پلاستیکهای پلیاولفینی، مانند پلیاتیلن و پلیپروپیلن، بخش بزرگی از زبالههای روزمره ما را تشکیل میدهند. این پلاستیکها به دلیل مقاومت شیمیایی بالا و تنوع گسترده، از دشوارترین مواد برای بازیافت هستند. پژوهشگران دانشگاه نورثوسترن آمریکا موفق شدهاند با توسعه یک کاتالیزور مبتنی بر نیکل، فرآیندی نوآورانه برای بازیافت این پلاستیکها ایجاد کنند که میتواند انقلابی در بازیافت پلاستیکهای مختلط به وجود آورد و مشکل جهانی زبالههای پلاستیکی را تا حد زیادی حل کند.
مشکل بازیافت پلیاولفینها
پلاستیکهای پلیاولفینی در بسیاری از محصولات مصرفی روزانه مانند بطریهای نوشیدنی، بستهبندی مواد غذایی، کیسههای زباله و ظروف یکبار مصرف به کار میروند. این پلاستیکها عمدتاً یکبار مصرف هستند و در صورت عدم بازیافت، در محیط زیست باقی میمانند و سالها تجزیه نمیشوند، که باعث تولید میکروپلاستیکهای مضر میشود.
یکی از دلایل اصلی پایین بودن نرخ بازیافت این پلاستیکها، ساختار مقاوم پیوندهای کربن-کربن در آنهاست. این پیوندها بسیار قوی و واکنشناپذیر هستند و باعث میشوند فرآیندهای معمول بازیافت، کمبازده و پرهزینه باشند.
راهکار کاتالیزور نیکل
پژوهشگران نورثوسترن با استفاده از یک کاتالیزور تکسایتی مبتنی بر نیکل توانستهاند پلیاولفینها را به محصولات باارزش تبدیل کنند. این کاتالیزور برخلاف روشهای سنتی، انتخابی عمل میکند و تنها پیوندهای خاص کربن-کربن را میشکند، بدون آنکه کل ساختار پلاستیک از بین برود. طراحی تکسایتی این کاتالیزور باعث افزایش چشمگیر فعالیت و کاهش نیاز به دما و فشار بالا شده است و امکان استفاده از آن در حجمهای صنعتی پلاستیکهای مخلوط فراهم میشود.
مزایای زیستمحیطی و اقتصادی
این فناوری حتی در حضور PVC، که معمولاً فرآیند بازیافت را مختل میکند، کارآمد است و عملکرد کاتالیزور را بهبود میبخشد. استفاده از این روش باعث کاهش تولید زباله و ایجاد ارزش افزوده اقتصادی میشود و نشان میدهد که پژوهشهای علمی میتوانند مسائل پیچیده محیط زیستی را با راهکارهای عملی و پایدار حل کنند، بدون نیاز به روشهای پرهزینه و انرژیبر که اغلب از نظر اقتصادی و زیستمحیطی قابل توجیه نیستند.
اهمیت علوم پایه در این دستاورد
این پیشرفت علمی نشان میدهد که سرمایهگذاری در علومپایه، اساس نوآوریهای کاربردی است. درک رفتار مولکولی پلیاولفینها و طراحی کاتالیزوری که بتواند به صورت انتخابی عمل کند، تنها از طریق پژوهشهای بنیادی در شیمی کاتالیز، مهندسی شیمی و علم مواد ممکن شده است. بدون این پایه علمی، دستیابی به روشی که بازیافت پلاستیکهای مختلط را ساده و مقرونبهصرفه کند، غیرممکن بود.
همچنین، این تحقیق نمونهای از پیوند میان دانش نظری و حل مسائل عملی جهانی است؛ مسائلی که نه تنها اقتصادی بلکه محیط زیستی هستند و میتوانند زندگی میلیونها نفر را تحت تأثیر قرار دهند.
شفافیت علمی و همکاری بینالمللی
پژوهش کاتالیزور نیکل، نتیجه همکاری میان پژوهشگران دانشگاه نورثوسترن، دانشگاه پردو و آزمایشگاه ملی ایمز است. این همکاری میانرشتهای و بینالمللی نمونهای روشن از این است که چگونه علومپایه و فناوری میتوانند از طریق همافزایی دانشمندان جوان و با تجربه، به دستاوردهای بزرگ منجر شوند.
همچنین جشنوارهی اندیشمندان و دانشمندان جوان نقش مهمی در ایجاد بستری برای معرفی این نوع دستاوردها و پرورش نسل جدید محققان دارد. این جشنواره فرصتی برای آشنایی پژوهشگران جوان با نوآوریهای جهانی و تبادل تجربه با دانشمندان برجسته فراهم میکند و مسیر آینده علم و فناوری را روشن میسازد.
مشکلات فرآیندهای فعلی بازیافت
روشهای موجود برای بازیافت پلیاولفینها معمولاً ناکارآمد هستند. برخی فرآیندها پلاستیکها را خرد و ذوب میکنند و به پلیمرهای کمکیفیت تبدیل میکنند، اما نیاز به جداسازی دقیق پلاستیکها وجود دارد. حتی حضور مقدار کمی از سایر پلاستیکها، مواد غذایی یا آلودگیها میتواند کل دسته را غیرقابل بازیافت کند. روشهای دیگر شامل گرمادهی شدید پلاستیکها تا ۴۰۰ تا ۷۰۰ درجه سانتیگراد است که مصرف انرژی بسیار بالایی دارد.
طراحی دقیق و مهندسی انتخابی
کاتالیزور تکسایتی نیکل به گونهای طراحی شده است که همانند یک اسکالپل دقیق عمل کند و پیوندهای خاصی را انتخاب کند. این دقت باعث میشود حتی پلاستیکهای شاخهدار و مخلوط با انواع دیگر به صورت انتخابی شکسته شوند و فرآیند بازیافت بسیار مؤثرتر و اقتصادیتر شود.
با این طراحی، نیاز به کاتالیزورهای گرانبها و دما و فشار بالا کاهش مییابد و امکان استفاده صنعتی در حجمهای بزرگ فراهم میشود. این رویکرد نشان میدهد که چگونه مهندسی دقیق و طراحی مولکولی میتواند به حل یکی از بزرگترین چالشهای جهانی، یعنی بازیافت پلاستیکهای یکبار مصرف، کمک کند.
آینده بازیافت پلاستیک
با توجه به افزایش روزافزون تولید پلاستیک و کمبود منابع طبیعی، این فناوری میتواند انقلابی در صنعت بازیافت پلاستیک ایجاد کند و حتی راهکارهایی برای کاهش آلودگی میکروپلاستیکها فراهم آورد. علاوه بر این، این پژوهش نمونهای است که چگونه علومپایه و مهندسی میتوانند دستاوردهای کاربردی خلق کنند و زندگی انسانها را بهبود بخشند.
همچنین جشنوارهی اندیشمندان و دانشمندان جوان میتواند این دستاوردها را به جامعه علمی و عمومی معرفی کند و انگیزهای برای تحقیقات نوآورانه و پایدار فراهم سازد. نسل جدید پژوهشگران با بهرهگیری از علومپایه و همکاریهای بینالمللی میتوانند راهحلهای علمی برای مشکلات زیستمحیطی و صنعتی ارائه دهند که جهان را به سمت پایدارتر شدن هدایت کند.
نتیجهگیری
کاتالیزور نیکل تکسایتی توسعه یافته در دانشگاه نورثوسترن نمونهای برجسته از توانمندی علومپایه و مهندسی در ایجاد نوآوریهای کاربردی و پایدار است. این پژوهش نشان میدهد که حتی مسائلی که سالها به نظر غیرقابل حل میآمدند، با درک عمیق علمی، طراحی دقیق و همکاریهای بینالمللی قابل حل هستند.
پژوهشهای بنیادی، حمایت از جوانان محقق و برگزاری جشنوارههای علمی مانند «جشنواره اندیشمندان و دانشمندان جوان»، مسیر توسعه فناوریهای نوین را هموار میکند و میتواند تحولی در بازیافت پلاستیک و حفظ محیط زیست جهانی ایجاد نماید. این دستاورد علمی، الگویی روشن از ترکیب علومپایه، نوآوری و مسئولیت اجتماعی است و نشان میدهد که علم میتواند پاسخگوی نیازهای جهانی باشد.
منبع: Science Daily
