كيف يمكن أن يساعد البلاستيك بشكل مدهش في مكافحة تغير المناخ

ما الذي تشترك فيه سيارتك وهاتفك وزجاجة الصودا والأحذية؟ كلها مصنوعة بشكل كبير من البترول. تتم معالجة هذا المورد غير المتجدد في مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية تسمى البوليمرات - أو أكثر شيوعًا ، البلاستيك. يتم تحويل أكثر من 5 مليارات غالون من النفط كل عام إلى البلاستيك وحده.

تعد البوليمرات وراء العديد من الاختراعات المهمة في العقود القليلة الماضية ، مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد. ما يسمى "اللدائن الهندسية" ، المستخدمة في التطبيقات التي تتراوح من السيارات إلى البناء إلى الأثاث ، لها خصائص فائقة ويمكن أن تساعد في حل المشاكل البيئية. على سبيل المثال ، بفضل المركبات الهندسية البلاستيكية ، أصبحت السيارات الآن أخف وزناً ، بحيث تحصل على مسافة أفضل من الوقود. ولكن مع ارتفاع عدد الاستخدامات ، يرتفع الطلب على البلاستيك. العالم ينتج بالفعل أكثر من 300 مليون طن من البلاستيك كل عام. يمكن أن يكون الرقم ستة أضعاف ذلك بحلول عام 2050.

إن المواد البلاستيكية البترولية ليست كلها سيئة للغاية ، لكنها فرصة ضائعة. لحسن الحظ ، هناك بديل. يمكن أن يؤدي التحول من البوليمرات القائمة على النفط إلى البوليمرات ذات الأساس البيولوجي إلى تقليل انبعاثات الكربون بمئات الملايين من الأطنان كل عام. البوليمرات ذات الأساس الحيوي ليست فقط قابلة للتجديد وصديقة للبيئة لإنتاجها ، ولكن يمكن أن يكون لها في الواقع تأثير مفيد على تغير المناخ من خلال العمل كبالوعة للكربون. ولكن ليس كل البوليمرات الحيوية يتم إنشاؤها على قدم المساواة.

البوليمرات الحيوية القابلة للتحلل

قد تكون واجهت "البلاستيك الحيوي" من قبل ، كأدوات يمكن التخلص منها على وجه الخصوص - فهذه المواد البلاستيكية مشتقة من النباتات بدلاً من الزيت. يتم تصنيع هذه البوليمرات الحيوية عن طريق تغذية السكريات ، غالبًا من قصب السكر أو بنجر السكر أو الذرة إلى الكائنات الحية الدقيقة التي تنتج جزيئات السلائف التي يمكن تنقيتها وربطها كيميائيًا معًا لتشكيل بوليميرات ذات خصائص مختلفة.

تعتبر المواد البلاستيكية المشتقة من النباتات أفضل للبيئة لسببين. أولاً ، هناك انخفاض كبير في الطاقة اللازمة لتصنيع البلاستيك القائم على النباتات بنسبة تصل إلى 80 في المائة. على الرغم من أن كل طن من البلاستيك المشتق من البترول يولد ما بين 2 إلى 3 أطنان من ثاني أكسيد الكربون ، يمكن تخفيض هذا إلى حوالي 0.5 طن من ثاني أكسيد الكربون لكل طن من البوليمر الحيوي ، وتتحسن العمليات فقط.

ثانياً ، يمكن أن تتحلل المواد البلاستيكية ذات الأساس النباتي ، بحيث لا تتراكم في مدافن النفايات.

على الرغم من أنه من الجيد بالنسبة للمستهلكات مثل الشوك الحيوي أن تتحلل بشكل حيوي ، إلا أنه في بعض الأحيان يكون عمر أطول مهمًا - ربما لن ترغب في أن تتحول لوحة القيادة في سيارتك ببطء إلى كومة من الفطر بمرور الوقت. تتطلب العديد من التطبيقات الأخرى نفس النوع من المرونة ، مثل مواد البناء والأجهزة الطبية والأجهزة المنزلية. البوليمرات الحيوية القابلة للتحلل الحيوي هي أيضا غير قابلة لإعادة التدوير ، وهذا يعني المزيد من النباتات تحتاج إلى زراعة ومعالجة باستمرار لتلبية الطلب.

البوليمرات الحيوية كتخزين الكربون

البلاستيك ، بغض النظر عن المصدر ، مصنوع بشكل أساسي من الكربون - حوالي 80٪ من الوزن. في حين أن المواد البلاستيكية المشتقة من النفط لا تطلق ثاني أكسيد الكربون بنفس الطريقة التي يحدث بها حرق الوقود الأحفوري ، فإنها لا تساعد أيضًا في عزل أي من فائض هذا الملوث الغازي - حيث يتم تحويل الكربون من الزيت السائل إلى مواد بلاستيكية صلبة.

من ناحية أخرى ، تستمد البوليمرات الحيوية من النباتات التي تستخدم التمثيل الضوئي لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء وضوء الشمس إلى سكريات. عندما يتم تحويل جزيئات السكر هذه إلى بوليمرات حيوية ، يتم غلق الكربون فعليًا بعيدًا عن الغلاف الجوي - طالما لم يتم تحللها أو حرقها. حتى إذا انتهى الأمر بالبوليمرات الحيوية في مكب النفايات ، فإنها ستظل تؤدي دور تخزين الكربون هذا.

تبلغ نسبة ثاني أكسيد الكربون في الكربون نحو 28 في المائة فقط من حيث الوزن ، لذلك تشتمل البوليمرات على خزان ضخم لتخزين غازات الدفيئة هذه. إذا كان العرض السنوي العالمي الحالي البالغ حوالي 300 مليون طن من البوليمرات غير قابل للتحلل البيولوجي وقائمًا على أساس حيوي ، فسيعادل ذلك جيجاتون - مليار طن - من ثاني أكسيد الكربون المحتجز ، حوالي 2.8 بالمائة من الانبعاثات العالمية الحالية. في تقرير حديث ، حددت الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ التقاط الكربون وتخزينه وإعادة استخدامه باعتباره استراتيجية رئيسية للتخفيف من تغير المناخ ؛ يمكن أن تقدم البوليمرات ذات الأساس الحيوي مساهمة رئيسية ، تصل إلى 20 في المائة من إزالة ثاني أكسيد الكربون اللازمة للحد من ظاهرة الاحتباس الحراري إلى 1.5 درجة مئوية.

سوق البوليمرات الحيوي غير القابل للتحلل

تعتمد الاستراتيجيات الحالية لعزل الكربون ، بما في ذلك التخزين الجيولوجي الذي يضخ عادم CO₂ تحت الأرض أو الزراعة المتجددة التي تخزن المزيد من الكربون في التربة ، بشدة على السياسة لدفع النتائج المرجوة.

في حين أن هذه آليات مهمة للتخفيف من تغير المناخ ، فإن عزل الكربون على شكل بوليمرات حيوية لديه القدرة على تسخير محرك مختلف: المال.

كانت المنافسة على أساس السعر وحده تمثل تحديًا للبوليمرات الحيوية ، ولكن النجاحات المبكرة تظهر طريقًا نحو اختراق أكبر. يتمثل أحد الجوانب المثيرة في القدرة على الوصول إلى كيمياء جديدة غير موجودة حاليًا في البوليمرات المشتقة من البترول.

النظر في إعادة التدوير. قليل من البوليمرات التقليدية قابلة لإعادة التدوير حقًا. غالبًا ما يتم تقليل هذه المواد في الواقع ، مما يعني أنها مناسبة فقط للتطبيقات منخفضة القيمة ، مثل مواد البناء. بفضل أدوات الهندسة الوراثية والإنزيمية ، يمكن تصميم خصائص مثل قابلية إعادة التدوير الكاملة - التي تسمح باستخدام المادة مرارًا وتكرارًا لنفس التطبيق - لتصبح بوليمرات حيوية من البداية.

تعتمد البوليمرات الحيوية اليوم إلى حد كبير على منتجات التخمير الطبيعية لأنواع معينة من البكتيريا ، مثل إنتاج Lactobacillus من حامض اللبنيك - وهو المنتج نفسه الذي يوفر درجة الحموضة في البيرة الحامضة. في حين أن هذه تشكل خطوة أولى جيدة ، تشير الأبحاث الناشئة إلى أن التنوع الحقيقي للبوليمرات الحيوية قد تم إطلاقه في السنوات القادمة. بفضل القدرة الحديثة على هندسة البروتينات وتعديل الحمض النووي ، أصبح التصميم المخصص لسلائف البوليمر الحيوي في متناول اليد الآن. مع ذلك ، أصبح عالم البوليمرات الجديدة أمرًا ممكنًا - المواد التي يوجد بها COO اليوم في شكل أكثر فائدة وأكثر قيمة.

لتحقيق هذا الحلم ، يلزم إجراء المزيد من البحوث. في حين أن الأمثلة المبكرة موجودة هنا اليوم - مثل Coca-Cola PlantBottle المستندة إلى جزئيات حيوية - فإن الهندسة الحيوية اللازمة لتحقيق العديد من البوليمرات الحيوية الجديدة الواعدة لا تزال في مرحلة البحث - مثل البديل المتجدد لألياف الكربون التي يمكن استخدامها في كل شيء من الدراجات إلى ريش التوربينات الريحية.

كما أن السياسات الحكومية الداعمة لعزل الكربون ستساعد في دفع التبني. مع وجود هذا النوع من الدعم ، يمكن استخدام البوليمرات الحيوية استخدامًا كبيرًا لتخزين الكربون في أقرب وقت ممكن خلال السنوات الخمس القادمة - وهو جدول زمني مع إمكانية تقديم مساهمة كبيرة للمساعدة في حل أزمة المناخ.

نُشر هذا المقال في الأصل على The Conversation by Joseph Rollin و Jenna E. Gallegos. اقرأ المقال الأصلي هنا.