الاستدامة
طريقة كيميائية جديدة تحول المطاط المستعمل إلى راتنجات ذات قيمة عالية
أضف Securities.io إلى مصادرك المفضلة على Google
المطاط مادة ذات قيمة عالية مع سوق عالمي ضخم. على الرغم من أن استخدامه يعود إلى مئات السنين، فقد كان مقصورًا أساسًا على المطاط الطبيعي المستخرج من الأشجار. لم يتم تطوير عملية الفُلكنة الحديثة، التي تجعل المطاط متينًا ومتعدد الاستخدامات، حتى عام 1839.
اخترع الكيميائي تشارلز جوديير المطاط الفُلكن، وهو مطاط طبيعي أو صناعي يتم تحسينه بمعالجته بالكبريت، إلى جانب مواد كيميائية أخرى، والحرارة.
الخصائص الفريدة مثل المرونة، والليونة، والمتانة، ومقاومة الشد، ومقاومة التقدم في العمر، وعدم النفاذية، وامتصاص الصدمات، ومقاومة الحرارة هي ما يجعل المطاط ذا قيمة عالية في السيارات، والبناء، والصناعات، والرعاية الصحية، والسلع الاستهلاكية، والتعبئة.
مع ذلك، يُعد نفايات المطاط مشكلة رئيسية تسهم في أزمة النفايات الضخمة، مما يفرض تحديات على البيئة، وصحة الإنسان، والاقتصاد. إن مشكلة زيادة توليد النفايات هي نتاج التحضر، والتنمية الاقتصادية، والنمو السكاني.
الإطارات، على وجه الخصوص، هي المساهم الرئيسي في نفايات المطاط. تشكل الإنتاج العالمي لإطارات النفايات ما نسبته 2٪ من إجمالي النفايات الصلبة السنوية.
مشكلة نفايات المطاط الخطيرة
يتم التخلص من حوالي مليار إطار كل عام على مستوى العالم، وينتهي الأمر بملايين منها في مكبات النفايات. في المملكة المتحدة وحدها، يُقدّر أن 37 مليون إطار سيارات وشاحنات تُلقى كل سنة. وفي الوقت نفسه، في الولايات المتحدة، تم التخلص من أكثر من 274 مليون إطار في عام 2021، حيث تم رمي حوالي 20٪ منها في مواقع التخلص.
ليس الأمر مجرد مشكلة مساحة فقط. تراكم هذه المواد النفاية يُدخل مخاطر بيئية.
تحتوي منتجات المطاط على مواد كيميائية مختلفة، بما في ذلك مضادات الأكسدة ومضادات الأوزون، التي يمكن أن تتسرب إلى البيئة وتسبب مخاطر صحية. يمكن أن يؤدي التخلص غير السليم من نفايات المطاط، خاصة الإطارات، في المكبات إلى تلوث المياه الجوفية نتيجة تسرب المواد الضارة والمعادن الثقيلة.
كونها غير قابلة للتحلل بطبيعتها يعني أنها تستمر في البيئة لفترات طويلة، مما يساهم في التلوث والضرر البصري لقرون. بالإضافة إلى ذلك، المطاط قابل للاشتعال بشكل كبير، ويمكن أن تشكل أكوام إطارات النفايات خطرًا كبيرًا على الحرائق، مطلقة ملوثات ضارة في الهواء.
أشارت دراسة بحثية ممولة من الحكومة البريطانية عام 2020 إلى أن جزيئات الإطارات تشكل مصدرًا رئيسيًا ومضافًا للميكروبلاستيكات، ويمكن أن تكون في الواقع مصدرًا غير موثق إلى حد كبير للميكروبلاستيكات في الأجسام المائية.
كانت هذه الدراسة الأولى التي تحدد ذلك، موضحة أن جزيئات الإطارات يمكن إما أن تُنقل مباشرة إلى المحيط عبر الغلاف الجوي أو تُحمل إلى المجاري والأنهار بواسطة مياه الأمطار، حيث يمكن أن تمر عبر عملية معالجة المياه.
قال الأستاذ ريتشارد طومسون OBE: “لطالما اشتبه العلماء أن حطام الإطارات يشكل تهديدًا خفيًا للبيئة البحرية”، لكن القليل من الدراسات قيّمت كثرتها في البيئات المائية. وتوفر الدراسة “فهمًا حقيقيًا لأهمية تآكل الإطارات كمصدر للميكروبلاستيكات.”
كل هذه العوامل تتطلب اتخاذ إجراءات عاجلة والتحول نحو ممارسات إدارة نفايات مستدامة.
الحاجة إلى حلول فعّالة لإدارة نفايات المطاط
نفايات المطاط، خصوصًا من الإطارات، تشكل مشكلة متزايدة عالميًا بسبب الزيادة في الإنتاج وقصر عمرها، مما يخلق حاجة إلى حلول فعّالة لإدارة النفايات وإعادة التدوير.
قال الأستاذ ريتشارد طومسون OBE FRS، مدير معهد البحار: “يُعتقد أن جزيئات الإطارات هي من بين أكبر مصادر تلوث الميكروبلاستيك على مستوى العالم”، ونحن بحاجة إلى “حلول نظامية أكثر ربما عبر تحسين تصميم إطارات المركبات.”
أظهرت أبحاث العام الماضي، التي أجرتها جامعة بليموث وجامعة نيوكاسل بتمويل من الطرق الوطنية البريطانية، أن برك الاحتجاز يمكن أن تساعد في معالجة تلوث الإطارات. كما أشارت الدراسة إلى أن جزيئات تآكل الإطارات تفوقت على أشكال الميكروبلاستيك الأخرى وتمت إزالتها بكميات أكبر بكثير.
تبين الآن أن وجود برك الاحتجاز والمناطق الرطبة يقلل من كمية الجزيئات التي تطلقها الإطارات وتدخل المياه بمتوسط 75٪، مما يوفر حماية للأنهار والمحيطات.
وبالتالي، أوصى الباحثون بجعل صيانة المناطق الرطبة وبرك الاحتجاز أولوية رئيسية لتقليل تدفق جزيئات الإطارات من الطرق إلى الأنهار.
“يتم إنشاء برك الاحتجاز والمناطق الرطبة كجزء من مشاريع الطرق السريعة أساسًا لتخفيف التدفق ومنع الفيضانات المتدفقة، ولكن أيضًا لإزالة الملوثات. هذه التدابير الصرفية القائمة على طول أجزاء من شبكة الطرق الاستراتيجية في المملكة المتحدة لديها القدرة على إيقاف انتشار تلوث الإطارات.”
— السيدة فلورنس باركر-جورد، زميلة بحثية مشاركة
للحصول على أرقام دقيقة حول إجمالي كمية جزيئات تآكل الإطارات التي تم جمعها في المدخل، المخرج، والرواسب في المناطق الرطبة وبرك الاحتجاز، استخدمت الدراسة طريقة التحليل الحراري التحليلي للغاز (Py-GC-MS) التي طورها جيف أبوت من جامعة نيوكاسل. تم تطوير الطريقة لتحديد الجزيئات المستخرجة من الإطارات في البيئة.
حل آخر واعد هو إعادة التدوير، التي يمكن أن تقلل من الأثر البيئي للتخلص من نفايات المطاط وتخلق منتجات جديدة من المواد المعاد تدويرها.
إحدى تطبيقات المطاط المعاد تدويره هي في البناء، حيث يمكن استخدامه في خلطات الأسفلت والخرسانة، وحجارة الرصف، وأسطح الملاعب. تشمل التطبيقات الأخرى حشو العشب الصناعي، والأسطح الرياضية، وبلاط الأرضيات، والعزل الصوتي. باستخدام العمليات الحرارية، يمكن تحويل نفايات المطاط إلى وقود أو مصادر طاقة أخرى.
التحلل الحراري هو عملية شائعة تحول نفايات المطاط إلى شيء مفيد. في هذه العملية الكيميائية، يُعاد تدوير المطاط عبر تحلل عالي الحرارة. يفصل الروابط التساهمية في المادة العضوية في غياب الأكسجين.
من خلال تعريض نفايات المطاط للتحلل الحراري، يتم إنتاج جزيئات سوداء كربونية معاد تدويرها (RCBN) وزيت/غاز، يمكن استخدامها كوقود بديل في أفران الأسمنت.
يمكن أيضًا استخدام نفايات المطاط المعاد تدويرها المستخرجة عبر التحلل الحراري من إطارات النفايات لإنتاج خرسانة موصلة كهربائيًا. يُستخدم المطاط المConductive في صناعات الفضاء، والعسكرية، والسيارات.
إدارة نفايات المطاط، مع ذلك، تواجه تحديات جادة. في البداية، الحجم الهائل لنفايات المطاط المتولدة عالميًا يجعل من الصعب جدًا إدارتها وإعادة تدويرها بفعالية.
ثم هناك تنوع منتجات المطاط وتركيباتها الكيميائية المعقدة التي تجعل إعادة التدوير وإعادة الاستخدام صعبين. حتى العملية الشائعة (التحلل الحراري) لها عيوبها — فهي تنتج منتجات فرعية ضارة مثل الديوكسينات والبنزين التي تشكل مخاطر صحية وبيئية.
هناك أيضًا نقص في البنية التحتية والتقنية لجمع، وفرز، وإعادة تدوير نفايات المطاط بفعالية. تركز طرق إدارة النفايات التقليدية على جمع، وحرق، والتخلص من نفايات المطاط في المكبات.
في ظل هذه الظروف، من الضروري أن نطور تقنيات إدارة نفايات فعّالة لمواجهة مشكلة نفايات المطاط المتزايدة بفعالية.
انقر هنا لمعرفة ما إذا كان ‘مؤشر الاستدامة’ يمكن أن يساعد في الحد من تلوث البلاستيك.
عملية كيميائية جديدة لإعادة توجيه نفايات المطاط
أظهرت دراسة جديدة، ممولة من وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) و نُشرت في مجلة Nature1، قدمت تقنية جديدة لمعالجة نفايات المطاط.
نظرًا لعدم وجود استراتيجيات لإعادة تدوير البوليمرات الديينية السلعية كالموجودة في الإطارات، تم تطوير طريقة كيميائية جديدة لتفكيك نفايات المطاط.
قامت فريق من الباحثين بقيادة الدكتور ألكسندر زوخوفيتسكي، أستاذ مساعد في قسم الكيمياء بجامعة نورث كارولينا تشابل هيل، بتطبيق أمينation C-H إلى جانب استراتيجية إعادة ترتيب العمود الفقري للبوليمر لتحويل المطاط المهمل إلى سوابق للراتنجات الإيبوكسية.
يوفر هذا التفكيك للمواد بديلًا مبتكرًا، عمليًا، ومستدامًا لطرق إعادة التدوير التقليدية. كما يهدف إلى التغلب على التحديات في الأساليب التقليدية لتفكيك المطاط.
المطاط مكوّن من بوليمرات مرتبطة ببعضها في شبكة ثلاثية الأبعاد. هذا الترابط الواسع داخل بنية البوليمر يجعل المطاط مادة قوية، مرنة، ومتينة، لكنه أيضًا يجعله مقاومًا للتحلل.
هناك تقنيتان رئيسيتان تقليديتان لتفكيك المطاط: فك الفُلكنة، وهي عملية تكسر الروابط الكبريتية ولكنها تضعف خصائص البوليمر الميكانيكية، وتفكيك العمود الفقري للبوليمر باستخدام طرق تحفيزية أو أكسدة، والتي تميل إلى إنتاج منتجات فرعية ذات قيمة منخفضة.
لا توفر أي من الطريقتين حلاً فعالًا وقابلًا للتوسع لإعادة توجيه نفايات المطاط. لتجاوز هذه العوائق، طور البحث “طريقة تكسر المطاط إلى مواد وظيفية ذات قيمة حتى كمزيج”، وفقًا للدكتور زوخوفيتسكي.
لهذا، طور الباحثون مادة كيميائية من نوع سلفور دييميد، وهي إيمين من ثاني أكسيد الكبريت، تسمح بحدود تصل إلى 35٪ من أمينation أليلية للبوليمرات الديينية والمطاط. ثم تم تطبيق إعادة ترتيب 2-أزا-كوب الموجبة لتفكيك البوليمرات.
يتيح إدخال مادة السلفور دييميد وضع مجموعات الأمين في مواقع معينة على سلاسل البوليمر ويهيئ الأرضية لإعادة ترتيب العمود الفقري اللاحقة. التفاعل الكيميائي هو ما يعيد هيكلة العمود الفقري للبوليمر. تشمل هذه العملية تفكيك المطاط إلى مواد قابلة للذوبان ومُ functionalized بالأمين. هذه العملية ذات الخطوتين، كما أظهر الباحثون، تعمل بشكل ممتاز.
عند اختبارها على بوليمر نموذجي، تمكن الباحثون من تفكيكه بشكل كبير. تم خفض الوزن الجزيئي للبوليمر إلى حوالي 400 غ/مول من 58,100 غ/مول.
عند تطبيق طريقتهم على المطاط المستعمل، تمكنوا من تفكيكه بالكامل خلال ست ساعات. تحول المطاط ما بعد الاستهلاك المُ أمين إلى مادة قابلة للذوبان تحتوي على مجموعات أمين يمكن استخدامها لإنتاج مواد مثل الراتنجات الإيبوكسية.
تُعرف الراتنجات الإيبوكسية بخصائصها اللاصقة الممتازة. تُستخدم في المواد اللاصقة، والطلاءات، والسدادات، والعزل الكهربائي، وإصلاحات الهندسة المدنية. عادةً ما تُصنع الراتنجات الإيبوكسية من مواد كيميائية مشتقة من البترول مثل بيسفينول A وعوامل التصلب.
وفقًا للبحث، فإن المواد الصلبة الإيبوكسية المُحضرة باستخدام البوليمرات القابلة للذوبان والمُ functionalized بالأمين تُظهر قوة مماثلة للراتنجات التجارية المستخلصة من بيسفينول A.
وفقًا للمؤلف المشارك ماكسيم راتوشني، الباحث السابق في جامعة نورث كارولينا تشابل هيل:
“في لحظات كهذه، أُدرك قوة التخليق العضوي. من المدهش رؤية السهولة التي يمكن من خلالها للتسلسل المطور من التحولات العضوية البسيطة، ولكن القوية، أن يتعامل مع رابطة C—C العنيدة ويحول المطاطات القائمة على بولي بوتادين وبولي إيزوبرين إلى راتنجات إيبوكسية ذات قيمة محتملة.”
علاوة على ذلك، فإن إعادة التدوير الكيميائي الجديد للمواد ما بعد الاستهلاك فعّالة للغاية مقارنة بطرق إعادة التدوير التقليدية، التي غالبًا ما تتطلب محفزات مكلفة أو درجات حرارة مرتفعة.
في هذه الدراسة، حصل الباحثون على نتائجهم تحت درجات حرارة معتدلة، 35-50°C (95-122°F) في وسط مائي، مما يجعل العملية ذات تكلفة فعّالة وصديقة للبيئة.
تم تقييم الأثر البيئي للعملية باستخدام عامل الأثر البيئي (E-factor)، “مقياس بسيط لكنه قوي”، الذي يحسب كمية النفايات الفعلية من خلال قياس النفايات المتولدة مقارنةً بإنتاجية المنتج.
بالإضافة إلى مقارنة أثر العملية الجديدة مع الموجودة، أوضح الدكتور جيف لويس، أخصائي أبحاث في مركز الأنظمة المستدامة بجامعة ميتشغان، أن عامل E يبرز أيضًا “خطوات العملية التي يمكن تحسينها بينما نعمل على نقل هذه العملية من المختبر إلى التطبيق العملي.”
كان عامل E الكامل للعملية، الذي يشمل استخدام المذيبات، مرتفعًا. ومع ذلك، كان عامل E البسيط أقل بكثير عند استبعاد المذيبات. يسلط ذلك الضوء على جوانب العملية التي يمكن تحسينها لتحقيق الاستدامة.
لذلك، يستكشف الفريق الآن أنظمة مذيبات أكثر خضرة وشروط تفاعل بديلة لتقليل توليد النفايات.
وصفًا إياه “كتغيير جذري في نهجنا لمشكلة نفايات المطاط”، أوضح المؤلف المشارك في الدراسة سيدني تويل، المرشح للحصول على درجة الدكتوراه في جامعة نورث كارولينا تشابل هيل، أن:
“من خلال استغلال قوة أمينation C–H وإعادة ترتيب العمود الفقري، توفر هذه الطريقة مسارًا جديدًا لتحويل المطاط ما بعد الاستهلاك إلى مواد ذات قيمة عالية، مما يقلل الاعتماد على المكبات ويقلل الضرر البيئي.”
شركة مبتكرة
Goodyear Tire & Rubber Co
تأسست في عام 1898، تُعد Goodyear شركة تصنيع إطارات كبرى تستثمر في بدائل مطاط مستدامة ومبادرات إعادة التدوير.
في يناير 2022، أطلقت الشركة إطارًا تجريبيًا مصنوعًا من مادة مستدامة. يحتوي الإطار على 13 مكونًا مميزًا عبر تسعة مكونات إطارات مختلفة ويقدم أداءً قويًا بشكل عام.
يشمل ذلك الكربون الأسود، الذي يُستخدم لزيادة عمر الإطار ويُصنع بحرق أنواع مختلفة من منتجات البترول. ومع ذلك، لتقليل الدائرية وانبعاثات الكربون، تم الآن تضمين أربعة أنواع من الدريفت، تُنتج من زيت نباتي، وثاني أكسيد الكربون، والميثان، وزيت التحلل الحراري لإطارات نهاية العمر (TPO) كمصادر أولية.
يساعد زيت فول الصويا في الإطار المستدام على الحفاظ على مرونة مركب المطاط في تغير درجات الحرارة، بينما تُحسن السيليكا عالية الجودة، المصنوعة من مخلفات قشور الأرز، من الثبات وتقلل استهلاك الوقود.
يُعاد تدوير البوليستر المستخدم في الإطارات من زجاجات ما بعد الاستهلاك، بينما حُلت راتنجات شجرة الصنوبر، التي تُعد متجددة حيويًا، محلًا للراتنجات التقليدية المستندة إلى البترول.
في ذلك الوقت، كان محتوى المواد المستدامة في إطارات Goodyear بنسبة 70٪، وقد تم الإبلاغ عن زيادة هذه النسبة إلى 90٪ في عام 2023، مما يقربها من هدفها في إنشاء أول إطار مصنوع بالكامل من مواد مستدامة.
أفادت الشركة أن الإطار التجريبي اجتاز جميع الاختبارات التنظيمية والداخلية ذات الصلة. مقارنةً بالإطارات المصنوعة من مواد تقليدية، وُجد أن الإطار التجريبي يتمتع بمقاومة دوران أقل، مما يعني توفيرًا أفضل في الوقود وتقليل البصمة الكربونية.
قبل بضعة أشهر، كشفت الشركة عن إطار ElectricDrive Sustainable-Material (EDS)، وهو خطوة محورية في هدفها لإطلاق أول إطار صناعي مكوّن بالكامل من مواد مستدامة بحلول عام 2030.
في ظل ازدهار السيارات الكهربائية (EVs) والتركيز على الاستدامة، تم تصميم هذه الإطارات EDS خصيصًا للسيارات الكهربائية، لتوفر مسافات طويلة، ومقاومة دوران أقل، وضوضاء مخفضة، وكبحًا وتوجيهًا مائيًا فائقين.
GT مخطط السعر
فيما يتعلق بالبيانات المالية للشركة، فإن Goodyear ذات القيمة السوقية التي تبلغ 2.5 مليار دولار، والتي تُتداول أسهمها حاليًا بسعر 8.85 دولار، بانخفاض 2.33٪ منذ بداية العام، أعلنت عن صافي دخل قدره 76 مليون دولار أو 26 سنتًا للسهم، مقارنةً بصافي خسارة قدرها 291 مليون دولار قبل عام، وصافي دخل معدل قدره 114 مليون دولار أو 39 سنتًا للسهم للربع الرابع من عام 2024.
خلال هذه الفترة، بلغت مبيعات الشركة 4.9 مليار دولار، مع حجم وحدات الإطارات الإجمالي 43.6 مليون. بالنسبة للعام الكامل، بلغت المبيعات 18.9 مليار دولار، مع حجم وحدات الإطارات 166.6 مليون.
في عام 2024، أبلغت Goodyear عن صافي دخل قدره 70 مليون دولار أو 24 سنتًا للسهم، مقارنةً بصافي خسارة قدرها 689 مليون دولار قبل عام، وصافي دخل معدل قدره 302 مليون دولار أو 1.05 دولار للسهم.
كانت التدفقات النقدية من الأنشطة التشغيلية خلال هذه الفترة 698 مليون دولار، بانخفاض عن 1.032 مليار دولار في العام السابق. الشهر الماضي، أغلقت الشركة بنجاح مبيعات أعمال إطارات الطرق غير المعبأة إلى شركة يوكوهاما للرباط، بينما من المتوقع إغلاق بيع علامة دونلوب إلى شركة سميتومو للرباط في منتصف العام.
عند الحديث عن عامه الأول في Goodyear، شارك الرئيس التنفيذي مارك ستيوارت رضاه عن التقدم الذي تم إحرازه في عام 2024، حيث فاقت الشركة التوقعات، وزادت الأرباح، وتوصلت إلى اتفاقيات لتصفية الأصول غير الأساسية.
“مع المضي قدمًا، نظل ملتزمين بتحقيق أهداف Goodyear Forward الموسعة، بما في ذلك توسيع الهوامش بشكل أكبر وتقليل الديون بشكل ملموس.”
– الرئيس التنفيذي ستيوارت
بالنسبة لعام 2025، تتوقع الشركة “تخفيضًا كبيرًا للديون”، وتوسيع الهوامش، وتحسين محفظتها لدفع قيمة المساهمين. من المتوقع أن تحقق Goodyear عائدات إجمالية تتجاوز 2 مليار دولار ونسبة ديون صافية تتراوح بين 2.0x إلى 2.5x بحلول نهاية العام.
آخر المستجدات حول Goodyear Tire & Rubber Co
الخلاصة
تشكل نفايات المطاط، خاصة من الإطارات، تحديًا كبيرًا يتطلب اهتمامنا العاجل وحلولًا فعّالة. الطرق الحالية مثل التحلل الحراري، رغم انتشارها، تنتج منتجات فرعية ضارة. في الوقت نفسه، تكافح طرق إعادة التدوير التقليدية مع الكفاءة وقابلية التوسع.
نظرًا لأن نفايات المطاط مشكلة متزايدة وحاسمة، يستكشف الباحثون طرقًا جديدة، مثل برك الاحتجاز لتصفية الميكروبلاستيك والعمليات الكيميائية التي تشمل أمينation C-H وإعادة ترتيب العمود الفقري لتفكيك المطاط، مما يقدم حلولًا واعدة وأكثر خضرة.
مع استمرار البحث واعتماد الصناعة، يمكن لهذه التطورات أن تساعد في تقليل تلوث المطاط، وخفض نفايات المكبات، وتحويل نفايات المطاط إلى مواد ذات قيمة!
الدراسات المشار إليها:
1. Towell, S. E., Ratushnyy, M., Cooke, L. S., et al. (2025). Deconstruction of rubber via C–H amination and aza-Cope rearrangement. Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08716-6
