البلاستيك من النباتات بدلا من النفط

لقد سمعنا حتى الآن عن إنتاج وقود السيارات من النباتات (الوقود الحيوي) والآن اتضح أنه من الممكن تطوير المنتجات البلاستيكية التي يتم إنتاجها اليوم من النفط الخام عن طريق عملية كيميائية تطبق على الكتلة الحيوية

نجح باحثون من جامعة بيركلي في كاليفورنيا، باستخدام تفاعل كيميائي معروف في الأدبيات منذ عقود وتعديله، في تطوير طريقة خفيفة وغير مكلفة لإزالة الأكسجين من الكتلة الحيوية. وهذه العملية، إذا أمكن تكييفها مع الصناعة، يمكن أن تسمح بإنتاج العديد من المنتجات البتروكيماوية المتنوعة، مثل البلاستيك، من الكتلة الحيوية بدلاً من النفط.

وقال روبرت بيرجمان، أحد الباحثين في هذا المشروع الذي تم تنفيذه في قسم الكيمياء في الجامعة: "لقد وجدنا وقمنا بتحسين عملية إزالة الأكسجين ذات الخطوة الواحدة والانتقائية (إزالة الأكسجين، إزالة الأكسجين) بناءً على مادة حمض الفورميك". كاليفورنيا، بيركلي.

يحول حمض الفورميك الجلسرين، وهو منتج ثانوي كمي وغير مرغوب فيه في إنتاج وقود الديزل الحيوي، إلى كحول أليل، والذي يمكن استخدامه كمادة أولية في إنتاج البوليمرات المختلفة والأدوية والمركبات العضوية والمبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب والمواد الكيميائية الأخرى منتجات. اليوم، يتم إنتاج كحول الأليل من أكسدة البترول.

ويوضح جوناثان إيلمان، أستاذ الكيمياء وأحد الباحثين الآخرين: "في الوقت الحالي، يتم استخدام حوالي خمسة بالمائة من إمدادات العالم من النفط كمواد أولية لتحضير السلع الكيميائية. إذا كان من الممكن إنتاج هذه السلع من الكتلة الحيوية، وهي مصدر متجدد، بدلا من النفط، فإن هذا الإنتاج لن يضر البيئة بعد الآن".

تجتذب الكتلة الحيوية الكثير من اهتمام الجمهور نظرًا لقدرتها المتأصلة على أن تكون بديلاً للوقود المعتمد على الكربون، مثل النفط والغاز الطبيعي، ولكنها تتمتع أيضًا بإمكانية كبيرة لاستخدامها كمواد خام لمنتجات كيميائية أخرى. ويمكن القول بأمان أنه لا يمر يوم واحد دون أن يستخدم أحد منا، في جميع أنحاء العالم، مثل هذا المنتج الكيميائي. وستكون المنتجات المصنوعة من الكتلة الحيوية بدلاً من النفط من مصادر متجددة وقابلة للتحلل. ومع ذلك، على عكس المواد الخام البتروكيماوية، التي يتم إنتاجها عن طريق إضافة الأكسجين إلى النفط، فإن المواد الخام للكتلة الحيوية تتطلب في الواقع إزالة الأكسجين منها.

واستخدم الباحثون نظام تقطير فريد من نوعه لإلقاء نظرة جديدة على تفاعل كيميائي قديم تم فيه استخدام حمض الفورميك، المادة الموجودة في سم النحل، لإزالة الأكسجين من الجلسرين. في هذا التفاعل الأصلي، كان الاسترداد منخفضًا، ويرجع ذلك أساسًا إلى حرق المادة. تم الحصول على هذا التفحم بعد الاحتراق العشوائي وأدى إلى تكوين خليط معقد من المنتجات عند درجات حرارة عالية. اكتشف الباحثون أن مجرد حماية هذا التفاعل من الهواء يسمح بعملية محسنة أكثر لإزالة الأكسجين من الجلسرين.

ويوضح أحد الباحثين: "إن حقن تيار من النيتروجين الغازي أثناء تفاعل الجلسرين مع حمض الفورميك أدى إلى القضاء التام على احتراق المادة. إلى جانب حماية المنتج من أكسدة الهواء، ساعد النيتروجين أيضًا في تقطير الكحول نفسه. تم الحصول على المنتج النهائي مع تحسين الاستخدام بنسبة ثمانين بالمائة وبطريقة انتقائية."

يوضح أحد الباحثين: "من خلال التجارب التي أجريناها، تمكنا أيضًا من الحصول على فهم أفضل للكيمياء الأساسية وراء هذا التفاعل. كنا نعتقد أن الحرق هو عملية أكسدة عشوائية حيث أن التفاعل تم في الهواء الطلق وتوقعنا أن إجرائه في جو من النيتروجين من شأنه أن يحسن النتائج. ومع ذلك، عند فحص الكيمياء الأساسية، اكتشفنا آلية تفاعل غير متوقعة أدت بالفعل إلى توسيع عمومية هذا التفاعل وزيادة تطبيقاته المحتملة."

باستخدام آلية التفاعل المتطورة هذه، وطريقة إزالة الأكسجين المتطورة باستخدام حمض الفورميك الذي ابتكره الباحثون، يمكن استخدام التفاعل لتحويل السكريات الموجودة في الكتلة الحيوية، بالإضافة إلى مركبات متعددة الهيدروكسيل الأخرى، إلى المواد الخام الكيميائية مثل الأوليفينات (الألكانات) التي يتم إنتاجها حاليًا من النفط. يمكن أن تثبت هذه الطريقة أيضًا تطبيقها في العملية التي يتم فيها تحويل الكتلة الحيوية إلى وقود محركات سائل.

يقول الباحث الرئيسي: "تظهر النتائج الأولى التي توصلنا إليها مع مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المشتقة من الكتلة الحيوية أن تفاعل مركبات من هذا النوع مع حمض الفورميك سيكون بديلاً قيمًا أيضًا لإنتاج المواد التي خضعت لإزالة الأكسجين. ومع ذلك، فإن تكييف هذه العملية مع الصناعة سيكون تحديًا هندسيًا خطيرًا."

"إن تكييف هذه العملية على المستوى الصناعي قد يتطلب تضافر جهود المختبرات الأكاديمية والصناعية، ولكن هذا ضروري، إذا أردنا إعداد مواد كيميائية تجارية ووقود من الكتلة الحيوية في المستقبل، وحماية الغلاف الجوي من الأضرار المستقبلية وفي نفس الوقت الوقت يساعد على خفض مستويات غاز ثاني أكسيد الكربون الدفيئة."

الخبر من الجامعة