الشركات التي تحاول كسر إدماننا على المواد البلاستيكية
ربما يكمن مصير محيطات العالم داخل خزان صلب غير قابل للصدأ، وليس بحجم برميل بيرة صغير. تحول البكتريا المعدلة وراثيًا في الداخل شراب الذرة إلى كتلة متموجة من البوليمرات والتي يمكن استخدامها لإنتاج مجموعة كبيرة ومتنوعة من البلاستيكيات.
وقال Oliver Peoples كبير مسؤلي المكتب العلمي بشركة Metabolic,Inc "إنه يشبه صنع الزبادي"
تعد شركة كامبريدج بولاية ماساشوستس -حيث تتشكل البلاستيكيات الحيوية في غرف التخمرعلى نطاق المختبر- واحدة من عدد متزايد من الأعمال التجارية والمؤسسات التي تعمل على تطوير بدائل تنافسية من حيث السعر وأكثر ملاءمة للبيئة للمواد البلاستيكية التقليدية المصنوعة من الوقود الحفري، والتي لا تتحلل وتحول محيطاتنا إلى بحار من البلاستيك العائم.
وقالت Jenna Jambeck عضو هيئة تدريس بكلية الهندسة البيئية بجامعة جورجيا "لقد شهدنا هذه الزيادة الضخمة في إنتاج البلاستيك مما أدى إلى زيادة بخار النفايات أيضًا" "على عكس المواد التي تتحلل بيولوجيًا، فإن البلاستيك يحتوي على كل تلك المشاكل. إنها تنتقل بسهولة إلى المجاري المائية، وتنشطر فيزيائيًا إلى قطع أصغر يصعب أو يستحيل جمعها، وتميل إلى امتصاص الملوثات الكيميائية الموجودة بالفعل في البيئة".
دخل المحيط حوالي 5.3 مليون الى 14 مليون طن من البلاستيك، أو ما يصل إلى 4 في المئة من 330 مليون طن من البلاستيك المنتج كل عام كقمامة عام 2010. ومن المتوقع أن يزيد هذا الرقم عشرة أضعاف في العقد القادم طالما ظل إنتاج المزيد من البلاستيك والتهرب من جهود إدارة النفايات وإعادة التدوير طبقًا لدراسة أجرتها Jambeck وزملاؤها في وقت سابق من هذا العام في مجلة ساينس.
لا يزال تأثير البلاستيك على الكائنات الحية بما في ذلك البشر غير واضح. وقد أظهرت عدد من الدراسات الحديثة أن المواد الكيميائية في أجزاء صغيرة من البلاستيك، وحتى الأجزاء البلاستيكية نفسها، يمكن أن تتراكم في الطيور والأسماك والحياة البحرية الأخرى. وأظهرت فحوصات المختبر أن المواد الكيميائية التي تشكلها يمكن أن تسبب آثارًا صحية ضارة تشمل تليف الكبد واختلال الغدد الصماء من خلال تغيير التعبير الجيني. وإذا كانت هناك آثار مشابهة تحدث خارج المختبر، أو إذا كانت تمتد السلسلة الغذائية إلى الأشخاص الذين يأكلون الكائنات البحرية تظل غير معروفة، ومع ذلك يبقى كلاهما معقولين تمامًا.
وهذا ليس كل شىء، البلاستيك له سمعة سيئة في قسم الاحتباس الحراري أيضًا. ما يقرب من 8 في المئة من النفط المستخدم على مستوى العالم كل عام يذهب لتصنيع البلاستيك مباشرة أو لتشغيل عمليات تصنيع البلاستيك طبقًا لتقرير صدر مؤخرًا عن معهد Worldwatch.
لماذا لانقلل فقط استخدامنا؟ لسبب واحد، البلاستيك متنوع الاستخدام بشكل لايصدق، ويلبي الاحتياجات بطريقة مرنة، والسعر والمعاييرالأخرى والتي تجعل من الصعب للمواد البديلة اللحاق به. ليس هذا فقط، المواد البديلها لها آثار بيئية واجتماعية وصحية سلبية.
وقال Mark Hillmyer مدير مركز البوليمرات المستدامة بجامعة مينيسوتا في مينيابوليس "على الرغم من أن الناس يشعرون بالرغبة في استخدام كميات أقل من البلاستيك، فإن حقيقة الأمر أن المواد البلاستيكية هي مواد حديثة تستخدم في جعل السيارات أخف وزنًا، وتنقية المياه، وتضيف فوائد هائلة إلى التطبيقات الصحية والأمنية".
وبعبارة أخرى هناك أسباب قوية للبحث عن بدائل أكثر استدامة عن البلاستيك التقليدي، أي البلاستيك القائم على النباتات. لأن ما يسمى بالبلاستيك الحيوي قادر على التحلل بسرعة كبيرة مما يقلل مخاطر تلوث البر أو البحر. كما إنها تقلل من اعتمادنا على الوقود الحفري مما يقلل من انبعاث الكربون من البلاستيك، وتقل انبعاثات غاز الاحتباس الحراري المرتبطة بالبلاستيك الحيوي بنسبة 26 في المئة عن تلك المرتبطة بالبلاستيك التقليدي، وفقًا لتحليل دورة حياة حديثة للبلاستيك القائم على الذرة والبلاستيك القائم على البترول، من قبل باحثين في جامعة ولاية ميشيغان.
البدائل المستجدة
ومع ذلك فالعثور الآن على بدائل تكون قابلة للتحلل وغير بترولية عوضًا عن البلاستيك ليس بالأمر السهل. فليس بالضرورة البلاستيك المصنوع من الذرة أو قصب السكر أو المواد النباتية الأخرى لديه القدرة على التحلل، والحصول على التحلل يحدث عندما تريد أن يكون صعبًا.
كما قال Hillmyer "لاتريد أن تتحلل حقيبتك البلاستيكية آثناء استخدامها" "من ناحية أخرى، تريدها أن تتحلل بسرعة عند وضعها في بيئة أخرى".
في حين واجه الكيميائيون صعوبة في إعادة تشكيل البلاستيك القائم على البترول لإمكانية تحلله، هناك عدد من البدائل الحيوية المستجدة القابلة للتحلل. وعلى الرغم من هذه النجاحات، والنجاحات الحديثة الأخرى، يظل البلاستيك الحيوي جزءًا صغيرًا من الصناعة ككل.
Natureworks هي شركة مقرها في مينيتونكا- مينيسوتا، هي واحدة من رواد صناعة البلاستيك الحيوي في العالم. تقوم الشركة بتصنيع حامض بولي لاكتيك أو PLA. وهو بلاستيك قابل للتحلل الحيوي، مصدره نشا الذرة، ويصنع منه مجموعة واسعة من المنتجات الاستهلاكية، تشمل أدوات المائدة ذات الاستخدام الواحد والأكواب والتعبئة والتغليف التي تتحلل في نهاية عمرها الإنتاجي.
الزجاجة النباتية
وقد أتى على الإنترنت مرفق الإنتاج الأول للشركة في بلير، نبراسكا في عام 2002 ويمكنه إنتاج 150 ألف طن من PLA سنويا. وأعلنت الشركة مؤخراً عن خطط لفتح مصنع ثانٍ في جنوب شرق آسيا يستخدم قصب السكر كمصدر خام. وهناك شركة رائدة أخرى في مجال البلاستيك الحيوي هي شركة كوكا كولا، التي أطلقت في عام 2009 الزجاجة النباتية، وهي زجاجة للشرب مصنوعة من البولي إيثيلين تيريفثاليت - PET - تحتوي على ما يصل إلى 30 بالمائة من المواد الحيوية.
هذه الزجاجات غير قابلة للتحلل ولكن على عكس معظم المواد البلاستيكية الحيوية، يمكن إعادة تدويرها مع PET تقليدي، وهو بلاستيك يُعاد تدويره بشكل شائع. منذ عام 2009، أنتجت الشركة 35 مليار من الزجاجات النباتية الأصلية. في يونيو، كما أطلقت الشركة نسخة جديدة مصنوعة من المواد الحيوية بنسبة 100 ٪.
وعلى الرغم من هذه النجاحات والنجاحات الحديثة الأخرى، فإن البلاستيك الحيوي يظل جزءًا صغيرًا من الصناعة ككل. فالمواد مناسبة تمامًا للمنتجات ذات الاستخدام الفردي مثل الملاعق والزجاجات كما أن المستهلكون مستعدين لدفع علاوة لمنتجات أكثر استدامة.
إن المتانة العالية والتطبيقات الأقل وضوحًا -على سبيل المثال، مازالت أنابيب المياه المصنوعة من PVC والتي تستخدم عادة في السباكة السكنية والتجارية- مصنوعة بالكامل من البلاستيك التقليدي. في المجموع، أقل من 0.5 في المئة من جميع أنواع البلاستيك يأتي من مصادر غير نفطية، وذلك وفقاً لجمعية صناعة البلاستيك، وهي مجموعة تجارية صناعية مقرها في العاصمة واشنطن.
لكن التنظيم الحكومي يؤدي إلى زيادة استخدام البلاستيك الحيوي. في عام 2014، حيث حظرت إلينوي الميكروبيدات، والكشط البلاستيكي الصغير المستخدم عادة في تقشير الوجه والشامبو ومعجون الأسنان، بسبب المخاوف من التدهور البيئي في منطقة البحيرات الكبرى. تكون الميكروبيدات صغيرة للغاية بحيث لا يمكن ترشيحها بواسطة أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي في قطر أقل من 1مللى متر، وقد تم العثور عليها في كل من المياه العذبة والبيئة البحرية.
مع فرض حظر فيدرالي على الميكروبيدات المتوقعة، تعاقدت شركة ميتابوليكس مع هانيويل في مارس لإيجاد بديل قابل للتحلل للميكروبيدات. الميكروبيدات المطورة من قبل الشركتين مصنوعة من polyhydroxyalkanoates، أو PHA وهو بلاستيك حيوي أكثر تكلفة ولكن أيضًا أكثر تنوعًا من PLA. الميكروبيدات التي تنتجها الشركتين بواسطة تخمير نشا الذرة، على الرغم من أنها يمكن أيضًا أن تكون مصنوعة من المحاصيل غير الغذائية مثل switchgrass.
وقالت بيبوليس: "إن ميكروبيدات PHA ستتحلل إلى ثاني أكسيد الكربون والماء في غضون أشهر بنفس معدل السليولوز أو الورق".
حول الجوانب السلبية للموضوع
بينما نزيد من اعتمادنا على المواد البلاستيكية التي يتم الحصول عليها من محاصيل مثل الذرة أو قصب السكر، يمكننا دون قصد أن نقدم شواغل بيئية جديدة. وأشارت دراسة حديثة في مجلة "أنظف الإنتاج" إلى أن البلاستيك الحيوي الذي يتم إنتاجه من المواد الأولية الزراعية يستخدم كميات كبيرة من المياه والمبيدات الحشرية والأسمدة التي يمكن أن تسبب تلوث الهواء والماء وتتنافس على الأراضي المزروعة بالمحاصيل الغذائية.
وهناك طريقة واحدة للالتفاف حول الجوانب السلبية للمواد البلاستيكية المصنوعة من النبات مثل تقليل الاعتماد على البترول عن طريق استخدام co2. وتقوم شركة Novomer، وهي شركة ابتعدت عن الأبحاث في جامعة كورنيل في إيثاكا، نيويورك، بتحويل مخلفات ثاني أكسيد الكربون من مصانع إنتاج الإيثانول إلى بلاستيك، وتصنيع البوليولات - البوليمرات المستخدمة في صنع الرغاوي المرنة الموجودة في المراتب ووسائد المقعد والعزل، بالإضافة إلى مجموعة من الطلاءات والمواد المانعة للتسرب.
وقال بيتر شيبارد، نائب الرئيس التنفيذي للبوليمرات في نوفومير: "إذا كانت المرتبة خاصتك مصنوعة من موادنا، فسيكون ما يقرب من 22٪ من وزنها ثاني أكسيد الكربون". "يحتاج الأمر إلى غاز من الغازات الدفيئة الذي يعتبر كمادة مخلفات ويتم تحويله إلى منتج ذي قيمة".
عادة يكون ثاني أكسيد الكربون خاملًا جدًا للتفاعل مع المركبات الأخرى، مما يجعل استخدامه في البلاستيك أو تطبيقات أخرى أمرًا صعبًا. لذا قام جيفري كوتس، أستاذ الكيمياء في جامعة كورنيل في إيثاكا وأحد مؤسسي شركة نوفومير، بتطوير محفز زاد من تفاعل ثاني أكسيد الكربون في الوقت نفسه مما أدى إلى تباطؤ تفاعلية عنصر بوليول رئيسي آخر - مما يسهّل دمج ثاني أكسيد الكربون في البوليمر الناتج .
وقال كواتس، وهو أيضًا عضو في مركز البوليمرات المستدامة: "إن الأمر يشبه إن كان لديك أطفال وأنت تعطيهم البيتزا والبروكلي، وأنت تخبرهم في كل مرة تتناول فيها قطعة من البيتزا، يجب أن تأخذ قطعة من البروكلي".
فأكبر تحد للبلاستيك الحيوي هو أنها تُنافس المواد البلاستيكية التقليدية، بشكل لا يصدق
وقال شيهر: "إن المواد الرخيصة التي تم شحذها خلال السنوات الستين الماضية. البوليولات المصنوعة من قبل Novomer قابلة للتحلل ولكنها تفقد قابليتها للتحلل عند دمجها مع المواد الكيميائية التي أساسها النفط لصنع الرغوة".
على الرغم من أن الشركة تركز حاليًا على صنع الرغوات والمواد المانعة للتسرب، قال شيبرد: "إن البوليمرات في Novomer التي أساسها CO2 يمكن استخدامها لتصنيع البلاستيك القابل للتحلل بمحتوى ثاني أكسيد الكربون بنسبة تصل إلى 50٪".
التحدي الأكبر
على الرغم من زيادة انتشار البلاستيكات الحيوية بقوة، إلا أنها لم ترتقي لإمكانياتها.
ووفقًا لفريدريك شير، المدير التنفيذي السابق لشركة سيريبلاست، والتي كانت من أهم الشركات الرائدة في صناعة البلاستيك الحيوي، قبل أن تعلن إفلاسها في عام 2014"لم تستطع صناعة البلاستيكات الحيوية أن تصنع بوليمرات جذابة من حيث السعر والخصائص والتي ستجعل العالم مُستعد للتغيير "أكبر تحدي يواجه البلاستيك الحيوي هو أنه ينافس البلاستيك الحيوي، والذي يمتاز برخص سعره والتي استحوذت على العالم منذ ستين عامًا".
كما أضاف السيد فريدريك "يدرك الناس إلى حد ما التأثير البيئي للمواد الزيتية التي لن تتحلل بيئيًا، ولكنهم غير مستعدين لإنفاق دولار واحد لاكتشاف أنواع جديدة من المواد".
وازدادت حدة المنافسة مع البلاستيك البترولي خلال العام الماضي لانخفاض سعر النفط إلى النصف. كما أضاف السيد شير "لنكون على قدر المنافسة مع المواد الزيتية التقليدية، نحتاج إلى أن يكون سعر النفط مابين 130 إلى 140 للبرميل، وبالطبع فأن يكون سعر البرميل 50 دولار فذلك يبعدنا عن المنافسة".
واستكمل حديثه قائلًا: "إنه يمكن أن نجعل كل البلاستيك الموجود في العالم بلاستيك من مصادر لا بترولية، ولكن يتطلب ذلك دعم هائل من الحكومة. وسيكون الأمر محكوم بقوانين تُجبر زيادة أسعار النفط والبلاستيك عن سعرها في الوقت الحالي".
منافسو البولي إيثلين
إذا انتشر البلاستيك المستدام والذي يقلل اعتمادنا على الوقود الحيوي والذي يتحلل بعد الاستفادة منه، فعليه أن يكون بديل ليس فقط للميكروبيدات والرغاوي وبعض التطبيقات الأخرى ولكن للبلاستيكات الحيوية أيضًا لنتنتج بوليمرات منخفضة السعر وقابلة لإعادة التشكيل، والتي تشتمل على أكثر من 80% مئات ملايين الأطنان من البلاستيك المُنتج كل عام".
تعمل شركة كوتيس على بوليمر حيوي جديد بخصائص تقارن البولي إيثلين أو أفضل منه، واعتاد البلاستيك الحراري الأكثر انتاجًا في العالم عمل كل شيء بداية من أكياس القمامة إلى زجاجات الماء والألعاب البلاستيكية. حتى إن طبقة رقيقة من البولي إيثلين تمتاز بقوة مذهلة تدخل في صناعة ظروف البريد والتي لا يمكن فتحها إلا باستخدام مقص. ودوارق اللبن والتي لا تنكسر عند وقوعها على الأرض. "يرجع ذلك إلى أنها مواد متبلورة جزئيأ" كما تذكر شركة كوتس "تتحد سلاسل البوليمر بجانب بعضها البعض بتلاحم شديد ومحدد لتعطي في الآخر خصائص مميزة".
في دراسة نُشرت عام 2014 في جريدة "ذا أمريكان كميكال سوسايتي"
وصفت شركة كورتيس وعلماء من جامعة كورنيل أن مادة جديدة تتميز بتركيب كريستالي جزئي مُصنعة من المادة الخام للسكر، ولديها خصائص مشابهه لخصائص البولي إيثلين، ولكن قابليتها للانحلال في نهاية استخدامها أفضل.
ويقول السيد هيلمر "هذا لا يحدث بين عشية وضحاها، ولكن يوجد بعض التوكيدات الإيجابية التي تمكنها من أن تصبح منافس حقيقي لبلاستيك البولي إيثلين".
لم تختبر المادة الجديدة بعد والمعروفة باسم البولي بروبين ساكسينات، لنرى مدى تحللها في مكب النفايات أو في البيئة البحرية. ولكن بناءً على مكوناتها، يجب أن تتحلل في الماء بعد عدة أشهر، وتلك هي الفترة التي يكون فيها المنتج صالح للاستخدام، وذلك طبقًا لما ذكرته شركة كوتيس. يتحلل البولي بروبين ساكسينات إلى البروبيلين جليكول وحمض الساكسينيك وبعض الواد غير السامة التي تتحلل إلى ثاني أكسيد الكربون وماء عندما تهضمها الميكروبات.
يذكر كوتيس "إذا كان عليك أن تأكل منتجات منتجات البوليمر المُكسرة، فتلك المنتجات هي التي عليك أن تختارها".
من غير المحتمل أن تكون تكلفة البولي بروبين ساكسينات أقل من تكلفة بلاستيك البولي إيثلين التقليدي، ولكن تركيبه الكريستالي الشكل يمكنه من أن يؤدي أفضل من منافسه بترولي التركيب. وإن حدث ذلك، فإن مصنعي البلاستيك الحيوي في يوم من الأيام قد يتمكنون من المنافسة مع صناعة البلاستيك الحالية بصنع أشياء مثل قارورات الألبان بمواد أقل بكثير من البلاستيك البترولي الصُنع.
التحديات الشاقة
وبنظرة سريعة على القوانين الحكومية التي تفرض سعر على الكربون أو تفرض أن يكون البلاستيك قابل للإنحلال، فإن البلاستيكات الحيوية عليها أن تجد طرق لتنافس بها البلاستيك التقليدي إذا لم يقتصر دورها فقط على التطبيقات المتخصصة. إنه تحدي قوي، فالمنتجات كانت فقط منتجات متخصصة، أما الألواح الشمسية فهي في انتشار متزايد.
في عام 2007، أنتجت لنا الطاقة الشمسية أقل من 0.1 % من الكهرباء في الولايات المتحدة. وبفضل الإبداع والابتكار، انخفض سعر النماذج الفوتوفولطية من 4 دولار للوات إلى خمسين سنت للوات. مما يجعل من الطاقة الشمسية أكثر طاقة مولدة للكهرباء في البلاد.
والسؤال .. هل من الممكن على من يعمل على البلاستيكات الحيوية أن يرى نتائج مشابهة؟ في نهاية الأمر، لن يقتصر الأمر على مدى تحلل المنتجات، بل على قدرتها على منافسة البلاستيك التقليدي.
وقال Oliver Peoples كبير مسؤلي المكتب العلمي بشركة Metabolic,Inc "إنه يشبه صنع الزبادي"
تعد شركة كامبريدج بولاية ماساشوستس -حيث تتشكل البلاستيكيات الحيوية في غرف التخمرعلى نطاق المختبر- واحدة من عدد متزايد من الأعمال التجارية والمؤسسات التي تعمل على تطوير بدائل تنافسية من حيث السعر وأكثر ملاءمة للبيئة للمواد البلاستيكية التقليدية المصنوعة من الوقود الحفري، والتي لا تتحلل وتحول محيطاتنا إلى بحار من البلاستيك العائم.
وقالت Jenna Jambeck عضو هيئة تدريس بكلية الهندسة البيئية بجامعة جورجيا "لقد شهدنا هذه الزيادة الضخمة في إنتاج البلاستيك مما أدى إلى زيادة بخار النفايات أيضًا" "على عكس المواد التي تتحلل بيولوجيًا، فإن البلاستيك يحتوي على كل تلك المشاكل. إنها تنتقل بسهولة إلى المجاري المائية، وتنشطر فيزيائيًا إلى قطع أصغر يصعب أو يستحيل جمعها، وتميل إلى امتصاص الملوثات الكيميائية الموجودة بالفعل في البيئة".
دخل المحيط حوالي 5.3 مليون الى 14 مليون طن من البلاستيك، أو ما يصل إلى 4 في المئة من 330 مليون طن من البلاستيك المنتج كل عام كقمامة عام 2010. ومن المتوقع أن يزيد هذا الرقم عشرة أضعاف في العقد القادم طالما ظل إنتاج المزيد من البلاستيك والتهرب من جهود إدارة النفايات وإعادة التدوير طبقًا لدراسة أجرتها Jambeck وزملاؤها في وقت سابق من هذا العام في مجلة ساينس.
لا يزال تأثير البلاستيك على الكائنات الحية بما في ذلك البشر غير واضح. وقد أظهرت عدد من الدراسات الحديثة أن المواد الكيميائية في أجزاء صغيرة من البلاستيك، وحتى الأجزاء البلاستيكية نفسها، يمكن أن تتراكم في الطيور والأسماك والحياة البحرية الأخرى. وأظهرت فحوصات المختبر أن المواد الكيميائية التي تشكلها يمكن أن تسبب آثارًا صحية ضارة تشمل تليف الكبد واختلال الغدد الصماء من خلال تغيير التعبير الجيني. وإذا كانت هناك آثار مشابهة تحدث خارج المختبر، أو إذا كانت تمتد السلسلة الغذائية إلى الأشخاص الذين يأكلون الكائنات البحرية تظل غير معروفة، ومع ذلك يبقى كلاهما معقولين تمامًا.
وهذا ليس كل شىء، البلاستيك له سمعة سيئة في قسم الاحتباس الحراري أيضًا. ما يقرب من 8 في المئة من النفط المستخدم على مستوى العالم كل عام يذهب لتصنيع البلاستيك مباشرة أو لتشغيل عمليات تصنيع البلاستيك طبقًا لتقرير صدر مؤخرًا عن معهد Worldwatch.
لماذا لانقلل فقط استخدامنا؟ لسبب واحد، البلاستيك متنوع الاستخدام بشكل لايصدق، ويلبي الاحتياجات بطريقة مرنة، والسعر والمعاييرالأخرى والتي تجعل من الصعب للمواد البديلة اللحاق به. ليس هذا فقط، المواد البديلها لها آثار بيئية واجتماعية وصحية سلبية.
وقال Mark Hillmyer مدير مركز البوليمرات المستدامة بجامعة مينيسوتا في مينيابوليس "على الرغم من أن الناس يشعرون بالرغبة في استخدام كميات أقل من البلاستيك، فإن حقيقة الأمر أن المواد البلاستيكية هي مواد حديثة تستخدم في جعل السيارات أخف وزنًا، وتنقية المياه، وتضيف فوائد هائلة إلى التطبيقات الصحية والأمنية".
وبعبارة أخرى هناك أسباب قوية للبحث عن بدائل أكثر استدامة عن البلاستيك التقليدي، أي البلاستيك القائم على النباتات. لأن ما يسمى بالبلاستيك الحيوي قادر على التحلل بسرعة كبيرة مما يقلل مخاطر تلوث البر أو البحر. كما إنها تقلل من اعتمادنا على الوقود الحفري مما يقلل من انبعاث الكربون من البلاستيك، وتقل انبعاثات غاز الاحتباس الحراري المرتبطة بالبلاستيك الحيوي بنسبة 26 في المئة عن تلك المرتبطة بالبلاستيك التقليدي، وفقًا لتحليل دورة حياة حديثة للبلاستيك القائم على الذرة والبلاستيك القائم على البترول، من قبل باحثين في جامعة ولاية ميشيغان.
البدائل المستجدة
ومع ذلك فالعثور الآن على بدائل تكون قابلة للتحلل وغير بترولية عوضًا عن البلاستيك ليس بالأمر السهل. فليس بالضرورة البلاستيك المصنوع من الذرة أو قصب السكر أو المواد النباتية الأخرى لديه القدرة على التحلل، والحصول على التحلل يحدث عندما تريد أن يكون صعبًا.
كما قال Hillmyer "لاتريد أن تتحلل حقيبتك البلاستيكية آثناء استخدامها" "من ناحية أخرى، تريدها أن تتحلل بسرعة عند وضعها في بيئة أخرى".
في حين واجه الكيميائيون صعوبة في إعادة تشكيل البلاستيك القائم على البترول لإمكانية تحلله، هناك عدد من البدائل الحيوية المستجدة القابلة للتحلل. وعلى الرغم من هذه النجاحات، والنجاحات الحديثة الأخرى، يظل البلاستيك الحيوي جزءًا صغيرًا من الصناعة ككل.
Natureworks هي شركة مقرها في مينيتونكا- مينيسوتا، هي واحدة من رواد صناعة البلاستيك الحيوي في العالم. تقوم الشركة بتصنيع حامض بولي لاكتيك أو PLA. وهو بلاستيك قابل للتحلل الحيوي، مصدره نشا الذرة، ويصنع منه مجموعة واسعة من المنتجات الاستهلاكية، تشمل أدوات المائدة ذات الاستخدام الواحد والأكواب والتعبئة والتغليف التي تتحلل في نهاية عمرها الإنتاجي.
الزجاجة النباتية
وقد أتى على الإنترنت مرفق الإنتاج الأول للشركة في بلير، نبراسكا في عام 2002 ويمكنه إنتاج 150 ألف طن من PLA سنويا. وأعلنت الشركة مؤخراً عن خطط لفتح مصنع ثانٍ في جنوب شرق آسيا يستخدم قصب السكر كمصدر خام. وهناك شركة رائدة أخرى في مجال البلاستيك الحيوي هي شركة كوكا كولا، التي أطلقت في عام 2009 الزجاجة النباتية، وهي زجاجة للشرب مصنوعة من البولي إيثيلين تيريفثاليت - PET - تحتوي على ما يصل إلى 30 بالمائة من المواد الحيوية.
هذه الزجاجات غير قابلة للتحلل ولكن على عكس معظم المواد البلاستيكية الحيوية، يمكن إعادة تدويرها مع PET تقليدي، وهو بلاستيك يُعاد تدويره بشكل شائع. منذ عام 2009، أنتجت الشركة 35 مليار من الزجاجات النباتية الأصلية. في يونيو، كما أطلقت الشركة نسخة جديدة مصنوعة من المواد الحيوية بنسبة 100 ٪.
وعلى الرغم من هذه النجاحات والنجاحات الحديثة الأخرى، فإن البلاستيك الحيوي يظل جزءًا صغيرًا من الصناعة ككل. فالمواد مناسبة تمامًا للمنتجات ذات الاستخدام الفردي مثل الملاعق والزجاجات كما أن المستهلكون مستعدين لدفع علاوة لمنتجات أكثر استدامة.
إن المتانة العالية والتطبيقات الأقل وضوحًا -على سبيل المثال، مازالت أنابيب المياه المصنوعة من PVC والتي تستخدم عادة في السباكة السكنية والتجارية- مصنوعة بالكامل من البلاستيك التقليدي. في المجموع، أقل من 0.5 في المئة من جميع أنواع البلاستيك يأتي من مصادر غير نفطية، وذلك وفقاً لجمعية صناعة البلاستيك، وهي مجموعة تجارية صناعية مقرها في العاصمة واشنطن.
لكن التنظيم الحكومي يؤدي إلى زيادة استخدام البلاستيك الحيوي. في عام 2014، حيث حظرت إلينوي الميكروبيدات، والكشط البلاستيكي الصغير المستخدم عادة في تقشير الوجه والشامبو ومعجون الأسنان، بسبب المخاوف من التدهور البيئي في منطقة البحيرات الكبرى. تكون الميكروبيدات صغيرة للغاية بحيث لا يمكن ترشيحها بواسطة أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي في قطر أقل من 1مللى متر، وقد تم العثور عليها في كل من المياه العذبة والبيئة البحرية.
مع فرض حظر فيدرالي على الميكروبيدات المتوقعة، تعاقدت شركة ميتابوليكس مع هانيويل في مارس لإيجاد بديل قابل للتحلل للميكروبيدات. الميكروبيدات المطورة من قبل الشركتين مصنوعة من polyhydroxyalkanoates، أو PHA وهو بلاستيك حيوي أكثر تكلفة ولكن أيضًا أكثر تنوعًا من PLA. الميكروبيدات التي تنتجها الشركتين بواسطة تخمير نشا الذرة، على الرغم من أنها يمكن أيضًا أن تكون مصنوعة من المحاصيل غير الغذائية مثل switchgrass.
وقالت بيبوليس: "إن ميكروبيدات PHA ستتحلل إلى ثاني أكسيد الكربون والماء في غضون أشهر بنفس معدل السليولوز أو الورق".
حول الجوانب السلبية للموضوع
بينما نزيد من اعتمادنا على المواد البلاستيكية التي يتم الحصول عليها من محاصيل مثل الذرة أو قصب السكر، يمكننا دون قصد أن نقدم شواغل بيئية جديدة. وأشارت دراسة حديثة في مجلة "أنظف الإنتاج" إلى أن البلاستيك الحيوي الذي يتم إنتاجه من المواد الأولية الزراعية يستخدم كميات كبيرة من المياه والمبيدات الحشرية والأسمدة التي يمكن أن تسبب تلوث الهواء والماء وتتنافس على الأراضي المزروعة بالمحاصيل الغذائية.
وهناك طريقة واحدة للالتفاف حول الجوانب السلبية للمواد البلاستيكية المصنوعة من النبات مثل تقليل الاعتماد على البترول عن طريق استخدام co2. وتقوم شركة Novomer، وهي شركة ابتعدت عن الأبحاث في جامعة كورنيل في إيثاكا، نيويورك، بتحويل مخلفات ثاني أكسيد الكربون من مصانع إنتاج الإيثانول إلى بلاستيك، وتصنيع البوليولات - البوليمرات المستخدمة في صنع الرغاوي المرنة الموجودة في المراتب ووسائد المقعد والعزل، بالإضافة إلى مجموعة من الطلاءات والمواد المانعة للتسرب.
وقال بيتر شيبارد، نائب الرئيس التنفيذي للبوليمرات في نوفومير: "إذا كانت المرتبة خاصتك مصنوعة من موادنا، فسيكون ما يقرب من 22٪ من وزنها ثاني أكسيد الكربون". "يحتاج الأمر إلى غاز من الغازات الدفيئة الذي يعتبر كمادة مخلفات ويتم تحويله إلى منتج ذي قيمة".
عادة يكون ثاني أكسيد الكربون خاملًا جدًا للتفاعل مع المركبات الأخرى، مما يجعل استخدامه في البلاستيك أو تطبيقات أخرى أمرًا صعبًا. لذا قام جيفري كوتس، أستاذ الكيمياء في جامعة كورنيل في إيثاكا وأحد مؤسسي شركة نوفومير، بتطوير محفز زاد من تفاعل ثاني أكسيد الكربون في الوقت نفسه مما أدى إلى تباطؤ تفاعلية عنصر بوليول رئيسي آخر - مما يسهّل دمج ثاني أكسيد الكربون في البوليمر الناتج .
وقال كواتس، وهو أيضًا عضو في مركز البوليمرات المستدامة: "إن الأمر يشبه إن كان لديك أطفال وأنت تعطيهم البيتزا والبروكلي، وأنت تخبرهم في كل مرة تتناول فيها قطعة من البيتزا، يجب أن تأخذ قطعة من البروكلي".
فأكبر تحد للبلاستيك الحيوي هو أنها تُنافس المواد البلاستيكية التقليدية، بشكل لا يصدق
وقال شيهر: "إن المواد الرخيصة التي تم شحذها خلال السنوات الستين الماضية. البوليولات المصنوعة من قبل Novomer قابلة للتحلل ولكنها تفقد قابليتها للتحلل عند دمجها مع المواد الكيميائية التي أساسها النفط لصنع الرغوة".
على الرغم من أن الشركة تركز حاليًا على صنع الرغوات والمواد المانعة للتسرب، قال شيبرد: "إن البوليمرات في Novomer التي أساسها CO2 يمكن استخدامها لتصنيع البلاستيك القابل للتحلل بمحتوى ثاني أكسيد الكربون بنسبة تصل إلى 50٪".
التحدي الأكبر
على الرغم من زيادة انتشار البلاستيكات الحيوية بقوة، إلا أنها لم ترتقي لإمكانياتها.
ووفقًا لفريدريك شير، المدير التنفيذي السابق لشركة سيريبلاست، والتي كانت من أهم الشركات الرائدة في صناعة البلاستيك الحيوي، قبل أن تعلن إفلاسها في عام 2014"لم تستطع صناعة البلاستيكات الحيوية أن تصنع بوليمرات جذابة من حيث السعر والخصائص والتي ستجعل العالم مُستعد للتغيير "أكبر تحدي يواجه البلاستيك الحيوي هو أنه ينافس البلاستيك الحيوي، والذي يمتاز برخص سعره والتي استحوذت على العالم منذ ستين عامًا".
كما أضاف السيد فريدريك "يدرك الناس إلى حد ما التأثير البيئي للمواد الزيتية التي لن تتحلل بيئيًا، ولكنهم غير مستعدين لإنفاق دولار واحد لاكتشاف أنواع جديدة من المواد".
وازدادت حدة المنافسة مع البلاستيك البترولي خلال العام الماضي لانخفاض سعر النفط إلى النصف. كما أضاف السيد شير "لنكون على قدر المنافسة مع المواد الزيتية التقليدية، نحتاج إلى أن يكون سعر النفط مابين 130 إلى 140 للبرميل، وبالطبع فأن يكون سعر البرميل 50 دولار فذلك يبعدنا عن المنافسة".
واستكمل حديثه قائلًا: "إنه يمكن أن نجعل كل البلاستيك الموجود في العالم بلاستيك من مصادر لا بترولية، ولكن يتطلب ذلك دعم هائل من الحكومة. وسيكون الأمر محكوم بقوانين تُجبر زيادة أسعار النفط والبلاستيك عن سعرها في الوقت الحالي".
منافسو البولي إيثلين
إذا انتشر البلاستيك المستدام والذي يقلل اعتمادنا على الوقود الحيوي والذي يتحلل بعد الاستفادة منه، فعليه أن يكون بديل ليس فقط للميكروبيدات والرغاوي وبعض التطبيقات الأخرى ولكن للبلاستيكات الحيوية أيضًا لنتنتج بوليمرات منخفضة السعر وقابلة لإعادة التشكيل، والتي تشتمل على أكثر من 80% مئات ملايين الأطنان من البلاستيك المُنتج كل عام".
تعمل شركة كوتيس على بوليمر حيوي جديد بخصائص تقارن البولي إيثلين أو أفضل منه، واعتاد البلاستيك الحراري الأكثر انتاجًا في العالم عمل كل شيء بداية من أكياس القمامة إلى زجاجات الماء والألعاب البلاستيكية. حتى إن طبقة رقيقة من البولي إيثلين تمتاز بقوة مذهلة تدخل في صناعة ظروف البريد والتي لا يمكن فتحها إلا باستخدام مقص. ودوارق اللبن والتي لا تنكسر عند وقوعها على الأرض. "يرجع ذلك إلى أنها مواد متبلورة جزئيأ" كما تذكر شركة كوتس "تتحد سلاسل البوليمر بجانب بعضها البعض بتلاحم شديد ومحدد لتعطي في الآخر خصائص مميزة".
في دراسة نُشرت عام 2014 في جريدة "ذا أمريكان كميكال سوسايتي"
وصفت شركة كورتيس وعلماء من جامعة كورنيل أن مادة جديدة تتميز بتركيب كريستالي جزئي مُصنعة من المادة الخام للسكر، ولديها خصائص مشابهه لخصائص البولي إيثلين، ولكن قابليتها للانحلال في نهاية استخدامها أفضل.
ويقول السيد هيلمر "هذا لا يحدث بين عشية وضحاها، ولكن يوجد بعض التوكيدات الإيجابية التي تمكنها من أن تصبح منافس حقيقي لبلاستيك البولي إيثلين".
لم تختبر المادة الجديدة بعد والمعروفة باسم البولي بروبين ساكسينات، لنرى مدى تحللها في مكب النفايات أو في البيئة البحرية. ولكن بناءً على مكوناتها، يجب أن تتحلل في الماء بعد عدة أشهر، وتلك هي الفترة التي يكون فيها المنتج صالح للاستخدام، وذلك طبقًا لما ذكرته شركة كوتيس. يتحلل البولي بروبين ساكسينات إلى البروبيلين جليكول وحمض الساكسينيك وبعض الواد غير السامة التي تتحلل إلى ثاني أكسيد الكربون وماء عندما تهضمها الميكروبات.
يذكر كوتيس "إذا كان عليك أن تأكل منتجات منتجات البوليمر المُكسرة، فتلك المنتجات هي التي عليك أن تختارها".
من غير المحتمل أن تكون تكلفة البولي بروبين ساكسينات أقل من تكلفة بلاستيك البولي إيثلين التقليدي، ولكن تركيبه الكريستالي الشكل يمكنه من أن يؤدي أفضل من منافسه بترولي التركيب. وإن حدث ذلك، فإن مصنعي البلاستيك الحيوي في يوم من الأيام قد يتمكنون من المنافسة مع صناعة البلاستيك الحالية بصنع أشياء مثل قارورات الألبان بمواد أقل بكثير من البلاستيك البترولي الصُنع.
التحديات الشاقة
وبنظرة سريعة على القوانين الحكومية التي تفرض سعر على الكربون أو تفرض أن يكون البلاستيك قابل للإنحلال، فإن البلاستيكات الحيوية عليها أن تجد طرق لتنافس بها البلاستيك التقليدي إذا لم يقتصر دورها فقط على التطبيقات المتخصصة. إنه تحدي قوي، فالمنتجات كانت فقط منتجات متخصصة، أما الألواح الشمسية فهي في انتشار متزايد.
في عام 2007، أنتجت لنا الطاقة الشمسية أقل من 0.1 % من الكهرباء في الولايات المتحدة. وبفضل الإبداع والابتكار، انخفض سعر النماذج الفوتوفولطية من 4 دولار للوات إلى خمسين سنت للوات. مما يجعل من الطاقة الشمسية أكثر طاقة مولدة للكهرباء في البلاد.
والسؤال .. هل من الممكن على من يعمل على البلاستيكات الحيوية أن يرى نتائج مشابهة؟ في نهاية الأمر، لن يقتصر الأمر على مدى تحلل المنتجات، بل على قدرتها على منافسة البلاستيك التقليدي.
الرابط مصدر المقال
