الغازات الدفيئة والضرر على الحياة البحرية. 

من ناحية أخرى، هناك عدة أنواع من المواد البلاستيكية القابلة للتحلل الحيوي القائمة على النباتات في السوق اليوم، مثل حمض البوليلاكتيك (PLA)، والبولي بيوتيلين سكسينات (PBS)، والبولي كابرولاكتون (PCL)، بالإضافة إلى بولي هيدروكسي ألكانوات (PHAs)، وهي أكثر ملاءمة. للبيئة من البوليمرات غير القابلة للتحلل. يتم إنتاج بلاستيك PLA من مصادر متجددة ومزايا استخدامه هي أنه قابل لإعادة التدوير ويمكن إعادة تدويره في المنزل كسماد. هذه الحقيقة تجعل PLA مادة صديقة للبيئة أكثر من الأنواع الأخرى من البلاستيك (PET، PS، CPET)؛ ومع ذلك، فإن الاستدامة والاستقرار على المدى الطويل لهذا النوع من البلاستيك أقل من نظيراته الاصطناعية.

المادة المبتكرة

وتناولت الدراسة إمكانية استخدام البوليمر القابل للتحلل والمتجدد، مثل بروتين الصويا، لتحضير مادة جديدة يمكن أن تكون بديلاً للأنواع الأخرى من البلاستيك النباتي. ابتكر الباحثون بلاستيكًا نباتيًا وأضافوا إليه جزيئات نانوية، وهي جزيئات أصغر من جزء من المليون من المتر. وسمحت هذه الإضافة للباحثين بالتحكم في بنية المادة مع إنشاء طبقات مرنة تحاكي بنية شبكات العنكبوت، على المستوى الجزيئي، وأطلقوا عليها اسم "شبكات العنكبوت النباتية".

واستخدم الفريق البحثي عدة أجهزة قياس منها المجهر الإلكتروني الماسح وكذلك المجهر الإلكتروني النافذ لفحص البنية التفصيلية للطبقة. وكانوا قادرين على تحديد الخصائص المهمة، مثل الخصائص الحدودية والقدرة على امتصاص الرطوبة. واكتشفوا أن إضافة الجسيمات النانوية ساعدت على زيادة العديد من الخصائص - مثل القوة وكذلك الاستدامة والاستقرار على المدى الطويل - بشكل ملحوظ. ومن خلال تصنيع مثل هذا البلاستيك ضمن عملية إنتاج أكثر صداقة للبيئة، ومصنوع من مواد ذاتية الاستدامة، يمكن توفير كمية كبيرة من الطاقة. وهذه واحدة من أروع النتائج التي توصلت إليها هذه الدراسة.

يمكن لهذه المادة المبتكرة أن تحل بعض المشاكل التي يسببها التلوث البلاستيكي للبيئة - من خلال استخدام مادة مبتكرة منتجة من مصدر متجدد وذات خصائص متزايدة من حيث استدامتها واستقرارها، وهي مادة يمكن أن تكون مفيدة للغاية في التطبيقات الهندسية، بما في ذلك تطوير مواد التعبئة والتغليف. أي أن البحث يمكن أن يساعد في زيادة إنتاج مواد التعبئة والتغليف القابلة للتحلل، باستخدام مصادر طبيعية متجددة، وفي إطار عمليات الإنتاج التي تتطلب استخدام طاقة أقل، مع تقليل كمية النفايات البلاستيكية التي يتم إلقاؤها في مدافن النفايات أيضًا.           

أخبار الدراسة

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• الجيل القادم من البلاستيك
• ركوب على البطاطس أو السكر
• ستكون البكتيريا قادرة على إنتاج البروتينات لاستخدامها في الفضاء