محققان دانشگاه واترلو راهی برای تبدیل زبالههای پلاستیکی به اسید استیک (ماده اصلی تشکیلدهنده سرکه) با استفاده از نور خورشید کشف کردهاند. این پیشرفت، رویکرد جدیدی امیدوارکننده برای کاهش آلودگی پلاستیکی از طریق فوتوکاتالیز ارائه میدهد، در حالی که همزمان یک محصول شیمیایی با ارزش افزوده تولید میکند؛ فرآیندی که از طبیعت الهام گرفته شده است.
دکتر ییمین وو، استاد مهندسی مکانیک و مکاترونیک و دارنده کرسی خانواده تانگ در مواد انرژی جدید و پایداری، گفت: «هدف ما حل چالش آلودگی پلاستیکی با تبدیل زبالههای میکروپلاستیک به محصولات با ارزش بالا با استفاده از نور خورشید بود.» این پژوهش به رهبری دانشجوی دکتری واترلو، وی وی، زیر نظر دکتر وو انجام شده است.
مطالعه با عنوان «فوتوکاتالیز آبشاری الهامگرفته از طبیعت بر روی نیترید کربن تکاتم آهن برای بازیافت زبالههای پلاستیکی و تولید مؤثر اسید استیک» اخیراً در مجله Advanced Energy Materials منتشر شده است.
زبالههای پلاستیکی، بهویژه میکروپلاستیکها، در بسیاری از اکوسیستمهای کره زمین یافت شدهاند و نگرانیهایی جدی درباره تهدید حیات زمینی و دریایی و همچنین سلامت انسان ایجاد کردهاند.
چگونگی عملکرد فرآیند الهامگرفته از طبیعت
برای حل این مشکل، تیم تحقیقاتی یک سیستم فوتوکاتالیز آبشاری الهامگرفته از طبیعت توسعه دادند که از اتمهای آهن جاسازیشده در نیترید کربن استفاده میکند؛ مشابه نحوهای که برخی قارچها با کمک آنزیمها مواد آلی را تجزیه میکنند.
هنگامی که این ماده در معرض نور خورشید قرار میگیرد، مجموعهای از واکنشهای شیمیایی را هدایت میکند که پلیمرهای پلاستیکی را با گزینشپذیری بالا به اسید استیک تبدیل میکند. این واکنش در آب انجام میشود و به همین دلیل برای مقابله با آلودگی پلاستیکی در محیطهای آبی بسیار مناسب است.
اسید استیک به طور گسترده در تولید غذا، صنایع شیمیایی و کاربردهای انرژی استفاده میشود. مطالعه نشان میدهد که این روش از زبالههای پلاستیکی رایج مانند PVC، PP، PE و PET قابل استفاده است و حتی در ترکیبهای مخلوط پلاستیکی نیز عملکرد خوبی دارد.
این ویژگی باعث میشود رویکرد مناسب برای جریانهای واقعی زباله باشد، جایگزینی امیدوارکننده برای سوزاندن پلاستیک ارائه دهد و به رویکردهای چرخهای (circular) در استفاده از مواد کمک کند و استراتژی جدیدی برای upcycling (بازیافت ارتقاءیافته) پلاستیکها باشد.
تأثیر بالقوه و کاربردهای آینده
روی بروور، مدیر اجرایی مؤسسه آب و یکی از نویسندگان مقاله که تحلیل فنی-اقتصادی را پشتیبانی کرده، گفت: «از دیدگاه تجاری و اجتماعی، مزایای مالی و اقتصادی مرتبط با این نوآوری بسیار امیدوارکننده به نظر میرسد.»
دکتر وو افزود: «این روش امکان میدهد انرژی خورشیدی فراوان و رایگان، آلودگی پلاستیکی را تجزیه کند بدون اینکه دیاکسید کربن اضافی به جو اضافه شود.»
یافتهها همچنین به امکانات جدیدی برای مقابله مستقیم با میکروپلاستیکها اشاره دارند. چون فرآیند در سطح شیمیایی پلاستیکها را تجزیه میکند، میتواند به جلوگیری از تجمع میکروپلاستیکها در سیستمهای آبی کمک کند.
این پژوهش با ابتکار Global Futures دانشگاه واترلو همراستا است که از کارهایی برای پیشبرد راهحلهای پایدار و چرخهای برای چالشهای زیستمحیطی جهانی حمایت میکند.
هرچند هنوز در مرحله آزمایشگاهی است، تیم تحقیقاتی تصور میکند این رویکرد میتواند برای بازیافت خورشیدی در مقیاس بزرگ و پاکسازی محیطی سازگار شود و سیستم فوتوکاتالیزوری با مهندسی استراتژیک مواد و فرآیندهای تولید، بهبود یابد.
اسید استیک چیست؟ فرمول شیمیایی آن CH₃COOH است. علاوه بر سرکه (که معمولاً ۴–۸٪ اسید استیک دارد)، در صنایع غذایی (ترشیجات، سسها)، تولید پلاستیک (مثل وینیل استات)، رنگ، حلالها، داروها و حتی به عنوان ماده اولیه در تولید سوختهای شیمیایی استفاده میشود. تولید جهانی آن سالانه بیش از ۱۰ میلیون تن است و عمدتاً از مسیرهای نفتی یا تخمیر زیستی انجام میشود.
چرا این روش مهم است؟ اکثر روشهای بازیافت پلاستیک فعلی (مکانیکی) کیفیت را پایین میآورند یا فقط برای چند بار ممکن است. روشهای شیمیایی معمولاً انرژیبر هستند و CO₂ تولید میکنند. این روش:
-
- از انرژی خورشید (رایگان و تجدیدپذیر) استفاده میکند.
- بدون انتشار CO₂ اضافی کار میکند (برخلاف سوزاندن یا بسیاری روشهای پیرولیز).
- مستقیماً میکروپلاستیکها را هدف قرار میدهد که حذفشان با روشهای معمولی بسیار سخت است.
