نجات زمین با کمک علم؛ پلاستیک‌ها منبع انرژی می‌شوند!

به گزارش خبرنگار مهر، بحران جهانی زباله‌های پلاستیکی همچنان یکی از جدی‌ترین چالش‌های محیط‌زیستی عصر حاضر است؛ اما پژوهشگران در تلاش‌اند این تهدید محیط‌زیستی را به فرصتی فناورانه برای آینده‌ای کم‌کربن تبدیل کنند. اکنون فناوری‌های نوین توانسته‌اند پلاستیک‌های غیرقابل‌بازیافت را به نانولوله‌های کربنی و هیدروژن پاک بدل کنند؛ موادی ارزشمند که می‌توانند همزمان از شدت آلودگی بکاهند و پایه‌گذار اقتصاد سبز آینده باشند.

استفاده گسترده از پلاستیک‌ها در صنایع مختلف، ناشی از ویژگی‌های بی‌نظیر آن‌هاست؛ سبک، مقاوم و بادوام. اما تولید انبوه آن در کنار محدودیت‌ زیرساخت‌های دفع، سبب انباشت حدود ۸.۳ میلیارد تُن زباله پلاستیکی تجزیه‌ناپذیر شده است. بیش از سه‌چهارم این حجم عظیم تنها به محیط‌زیست پرتاب شده‌اند و شیوه‌های مرسوم دفع همچون دفن و سوزاندن، نه تنها راهکاری پایدار نیستند، بلکه از هدف اتحادیه اروپا برای بازیافت ۵۰ تا ۵۵ درصد زباله‌های پلاستیکی تا سال ۲۰۳۰ فاصله زیادی دارند.

در مقابل، تبدیل این زباله‌ها به محصولات باارزش، چشم‌اندازی روشن‌تر و پایدارتر پیش‌روی جهان قرار می‌دهد. هیدروژن به عنوان حامل انرژی پاک و نانولوله‌های کربنی با خواص مکانیکی، الکتریکی و حرارتی برجسته، در ساخت تجهیزات الکترونیکی، ذخیره‌سازی انرژی و تولید مواد مرکب کاربردهای فراوانی دارند. بازیافت پلاستیک با هدف تولید این محصولات، هم بار زیست‌محیطی را کاهش می‌دهد و هم از منظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه‌تر خواهد بود.

یکی از روش‌های کلیدی در این مسیر، «پیرولیز» است؛ فرایندی گرمایی که طی آن پلاستیک در غیاب اکسیژن تجزیه شده و به گاز، مایع و جامد تبدیل می‌شود. پژوهشگران مؤسسه علوم و فناوری اولسان (Ulsan National Institute of Science and Technology) موفق شده‌اند از ماسک‌های دورریختنی به عنوان خوراک پیرولیز استفاده کرده و گازهای حاصل را با کمک مرحله‌ای کاتالیستی در دمای بالا به نانولوله‌های کربنی و هیدروژن تبدیل کنند. نکته قابل‌توجه این‌که این فرایند نیاز به جداسازی انواع مختلف پلاستیک ندارد و با استفاده از برق تجدیدپذیر، می‌تواند با هزینه کم و انتشار کربن پایین، در مقیاس صنعتی پیاده‌سازی شود.

در کنار پیرولیز، پژوهشگران به سراغ فناوری دیگری با عنوان «کاتالیز مایکروویوی» رفته‌اند. در این روش به‌جای گرم‌کردن یکنواخت پلاستیک، انرژی به‌صورت هدفمند به نقاط خاصی از ماده منتقل شده و واکنش‌های شیمیایی مؤثرتری رقم می‌خورد. کاتالیزگرهایی مانند FeAlOx با جذب امواج مایکروویو، پیوندهای C-H پلاستیک‌ها را شکسته و شرایطی فراهم می‌کنند که همزمان هیدروژن آزاد و ساختارهای کربنی برای تولید نانولوله شکل بگیرد.

نتایج مطالعه‌ای در نشریه Chemical Engineering Journal نشان می‌دهد که کاتالیزگرهای آهن، کبالت و نیکل تولیدشده با روشی ساده و بدون حلال، در تخریب پلی‌اتیلن کم‌چگالی عملکرد بالایی داشته‌اند. این روش تا ۸۳.۷ درصد انتخاب‌پذیری و تولید هیدروژن به میزان ۶۳.۵ میلی‌مول بر گرم را ممکن کرده است؛ میزانی دو تا سه برابر بیشتر از کاتالیز حرارتی سنتی.

در سنگاپور نیز دانشگاه فنی نانیانگ (Nanyang Technological University) توانسته است با طراحی یک فرایند دومرحله‌ای، زباله‌های پلاستیکی آلوده مانند بسته‌بندی‌های غذایی و کیسه‌ها را به نانومواد ارزشمند تبدیل کند. ابتدا پلاستیک‌ها در دمای ۹۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد به گاز سنتز تبدیل شده و سپس در مرحله دوم، با استفاده از رسوب‌دهی شیمیایی بخار، به نانولوله‌های کربنی تبدیل می‌شوند. این فرایند بدون استفاده از آب، امکان بازیابی فلزات و دستیابی به هدف طرح جامع «بدون زباله» سنگاپور را فراهم کرده است.

یکی دیگر از روش‌های نوظهور، «فتوکاتالیز» یا استفاده از نور خورشید و نیمه‌هادی‌ها برای شکستن ساختار پلاستیک‌ها است. در این روش، پلیمرهای پلاستیکی الکترون از دست می‌دهند و در نتیجه، مولکول‌های مفید و گاز هیدروژن آزاد می‌شود. پژوهشگران موفق شده‌اند با طراحی نانوساختارهایی از ترکیب MXene و سولفید روی‌ـ‌کادمیوم، کارایی بالایی در تخریب پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) و تولید همزمان گلیکولات، استات و اتانول به دست آورند. نرخ تولید هیدروژن در این فرایند به ۱۴.۱۷ میلی‌مول در گرم بر ساعت رسیده است.

آن‌چه این نوآوری‌ها را متمایز می‌کند، قابلیت ترکیب حل بحران آلودگی پلاستیکی با توسعه انرژی پاک و پایدار است. فناوری‌هایی که تا دیروز تنها راهکارهای آزمایشگاهی بودند، امروز به مرحله پایلوت و تولید در مقیاس نزدیک شده‌اند و می‌توانند به‌زودی بخشی کلیدی از چرخه اقتصاد چرخشی در دنیا شوند. از ماسک دورریختنی گرفته تا بطری نوشابه، همگی می‌توانند منبعی برای تولید هیدروژن و نانومواد ارزشمند در آینده‌ای نه‌چندان دور باشند.