هل يمكن لـ ‘مقياس الاستدامة’ الحد من تلوثنا بالبلاستيك؟

البلاستيك، الذي يتكون أساسًا من البوليمرات، هو فئة واسعة من المركبات العضوية الاصطناعية أو شبه الاصطناعية. إن مرونتها هي ما يجعل من الممكن تشكيل البلاستيك بأشكال مختلفة واستخدامه في العديد من التطبيقات القيمة. 

نظرًا لأن البلاستيك رخيص، متعدد الاستخدامات، ومعقم، فإنه يُستَخدم في العديد من التطبيقات، بما في ذلك الأجهزة المنزلية، وتعبئة الطعام، والبناء، والأدوات الطبية، مما يضيف قيمة إلى حياتنا.

استخدام البلاستيك على مدى العقود الأخيرة ارتفع بشكل كبير وأصبح ينتج حوالي 450 مليون طن من نفايات البلاستيك كل عام. في الواقع، يمثل ذلك ما لا يقل عن 85٪ من إجمالي النفايات البحرية. الغالبية العظمى من نفايات البلاستيك (46٪) تُدفن في مكبات النفايات، بينما تُجمع نسبة 15٪ فقط لإعادة التدوير وأقل من 9٪ تُعاد تدويرها. البقية إما تتحول إلى شظايا أصغر أو تُحرق. 

مع تحول البلاستيك إلى جزء من سجل الحفريات الأرضية، يحمل عواقب بيئية وصحية واجتماعية واقتصادية شديدة. علاوة على ذلك، تكشف الدراسات الحديثة عن تزايد وجود جزيئات دقيقة في مياهنا وطعامنا، مما يزيد من تفاقم هذه المشكلات.

وجدت دراسة جديدة أجراها باحثون في جامعة كولومبيا أن مياه القوارير المباعة في المتاجر قد تحتوي في الواقع على عشرة إلى مئة مرة أكثر من البلاستيك مما كان يُقدّر سابقًا. البلاستيك الموجود في المياه كان على شكل جسيمات نانوية، وهي أصغر بألف مرة من متوسط عرض شعرة الإنسان. هذه الجسيمات النانوية صغيرة جدًا لدرجة أنها لا تُرى تحت المجهر ويمكنها الانتقال إلى مجرى الدم عبر أنسجة الجهاز الهضمي أو الرئتين. بمجرد دخولها إلى مجرى دمنا، يمكن لهذه الجسيمات الدقيقة أن توزع مواد كيميائية صناعية ضارة في جميع أنحاء أجسامنا وتصل إلى الخلايا.

تشير الدراسة إلى أنه، في المتوسط، تم اكتشاف 240,000 جزيء بلاستيك في لتر واحد من الماء، ما يعادل زجاجتين من القوارير القياسية. هذه الجزيئات نشأت من سبعة أنواع من البلاستيك، حيث كان 90٪ منها نانو بلاستيك والباقي 10٪ ميكرو بلاستيك.

الميكروبلاستيك هو شظايا بوليمرية تتراوح من أقل من 0.2 بوصة إلى 1/25000 من البوصة. أي شيء أصغر من ذلك يُصنّف كنانوبلاستيك، ويقاس بمليارات الأمتار.

تُظهر هذه النتيجة أن البلاستيك يتساقط باستمرار، كما نفقد خلايا الجلد. إن التساقط المستمر لقطع البلاستيك الصغيرة، التي تنفصل بعد ذلك، يبرز أهمية استخدام حاويات من الفولاذ المقاوم للصدأ أو الزجاج لتقليل التعرض.

“كان العمل الذي وضعوه في هذا حقًا عميقًا … أود أن أصفه بأنه رائد.”

دراسة التركيب الكيميائي ومخاطر الجسيمات النانوية

في عام 2018، شاركت ميسون في تأليف دراسة أولى وجدت وجود الميكروبلاستيك والنانوبلاستيك في الغالبية العظمى (93٪) من عينات مياه القوارير. في دراستها، اكتشفت أن كل لتر ملوث من الماء يحتوي في المتوسط على 300 جزيء أصغر بالإضافة إلى عشرة جزيئات بلاستيك أوسع من شعرة الإنسان. 

إذًا، رغم أن وجود النانوبلاستيك كان معروفًا بالفعل، إلا أنه في ذلك الوقت لم يكن من الممكن تقييم هذه الجسيمات، ناهيك عن اكتشاف ما إذا كان هناك المزيد.

الآن، وفقًا لدراسة جديدة نُشرت في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences في الأسبوع الثالث من يناير 2024، تم إثبات تقنية جديدة يمكنها ليس فقط الرؤية بل أيضًا العد وتحليل التركيب الكيميائي للجسيمات النانوية في مياه القوارير.

النهج الجديد، الذي يعتمد على نسخة معدلة من التقنية القائمة على الليزر والمعروفة باسم مطيافية رامان، سيساعد في ذلك. يُقاس الميكروسكوب المسمى بالتصوير المبعثر للرامان المُحفَّز (SRS) كيف تهتز الجزيئات استجابةً للضوء ويُعزز الإشارة إلى درجة كبيرة تسمح باكتشاف الجسيمات النانوية. من المتوقع أن يساعد ذلك في فهم ما إذا كانت البوليمرات، “الجزء البلاستيكي من البلاستيك”، تضر بالجسم.

كانت هذه الدراسة الأولى التي تستخدم الميكروسكوب في عالم النانوبلاستيك. أخذ فريق البحث ثلاث علامات تجارية مشهورة غير مسماة لمياه تُباع في الولايات المتحدة ووجدوا أنها تحتوي على ما بين 110,000 إلى 370,000 قطعة بلاستيك بدلاً من 300 قطعة لكل لتر. 

“يمكن أن تكون هذه الجسيمات جسيمات نانوية غير عضوية، أو جسيمات عضوية، وبعض الجسيمات البلاستيكية الأخرى التي لا تنتمي إلى الأنواع السبع الرئيسية التي درسناها.”

– بيزان يان، الذي كان جزءًا من البحث وهو أستاذ مشارك في مرصد الأرض بجامعة كولومبيا

توفر قدرة هذه التقنية على رؤية وتحليل الجسيمات النانوية فرصة لفهم أفضل للمخاطر المحتملة على صحة الإنسان، خاصةً الرضع والأطفال الصغار الذين لا تزال أدمغتهم وأجسامهم في مرحلة النمو وأكثر عرضة للتعرض للسموم.

من بين أنواع تلوث البلاستيك المختلفة، تُعد النانوبلاستيك الأكثر إثارة للقلق لأنها صغيرة جدًا ويمكنها دخول خلايا وأنسجة أعضائنا الرئيسية. بمجرد وصولها، قد تترسب هذه القطع البلاستيكية مواد كيميائية مثل المعادن الثقيلة، الفثالات، البيسفينول، مواد إبطاء اللهب، ومواد PFAS (المواد الفلورية المتعددة). هذه المواد الكيميائية المزعزعة للغدد الصماء (EDCs) أدت إلى زيادة هائلة في تكاليف الصحة في الولايات المتحدة، حوالي 250 مليار دولار في عام 2018 فقط، وفقًا للبحث.

لقد لوحظ بالفعل أن الصغر المتناهي للميكروبلاستيك يمكنه من امتصاص المواد السامة من البيئة ودخول السلسلة الغذائية. بالإضافة إلى ذلك، جميع المواد الكيميائية المستخدمة في إنتاج البلاستيك لا تدخل أجسامنا فقط مع البلاستيك بل تنتقل أيضًا من البلاستيك إلى أجسامنا، التي تكون درجة حرارتها أعلى من البيئة الخارجية.

ثم تدخل هذه المواد الكيميائية إلى كليتيك وكبدك ومخك. لاحقًا، تُلاحظ وجودها في أدمغة وأقلام قلب وكبد وكلى ورئتي الأطفال غير المولودين، كما أظهرت الدراسات على الفئران الحامل بعد 24 ساعة فقط من ابتلاع أو استنشاق الأم لجسيمات البلاستيك.

“تم العثور على الميكرو والنانوبلاستيك في المشيمة البشرية في الوقت الحالي. تم العثور عليها في أنسجة رئة الإنسان. تم العثور عليها في براز الإنسان؛ تم العثور عليها في دم الإنسان.”

– فيبي ستابلتون، المشاركة في كتابة الدراسة وأستاذ مشارك في كلية الصيدلة بجامعة روتجرز

تشير متانة الميكروبلاستيك إلى أنها تشكل مخاطر بيئية وصحية طويلة الأمد. علاوة على ذلك، تشير النتائج الأخيرة إلى أن الظواهر الطبيعية مثل الأعاصير تسهم أيضًا في هذه التلوث من خلال عملها كآليات توزيع قوية. وهذا يمثل تهديدًا متزايدًا للنظم البيئية وصحة الإنسان على مستوى العالم.

حل مشكلة تلوث البلاستيك عبر مقياس الاستدامة

في حين يتم استخدام تقنيات جديدة ومقاربات لتحليل الجسيمات النانوية غير المرئية سابقًا، يتم أيضًا إحراز تقدم في معالجة مشكلة تلوث البلاستيك. في دراسة حديثة، طور باحثون من المنظمة غير الربحية المخصصة للبحوث البحرية، معهد وودز هول للأوقيانوسيات (WHOI)، مقياس استدامة لتصميم منتجات بلاستيكية بيئية ذات بقاء بيئي منخفض. من المتوقع أن يحقق الالتزام بهذا المقياس فوائد بيئية ومجتمعية.

قارن الدراسة الجديدة مؤشرات الأثر البيئي للبلاستيك وكذلك بدائله، مما أظهر أن احتساب بقاء البلاستيك البيئي قد يؤدي إلى فوائد بمئات الملايين من الدولارات لمنتج استهلاكي واحد.

عادةً ما يتم تصميم مثل هذه المنتجات من خلال موازنة المساومات بين استنزاف الموارد والاهتمامات البيئية. هذه الموازنة ضرورية لأنه رغم وجود أطر لتقدير هذه الأثار، لم يتم بعد تطوير أي منها لاختيار المواد أو قياس بقاء البيئة. تهدف الدراسة الأخيرة إلى سد هذه الفجوة من خلال تقديم مقاييس وأساليب لمساعدة المصممين والمهندسين والعلماء على اتخاذ قرارات تصميم مستنيرة وتحديد أولويات البحث.

لهذا الغرض، نشرت دراسة جديدة في مجلة ACS Sustainable Chemistry & Engineering طورت مقياس استدامة لتصميم منتجات بلاستيكية بيئية ذات بقاء بيئي منخفض.

على الرغم من المخاطر التي يفرضها تلوث البلاستيك على صحة الإنسان والنظم البيئية، لا يزال استخدام منتجات البلاستيك في تزايد. لذلك، يتطلب الحد من ضرره استراتيجيات تصميم لمنتجات البلاستيك تستند إلى التهديدات التي يشكلها البلاستيك على البيئة، كما ورد في الدراسة.

ولهذا الغرض، تم تطوير مقياس استدامة لتصميم منتجات بلاستيكية صديقة للبيئة، يهدف إلى الحفاظ على الأداء مع ضمان بقاء بيئي منخفض. تحدد التحليلات المواد وخصائصها التي تستحق التطوير والاعتماد والاستثمار لتصنيع منتجات بلاستيكية أقل تأثيرًا بيئيًا ولكنها عملية.

“ما هو المهم تحديده هو كيف يمكننا تصميم مواد ومنتجات وعمليات وظيفية ومستدامة وغير ضارة تجسد جميع مبادئ هندسة المواد الخضراء في العالم المستقبلي الذي سنعيش فيه.”

– قال المؤلف الرئيسي برايان جيمس، عالم مواد ومهندس

أضاف:

“ما هي مجموعة الاستراتيجيات والأدوات التالية التي يمكن للمهندسين ومصممي المنتجات وحتى المستهلك العادي استخدامها لاتخاذ أفضل الخيارات للبيئة دون التضحية بأداء المنتج؟”

لإنشاء هذا المقياس، استخدمت الدراسة معدل التحلل البيئي للبلاستيك إلى جانب استراتيجيات اختيار المواد المعتمدة. ركز هذا النهج على الأثر البيئي وخصائص المواد المختلفة، مقدمًا دليلًا يعتمد على بقاءها في البيئة.

كان تنفيذ مقياس استدامة للبقاء تحديًا بسبب نقص البيانات الشاملة تاريخيًا حول الأنواع المختلفة من البلاستيك المستخدمة في السلع الاستهلاكية. ومع ذلك، مع الوصول الأخير إلى بيانات كافية حول معدلات التحلل البيئي الواقعية لمجموعة واسعة من البلاستيك، يمكن للباحثين الآن توضيح كيف يمكن لتبديل مادة بأخرى في عملية التصميم أن يقلل من تكلفة المنتج وانبعاثات الغازات الدفيئة.

من خلال مراعاة خصائص الأنواع المختلفة من البلاستيك واستخدامها بشكل استراتيجي، يمكن إجراء تبديلات لتقليل البقاء البيئي، مما يوفر فوائد كبيرة.

على سبيل المثال، طبقت الدراسة هذا المقياس لتبديل المواد إلى بدائل مثل سليلوز دي أسيتات والبولي هيدروكسي ألكانوات للغطاءات ذات الاستخدام الواحد لأكواب القهوة. يمكن لهذا التبديل أن يقلل من التكاليف البيئية للمجتمع بمئات الملايين من الدولارات. تُصنع هذه الأغطية حاليًا من مواد مثل حمض البوليلactic، والبولي بروبيلين، والبولي ستيرين، وتساهم في حوالي 5٪ من جميع حطام البلاستيك التي تُجمع في عمليات التنظيف الساحلية عالميًا. سليلوز دي أسيتات والبولي هيدروكسي ألكانوات، رغم أنها أغلى قليلاً، إلا أن انبعاثات الغازات الدفيئة منها أقل من حمض البوليلactic ولا تستمر في المحيط.

عند تحديد المادة التي سيتم التحول إليها، أخذت الدراسة في الاعتبار ما إذا كان من الأفضل استخدام مادة ذات انبعاثات غازات دفيئة أقل لكنها تستمر لفترة أطول، أو مادة ذات انبعاثات أعلى قليلاً ولكن بقاء أقل. لهذا الغرض، خصصت الدراسة قيمة مالية لتكلفة البيئة لكل مادة.

“مجرد صنع منتجات تستمر أقل بفضل عدم وجودها أو اختفائها بسرعة، يقلل من تلك التكلفة على المجتمع بشكل هائل.”

– قال المؤلف الرئيسي جيم، باحث ما بعد الدكتوراه في قسم الكيمياء البحرية والجيولوجيا الكيميائية بمعهد وودز هول للأوقيانوسيات

من خلال أخذ بقاء الغطاء في الاعتبار، وهو ما لا يأخذه المصممون في الحسبان حاليًا، قال المستشار المشارك كريستوفر ريدي، العالِم الأول في قسم الكيمياء البحرية والجيولوجيا الكيميائية بمعهد وودز هول للأوقيانوسيات، إن هذا المقياس كان “رائدًا”، لأنه يحول السرد من تعريف المشكلة إلى الوصول إلى حلول.

كما أشار المؤلف المشارك والمستشار المشارك كولين وارد، عالم مشارك في قسم الكيمياء البحرية والجيولوجيا الكيميائية بمعهد وودز هول للأوقيانوسيات، مع الأخذ في الاعتبار أن البلاستيك له فائدة عالية، “لن يذهب إلى أي مكان في أي وقت قريب.” ومع ذلك، يتفق الجميع على مشكلة تلوث البلاستيك ومدى تسربه إلى البيئة. قال وارد:

“الإطار المقدم في هذه الدراسة يمثل خطوة أولى مهمة نحو حل هذه المشكلة من خلال تصميم مواد تلبي احتياجات المستهلكين في الوقت نفسه ولا تستمر إذا تسربت عن طريق الخطأ إلى البيئة.”

انقر هنا لتعرف كيف يلوث الميكروبلاستيك أجسامنا من الجنين إلى البالغ.

الشركات التي تطور حلولًا مبتكرة لإزالة نفايات البلاستيك

مع تزايد أهمية تلوث البلاستيك، تعمل العديد من الشركات حول العالم على حلول لإزالة نفايات البلاستيك من المجاري المائية، مثل:

1. SUEZ Group

تركز هذه الشركة الأوروبية على إدارة دورة المياه وحلول إعادة تدوير واستخلاص النفايات على مستوى العالم. تمتلك مجموعة SUEZ ما يقرب من 1700 براءة اختراع وعشرة مراكز بحثية لحماية البيئة.

تُدرج أسهم الشركة في بورصات يورونكست في باريس وبروكسل وتُتداول حاليًا بسعر 19.83 يورو. في سبتمبر 2023، وقعت الشركة عقدين جديدين لمشاريع المياه والنفايات لدعم طموح الصين لتحقيق الحياد الكربوني بحلول عام 2060.

2. Clearwater Mills

قامت الشركة بإنشاء نظام Trash Wheels لمعالجة نفايات الأنهار وقد جمعت حتى الآن ما يقرب من 2,000 طن من القمامة. يعمل النظام عن طريق تركيب حواجز احتجاز على شكل حرف V عبر النهر مع أكمام مطاطية تحت سطح الماء لالتقاط القمامة وتوجيهها إلى العجلة الدوارة التي ترفع القمامة من النهر.

الخلاصة

لمعالجة مشكلة تلوث البلاستيك الخطيرة، من الضروري فهم المشكلة واكتشاف أساليب جديدة لمواجهتها. كما رأينا، تُجرى دراسات لفحص البلاستيك على المستوى المجهري وتقييم التهديد الذي يشكله على النظم البيئية وصحة الإنسان. بالإضافة إلى ذلك، يعمل العلماء على استراتيجيات مختلفة لتقليل إنتاج البلاستيك وتحسين تصميم ومواد المنتجات البلاستيكية. collectively، تساعد هذه الجهود المصممين والعلماء والشركات على إحداث تأثير كبير في أزمة تلوث البلاستيك.

انقر هنا لتتعرف على الدراسات الحديثة للغوص التي تُظهر الحاجة إلى حلول مبتكرة لجمع النفايات.