بدائل صديقة للبيئة للبلاستيك المفتاح لجهود الاستدامة: هل البلاستيك القابل للتحلل هو الحل؟

وجود وتراكم الميكروبلاستيك في نظامنا البيئي موثق جيدًا، وتشير الأدلة الحديثة إلى أنها لها آثار ضارة على عمليات بيولوجية مختلفة. بينما نواصل اكتشاف الميكروبلاستيك في رئتنا، شراييننا، وحتى المشيمة، ما زلنا نتعلم عن تأثيرها على البيئة وصحة الإنسان. 

إن انتشار استخدام البلاستيك من قبل البشر هو ما أدى إلى تكوين الميكروبلاستيك، التي تميل إلى البقاء في البيئة. الميكروبلاستيك هي شظايا صغيرة، عادةً ما يتراوح حجمها بين 5 ملليمتر (مم) و500 ميكرومتر (µم)، تُنتج من المنتجات البلاستيكية اليومية. 

هذه الجزيئات نشأت من الزجاجات، الأكياس، التغليف، وغيرها من مصادر البلاستيك، بالإضافة إلى تآكل الإطارات، الأقمشة الصناعية، والميكروبيدز من منتجات العناية الشخصية. عادةً ما تتشكل الميكروبلاستيك من خلال مجموعة متنوعة من العمليات الفيزيائية والكيميائية، بما في ذلك الاحتكاك، التحلل بالأشعة فوق البنفسجية، عمليات التصنيع، والتفتت الناجم عن عوامل فيزيائية أو كيميائية.

تراكم الميكروبلاستيك في البيئة الطبيعية، بما في ذلك المحيطات، الهطول، والتربة، يرجع إلى الطبيعة الكيميائية لبوليمرات البلاستيك المستندة إلى البترول. هذه البوليمرات هي جزيئات كبيرة تتكون من العديد من الجزيئات الأصغر التي تُسمى مونومرات. عادةً ما تكون هذه البلاستيكات المستخدمة على نطاق واسع غير قابلة للمعالجة البيولوجية. 

نظرًا لأنها شبه غير قابلة للتدمير، وتستغرق من عقود إلى قرون لتتحلل، هناك حاجة متزايدة إلى بديل للبلاستيك التقليدي المستند إلى البترول والميكروبلاستيك. الجواب على هذا الحل هو تطوير بلاستيك لا ينتج ميكروبلاستيك مستمر كجزء من دورة حياته الطبيعية. 

حتى إذا تم جمع البلاستيك وإعادة تدويره بشكل صحيح، فإنه لا يزال يولد ميكروبلاستيك كجزء من التآكل العادي من الاستخدام اليومي أو نتيجة عمليات إعادة التدوير أو الغسل. لذا، لمنع ذلك، نحتاج إلى تطوير مواد بلاستيكية جديدة قابلة للتحلل بالكامل، مما يعني أنها تتحلل بسرعة بفعل الكائنات الحية في البيئة.

لذلك، للمساعدة في ذلك، دراسة جديدة أجرتها شركة Algenesis Corporation والعلماء والأساتذة في جامعة كاليفورنيا سان دييغو أنشأت بوليمرًا نباتيًا يتحلل على مستوى الميكروبلاستيك خلال سبعة أشهر.

التحلل الحيوي هو العملية التي يتم فيها تفكيك البوليمرات إلى جزيئات أبسط بواسطة الميكروبات. يمكن بعد ذلك استخدام هذه الجزيئات كمصدر للكربون لإنتاج الكتلة الحيوية. ومع ذلك، لكي يحدث ذلك، يجب أن يحتوي البوليمر على روابط كيميائية، خاصةً في هيكله الأساسي.

ذلك لأن هذه الروابط تصبح متاحة فيزيائيًا للإنزيمات التي تتعرف طبيعيًا على هذه الروابط كركائز. يمكن للجزيئات المونومرية الأساسية التي تُطلق عبر هذا الانقسام الإنزيمي أن تُستهلك بعد ذلك بواسطة الكائنات الدقيقة.

في بيئتنا الطبيعية، عادةً ما تُنفذ هذه العملية بأكملها مجموعة من الميكروبات مثل البكتيريا والفطريات. تُفرز هذه الميكروبات إنزيمات تحلل مائية، تُكسر البوليمر لإطلاق أوليغومرات ومونومرات مختلفة تُستغل من قبل الميكروبات كمصدر غذائي للكربون. 

بعد ذلك يحدث تحلل مونومرات وأوليغومرات المستمدة من البوليمر، وهو ما يتضمن تفكيك الجزيئات المعقدة. تُنتج هذه العملية كتلة حيوية للكائنات وثاني أكسيد الكربون عبر التنفس.  

المسألة هي أنه، رغم أن المواد المستندة إلى الكائنات الحية يمكن أن تُستخرج من مصادر طبيعية متجددة، فإن قدرتها المحدودة على التحلل الحيوي تجعلها تبقى في البيئة. كما أن هذه الاستمرارية قد تكون نتيجة للمعالجة الكيميائية التي تجعلها غير قابلة للانقسام البيولوجي.

يمكن بالفعل إنتاج مواد قابلة للتحلل من البترول وغيرها من الموارد الأحفورية لأن قابلية التحلل تعتمد على خصائص المادة وليس على مصدرها.

تحقيق المستحيل

الدراسة، التي تلقت دعمًا تمويليًا من وزارة الطاقة (DOE)، تهدف إلى العثور على بدائل قابلة للتحلل للمواد الموجودة بالفعل. ومع ذلك، فإن العثور على مواد لا تتجمع في البيئة هو “ليس سهلًا”، قال المؤلف المشارك مايكل بوركارت، الذي هو أيضًا المؤسس المشارك لشركة Algenesis. 

تقنية Soleic™ الحاصلة على براءة اختراع من شركة علوم المواد هي أول مادة بلاستيكية متجددة، قابلة للتحلل بالكامل، وعالية الأداء في العالم، مصنوعة من النباتات. تستخدم Algenesis تقنيتها المادية لإنتاج الأحذية، ألواح ركوب الأمواج، والملابس. وفقًا لبوركارت، أستاذ الكيمياء والكيمياء الحيوية في جامعة كاليفورنيا سان دييغو:

“نحن فقط بدأنا نفهم تداعيات الميكروبلاستيك. لقد خضنا سطحًا فقط من الآثار البيئية والصحية.” 

عند الحديث عن عملهم، أشار المؤلف المشارك والمؤسس المشارك لشركة Algenesis روبرت بوميروي، الذي، مثل بوركارت، يمتلك حصة في الشركة ويعمل كأستاذ للكيمياء والكيمياء الحيوية، إلى أنهم أنشأوا أولاً بوليمرات مستندة إلى الطحالب قبل أكثر من نصف عقد. كانوا يدركون أن هذا البوليمر سيكون قابلًا للتحلل بالكامل، قادرًا على “الاختفاء في السماد”.

لكن للمرة الأولى، حصل الفريق على فرصة قياس ذلك على مستوى الجسيمات الدقيقة. لتحقيق ذلك، قاموا بطحن المادة إلى جسيمات دقيقة، وللتأكد من أنها تُهضم بواسطة الميكروبات، استخدم الفريق ثلاث أدوات قياس مختلفة.

كان جهاز قياس التنفس هو الأداة الأولى، والذي استُخدم لقياس ثاني أكسيد الكربون (CO2) المنبعث عندما تُكسر المادة بواسطة الميكروبات. عند مقارنة تحلل السليلوز مع المعيار الصناعي المتمثل في قابلية التحلل بنسبة مئة بالمئة، أظهرت النتائج أن البوليمر النباتي يطابق السليلوز تقريبًا بنسبة مئة بالمئة.

الأداة الثانية المستخدمة كانت الطفو المائي، وهي طريقة تستغل حقيقة أن البلاستيك غير قابل للذوبان ومسطح في الماء، مما يسهل إزالته من السطح. أظهرت الاختبارات التي أجريت على فترات 90 و200 يوم أن تقريبًا جميع الميكروبلاستيك المستند إلى البترول تم استرداده. بالمقابل، بالنسبة للميكروبلاستيك المستند إلى الطحالب، تم استرداد 32٪ فقط بعد تسعة أيام و3٪ فقط بعد 200 يوم، مما يُظهر أنه قابل للتحلل بشكل كبير.

في التحليل الكيميائي عبر كروماتوغرافيا الغاز/مطياف الكتلة (GCMS)، تم اكتشاف وجود مونومرات، مما يشير إلى أن البوليمر يُكسر إلى مواده النباتية الأولية. 

“هذه المادة هي أول بلاستيك ثبت أنه لا ينتج ميكروبلاستيك أثناء استخدامه.” 

– المؤلف المشارك ستيفن مايفيلد، المؤسس المشارك لشركة Algenesis

أضاف أيضًا:

“هذا أكثر من مجرد حل مستدام لدورة حياة المنتج النهائية ومكبات النفايات المزدحمة لدينا. إنه في الواقع بلاستيك لن يجعلنا مرضى.” 

على الرغم من تحقيق تقدم كبير، فإن هذا مجرد البداية. الخطوة التالية تتضمن تكييف المادة الجديدة للاستخدام مع المعدات التصنيعية الحالية المصممة للبلاستيك التقليدي. لتحقيق ذلك، أمنت Algenesis شراكات مع عدة شركات لصنع منتجات باستخدام بوليمرات نباتية. تشمل هذه التعاونات استخدام Trelleborg للبوليمرات المستندة إلى الطحالب في الأقمشة المطلية وإنتاج أغطية الهواتف المحمولة مع RhinoShield.

وفقًا لبوركارت:

“عندما بدأنا هذا العمل، قيل لنا إنه مستحيل. الآن، نرى واقعًا مختلفًا. هناك الكثير من العمل الذي يتعين إنجازه، لكننا نريد أن نعطي الناس الأمل. إنه ممكن.”

هل البلاستيك القابل للتحلل هو المستقبل؟

كما نرى، قطاع البلاستيك يمر بتحول. هذا مهم لأن البلاستيك يمثل حوالي 14٪ من نفاياتنا، وغالبية هذه النفايات تنتهي في البحر. إحصائيًا، ننتج حاليًا أكثر من 350 مليون طن متري من نفايات البلاستيك سنويًا، ومن المتوقع أن يصل إلى مليار طن متري بحلول عام 2060 إذا لم تُجرَ تغييرات على السياسات الحالية.

عند النظر إلى دورة حياة معظم مواد البلاستيك يتضح أن 79٪ من جميع البلاستيك المُنتج يُلقى في مواقع دفن النفايات أو يصل إلى البيئة، بينما يُحرق 12٪ فقط ويُعاد تدويره 9٪. على الرغم من الزيادة الكبيرة في إعادة التدوير خلال الأربعة عقود الماضية، فإن إعادة تدوير البلاستيك غير الأليافي عالقة عند 18٪، مع عدم وجود أي ألياف نسيجية تُعاد تدويرها تقريبًا. يرجع هذا الركود إلى حد كبير إلى قيود طريقة إعادة التدوير السائدة، التي تعتمد على تحويل نفايات البلاستيك إلى أشكال جديدة عبر الحرارة والقوة الميكانيكية، حيث تكون جودة المدخلات ذات أهمية. 

في ظل هذا السياق، تتخذ المزيد والمزيد من الشركات حول العالم خطوات لتقليل استخدام البلاستيك التقليدي واستبداله ببدائل أكثر استدامة ومسؤولية بيئية.

تشمل البلاستيك القابلة للتحلل البلاستيك الحيوي الذي تُستمد مكوناته من مواد خام متجددة والبلاستيك المضاف إليه مواد قابلة للتحلل لتحسين تحلله.

عادةً ما تُصنع البلاستيك الحيوية من بوليمرات مستندة إلى الكائنات الحية وتساهم في دورات حياة تجارية أكثر استدامة للبلاستيك. هنا، تُصنع البوليمرات من مواد خام متجددة أو معاد تدويرها. تميل البلاستيك المستندة إلى الكائنات الحية إلى أن يكون لها بصمة كربونية أقل مقارنةً بالبلاستيك المستند إلى الوقود الأحفوري. كما أنها تُظهر خصائص مادية مميزة ويمكن أن تكون متوافقة مع سلاسل إعادة التدوير الحالية.

كل ذلك، إلى جانب الوعي المتزايد والبحث والاستثمار في صناعة البلاستيك، أدى إلى الزيادة المتواصلة في وجود البلاستيك القابلة للتحلل في حياتنا اليومية.

بينما نحن بعيدون عن إزالة البلاستيك التقليدي بشكل ملموس من حياتنا، تُتخذ العديد من الخطوات المشجعة. يشمل ذلك العثور على مواد قابلة للتحلل لتصنيع المنتجات. بالطبع، من الصعب استبدال البلاستيك في العديد من التطبيقات، ولكن في المستقبل القريب، سيتم تصنيع العديد من المنتجات بطريقة أكثر صديقة للبيئة. 

حظيت المنتجات الصديقة للبيئة بأكبر شعبية في قطاع تغليف الطعام، الذي يمثل حوالي 39٪ من إجمالي البلاستيك المُنتج. وهذا يبرز بوضوح النطاق الكبير للبلاستيك القابلة للتحلل في الصناعة. على سبيل المثال، حسب المنتج، يمكن استبدال زجاجات البلاستيك بمواد قابلة للتحلل، مما يتيح تطبيقات ليس فقط في تغليف الطعام بل أيضًا في المكملات الغذائية.

صواني الطعام هي مثال آخر جيد (بالإضافة إلى الملاعق، الشوك، والشوك الصغيرة، والأكواب) حيث يمكن لاستخدام المواد القابلة للتحلل أن يجعل من الممكن التخلص من كل من الحاوية ومحتوياتها في سلة القمامة الواحدة. تشمل المنتجات الأخرى التي تعتمد على المواد القابلة للتحلل كبسولات القهوة، أكياس الفواكه والخضروات، وأكياس القمامة.

توفر البلاستيك القابلة للتحلل مجموعة واسعة من الإمكانات لتصنيع مجموعة متنوعة من التغليف مع تلبية احتياجات العديد من تطبيقات التغليف، مثل المرونة، القابلية للطباعة، وتحسين الحواجز.

بيانات حديثة تشير إلى أن السوق العالمية للتغليف القابل للتحلل يمتلك إمكانات نمو هائلة؛ في عام 2022، قُدرت قيمتها بحوالي $87 مليار، ومن المتوقع أن تتوسع بحلول عام 2029 بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 6.96٪. وبين جميع الفئات الفرعية، يُعد البلاستيك الأكثر ربحية ومن المتوقع أن يتوسع بوتيرة أسرع من أي نوع آخر من المواد.

على وجه الخصوص، يُعد البلاستيك الحيوي بديلاً واعدًا للبوليمرات المستندة إلى البترول، وله القدرة على تقليل اعتمادنا على الوقود الأحفوري والانبعاثات التي تسهم في تغير المناخ.

أكثر أنواع البلاستيك القابلة للتحلل شيوعًا المتاحة حاليًا مستمدة من النشا أو السليلوز، بما في ذلك حمض البوليلactic (PLA)، بولي-3-هيدروكسي بوتيريت (PHB)، والبولي هيدروكسي ألكانوات (PHA). تُستخدم هذه المواد غالبًا في صناعات المشروبات، الصيدلة، العناية الشخصية والمنزلية، حيث إنها قابلة لإعادة التدوير وقابلة للتحلل.

إلى جانب التغليف، يمكن أن تجد البلاستيك القابلة للتحلل تطبيقًا في صناعة الزراعة، حيث يمكن استخدامها في تغطية التربة (المُلش)، وهو أمر مكلف جدًا لإعادة التدوير. سيؤدي المُلش القابل للتحلل إلى القضاء على الحاجة لجمع النفايات حيث سيختفي خلال بضعة أشهر دون ترك ميكروبلاستيك يستمر لعقود عديدة.

على الرغم من وجود العديد من الفوائد والتطبيقات، فإن البلاستيك القابلة للتحلل لها مقايضات من حيث التكاليف الأعلى والآثار السلبية على الزراعة. ومع ذلك، يمكن للطرق البيولوجية والكيميائية الناشئة، والتقدم التكنولوجي، والحوافز المالية، واللوائح الواضحة أن تساعد في تطبيق البلاستيك الحيوية على نطاق واسع وتحقق تأثيرًا مستدامًا.

وبالتالي، يواصل الباحثون التحقيق بنشاط في مواد أفضل وطرق إنتاج أنظف لتحسين الخصائص وتطبيقات الجيل الجديد. حاليًا، تُقَدِّم أوروبا بنسبة 43.5٪ تصنيعًا تجاريًا للبلاستيك الحيوية، وهو ما متوقع أن يصل إلى 7.6 مليون طن بحلول عام 2026. 

الخلاصة

بعد سنوات من الدراسات، أصبح من المعروف الآن أن الميكروبلاستيك يتراكم في جميع البيئات الفيزيائية، مثل المسطحات المائية، التربة، والهطول، وحتى ينتشر في الهواء. بسبب انتشارها، أصبحت الميكروبلاستيك جزءًا من السلسلة الغذائية، وتشير الأدلة إلى أنها يمكن أن تسبب ضررًا كبيرًا للبشر، الحيوانات، والأنظمة البيئية.

لقد دفع ذلك إلى أبحاث حول المواد القابلة للتحلل، التي تمثل بديلًا أكثر صداقة للبيئة مقارنةً بالبلاستيك التقليدي. بالإضافة إلى تطوير مواد جديدة، تُجرى جهود لتطبيق معايير عالمية. علاوةً على ذلك، هناك حاجة لتغييرات سلوكية نحو استخدام أقل للبلاستيك وزيادة استخدام المنتجات المصنوعة من البلاستيك الحيوي.  

معًا، لديهم بالتأكيد القدرة على إحداث تأثير إيجابي من خلال التخفيف من أزمة نفايات البلاستيك وانبعاثات الكربون. ومع ذلك، من المهم الإشارة إلى أن حتى البلاستيك القابل للتحلل يحتاج إلى ظروف سماد مناسبة لضمان أنه يفي بوعده. بشكل عام، نتخذ خطوات تدريجية نحو مستقبل أكثر خضرة.

انقر هنا للحصول على قائمة بأفضل خمس شركات للبيوبلاستيك.