أكثر من 99 في المئة من البلاستيك اليوم تأتي من النفط ، ولكن الخيارات الحيوية الجديدة أصبحت متاحة. أيقونات بواسطة ناقلات السوق ، Freepik وسريب, CC BY

ما الذي تشترك فيه السيارة والهاتف وزجاجة الصودا والأحذية؟ انهم جميعا مصنوعة من النفط. تتم معالجة هذا المورد غير المتجدد إلى مجموعة متعددة من المواد الكيميائية تسمى البوليمرات - أو الأكثر شيوعًا ، البلاستيك. على 5 مليار جالون من النفط كل عام يتم تحويلها إلى اللدائن وحدها.

البوليمرات هي وراء العديد من الاختراعات الهامة في العقود الماضية ، مثل الطباعة 3D. إن ما يسمى بـ "اللدائن الهندسية" ، المستخدم في تطبيقات تتراوح من السيارات إلى البناء إلى الأثاث ، له خصائص فائقة ويمكنه حتى المساعدة في حل المشاكل البيئية. على سبيل المثال ، بفضل اللدائن الهندسية ، السيارات هي الآن أخف وزنا، لذلك فهم يحصلون على وقود أفضل. ولكن مع ارتفاع عدد الاستخدامات ، وكذلك الطلب على البلاستيك. ينتج العالم بالفعل أكثر من 300 مليون طن من البلاستيك كل عام. يمكن أن يكون الرقم ستة أضعاف ذلك بواسطة 2050.

البتروكيماويات ليست كلها في الأساس سيئة ، لكنها فرصة ضائعة. لحسن الحظ ، هناك بديل. التحول من البوليمرات القائمة على البترول إلى البوليمرات التي تعتمد بيولوجيًا يمكن أن يقلل انبعاثات الكربون بمئات الملايين من الأطنان كل عام. البوليمرات الحيوية ليست فقط قابلة للتجديد وأكثر ملاءمة للبيئة لإنتاجها ، ولكن يمكن أن يكون لها بالفعل تأثير مفيد على تغير المناخ من خلال العمل كمصارف للكربون. ولكن لا يتم إنشاء جميع البوليمرات الحيوية على قدم المساواة.

هل لا يعتمد البلاستيك الحيوي على التنقيب عن النفط لأنه يحصل على الكربون من ثاني أكسيد الكربون؟ بالفعل في الغلاف الجوي. QiuJu Song / Shutterstock.com

بوليمرات حيوية قابلة للتحلل

ربما تكون واجهت "البلاستيك الحيوي"من قبل ، كأدوات يمكن التخلص منها على وجه الخصوص - يتم استخراج هذه البلاستيك من النباتات بدلا من النفط. تصنع هذه البوليمرات الحيوية عن طريق تغذية السكريات ، في أغلب الأحيان من قصب السكر ، وبنجر السكر ، أو الذرة ، إلى الكائنات الحية الدقيقة التي تنتج جزيئات سلائف يمكن تنقيتها وترتبط كيميائياً معاً لتشكيل بوليمرات ذات خصائص مختلفة.

البلاستيك المشتقة من النباتات هي أفضل للبيئة لسببين. أولاً ، هناك انخفاض كبير في الطاقة اللازمة لتصنيع المواد البلاستيكية القائمة على النباتات - بمقدار 80 في المئة. في حين أن كل طن من البلاستيك المشتق من النفط يولد 2 إلى 3 أطنان من ثاني أكسيد الكربون، يمكن تقليل هذا إلى حوالي 0.5 طن من ثاني أكسيد الكربون؟ لكل طن من البوليمر الحيوي، والعمليات تتحسن.

ثانياً ، يمكن أن تكون المواد البلاستيكية التي أساسها النبات قابلة للتحلل البيولوجي ، لذا فإنها لا تتراكم في مدافن النفايات.

في حين أنه أمر رائع بالنسبة للمستهلكات مثل الشوك البلاستيكية للتحلل الحيوي ، فإن العمر الأطول أحيانًا يكون مهمًا - ربما لن ترغب في أن تتحول لوحة القيادة الخاصة بسيارتك ببطء إلى كومة من الفطر مع مرور الوقت. تتطلب العديد من التطبيقات الأخرى نفس النوع من المرونة ، مثل مواد البناء والأجهزة الطبية والأجهزة المنزلية. اﻟﺒوﻟﻴﻤﻴرات اﻟﺤﻴوﻴﺔ اﻟﻘﺎﺒﻟﺔ ﻟﻟﺘﻨﻔس ﻻ ﻴﻤﮐن إﻋﺎدة ﺘدوﻴرﻫﺎ ، ﻤﻤﺎ ﻴﻌﻨﻲ أن ﻤزﻴداﹰ ﻤن اﻟﻨﺒﺎﺘﺎت ﻴﺠب أن ﺘزرع وﺘُﻌﺎﻟﺞ ﺒﺎﺴﺘﻤرار ﻟﺘﻟﺒﻴﺔ اﻟطﻟب.

البوليمرات الحيوية لتخزين الكربون

مصنوعة من البلاستيك ، بغض النظر عن المصدر ، مصنوعة أساسا من الكربون - حوالي 80 بالمائة من الوزن. في حين أن المواد البلاستيكية المشتقة من النفط لا تطلق ثاني أكسيد الكربون؟ وبنفس الطريقة التي يعمل بها حرق الوقود الأحفوري، فهو لا يساعد أيضًا في عزل أي فائض من هذا الملوث الغازي - حيث يتم تحويل الكربون الناتج عن النفط السائل ببساطة إلى مواد بلاستيكية صلبة.

البوليمرات الحيوية ، من ناحية أخرى ، هي مشتقة من النباتاتوالتي تستخدم عملية التمثيل الضوئي لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء وأشعة الشمس إلى سكريات. عندما يتم تحويل جزيئات السكر هذه إلى بوليمرات حيوية، فإن الكربون مقفل بشكل فعال من الغلاف الجوي - طالما أنها غير قابلة للتحلل الحيوي أو حرقها. حتى لو انتهى الأمر ببوليميرات حيوية في مدافن النفايات ، فإنها ستخدم دور تخزين الكربون هذا.

ثاني أكسيد الكربون؟ حوالي 28 بالمائة فقط من الكربون بالوزنلذا فإن البوليمرات تشكل خزانًا هائلاً لتخزين غازات الدفيئة هذه. إذا كانت الإمدادات العالمية السنوية الحالية بحوالي 300 مليون طن من البوليمرات غير قابلة للتحلل الحيوي وذات أساس حيوي، فإن هذا سيعادل جيجا طن - مليار طن - من ثاني أكسيد الكربون المحتجز؟ الانبعاثات العالمية الحالية. في تقرير حديث، حددت الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ احتجاز الكربون وتخزينه وإعادة استخدامه كاستراتيجية رئيسية للتخفيف من تغير المناخ؛ هل يمكن للبوليمرات ذات الأساس الحيوي أن تقدم مساهمة رئيسية تصل إلى 20% من ثاني أكسيد الكربون؟ مطلوب إزالة للحد من ظاهرة الاحتباس الحراري إلى 1.5 درجة مئوية.

سوق البوليمر الحيوي غير القابلة للتحلل

استراتيجيات عزل الكربون الحالية ، بما في ذلك التخزين الجيولوجي التي تضخ ثاني أكسيد الكربون؟ العادم تحت الأرض أو الزراعة المتجددة التي تخزن المزيد من الكربون في التربة ، تتكئ بشدة على السياسة لتحفيز النتائج المرجوة.

في حين أن هذه آليات حاسمة لتخفيف تغير المناخ ، فإن عزل الكربون في شكل بوليمرات حيوية له القدرة على تسخير محرك مختلف: المال.

كانت المنافسة القائمة على السعر وحده تحديًا بالنسبة إلى البوليمرات الحيوية ، ولكن النجاحات المبكرة عرض مسار نحو مزيد من الاختراق. أحد الجوانب المثيرة هو القدرة على الوصول إلى كيمياء جديدة غير موجودة حاليا في البوليمرات المشتقة من البترول.

لا يمكن إعادة تدوير الزجاجات البلاستيكية البترولية إلا بضع مرات كحد أقصى. هانز / pixabay, CC BY

النظر في إعادة التدوير. بعض البوليمرات التقليدية هي حقا قابلة لإعادة التدوير. في الواقع ، يتم تدوير هذه المواد في الغالب ، وهذا يعني أنها مناسبة فقط للتطبيقات ذات القيمة المنخفضة ، مثل مواد البناء. وبفضل أدوات الهندسة الوراثية والإنزيمية ، فإن خصائص مثل القدرة الكاملة على إعادة التدوير - الذي يسمح باستخدام المواد بشكل متكرر لنفس التطبيق - يمكن تصميمها إلى بوليمرات حيوية من البداية.

البوليمرات الحيوية اليوم تعتمد بشكل كبير على منتجات التخمير الطبيعية لبعض أنواع البكتيريا ، مثل إنتاج Lactobacillus من حامض اللبنيك - نفس المنتج الذي يوفر التحبب في البيرة الحامضة. في حين أن هذه تشكل خطوة أولى جيدة ، إلا أن الأبحاث الناشئة تشير إلى أن التنوع الحقيقي للبوليمرات الحيوية سيتم إطلاقه في السنوات القادمة. شكرا على القدرة الحديثة على هندسة البروتينات وتعديل الحمض النووي، أصبح التصميم المخصص لسلائف البوليمر الحيوي في متناول اليد الآن. ومعها، يصبح من الممكن إيجاد عالم من البوليمرات الجديدة - المواد التي يوجد فيها ثاني أكسيد الكربون اليوم؟ سوف يتواجد في شكل أكثر فائدة وأكثر قيمة.

بدأت الطائرات تصنع من البوليمرات كذلك - البوليمرات الحيوية هي الخطوة التالية. اريك سالارد / ويكيميديا ​​كومنز, CC BY-SA

لتحقيق هذا الحلم ، هناك حاجة لمزيد من البحوث. في حين أن الأمثلة المبكرة هنا اليوم - مثل جزئيا bio-based Coca-Cola PlantBottle - لا تزال الهندسة البيولوجية اللازمة لتحقيق العديد من البوليمرات الحيوية الجديدة الواعدة في مرحلة البحث - مثل بديل متجدد لألياف الكربون التي يمكن استخدامها في كل شيء من الدراجات الهوائية إلى ريش التوربينات الريحية.

كما ستساعد السياسات الحكومية الداعمة لفحص الكربون على تعزيز التبني. مع وجود هذا النوع من الدعم ، يمكن استخدام البوليمرات الحيوية كمخزن للكربون في أقرب وقت ممكن خلال السنوات الخمس القادمة - جدول زمني مع إمكانية تقديم مساهمة كبيرة للمساعدة في حل أزمة المناخ.

عن المؤلفين

جوزيف رولين ، باحث ما بعد الدكتوراه في الطاقة الحيوية ، المختبر الوطني للطاقة المتجددة وجينا إي جاليجوس ، باحثة ما بعد الدكتوراه في الهندسة الكيميائية والبيولوجية ، جامعة ولاية كولورادو

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.

كُتبٌ ذاتُ صِلَةٍ

at سوق InnerSelf و Amazon