في سعيه إلى مستقبل أكثر استدامة، يعمل المجتمع العلمي بلا كلل على إيجاد حلول مبتكرة لمواجهة أزمة البلاستيك. والآن، يمهد تطور مثير الطريق نحو شكل مختلف من البلاستيك الصديق للمحيطات والذي يعزز الاستدامة البيئية.
ويأتي الفريق الذي يقف وراء هذا الابتكار الجديد من مركز RIKEN المرموق لعلوم المواد الناشئة، بقيادة تاكوزو أيدا.
وتقدم الدراسة، التي نشرت في مجلة ” ساينس “، نوعًا جديدًا من البلاستيك قويًا وقابلًا للتحلل البيولوجي مع خاصية فريدة – فهو يتحلل في مياه البحر.
وهذا يعني أن البلاستيك لن يساهم في تفاقم مشكلة تلوث المواد البلاستيكية الدقيقة.
التغلب على مشكلة البلاستيك
ومن الغريب أن متانة البلاستيك هي الميزة الأكثر مرغوبية فيه، ولكنها أيضًا تتسبب في أهم مشاكله البيئية.
تظل المواد البلاستيكية موجودة في البيئة لقرون من الزمان، مما يسبب دمارًا كبيرًا للنظم البيئية، وخاصة في المحيطات. وتتفتت المواد البلاستيكية التقليدية، التي لا تتحلل بيولوجيًا، تدريجيًا وتساهم بشكل كبير في إلحاق الضرر بالبيئة.
إن نظيراتها الحالية القابلة للتحلل البيولوجي مثل حمض البوليلكتيك ( PLA )، على الرغم من كونها خطوة إلى الأمام، تظل غير قابلة للذوبان في الماء، وتفشل في التحلل في المحيط.
النتيجة هي تراكم المواد البلاستيكية الدقيقة الضارة في محيطاتنا، والتي تهدد الحياة المائية وتتسلل إلى سلاسلنا الغذائية.
وبعد إدراك هذه التحديات، قرر أيدا وفريقه خوض غمار عالم البلاستيك الفائق الجزيئات، وقد وفرت هذه البوليمرات ، التي ترتبط هياكلها ببعضها البعض من خلال تفاعلات عكسية، مجالاً جديداً للاستكشاف.
من خلال الجمع بين اثنين من الجزيئات الأيونية، أنشأ الباحثون نوعًا جديدًا من البلاستيك يتميز بالقوة والمرونة.
مادة بلاستيكية جديدة في المحيط
استخدمت الاختبارات الأولية هيكساميتافوسفات الصوديوم، وهو مضاف غذائي شائع، ومكونات مختلفة تعتمد على أيونات الجوانيدينيوم.
وبما أن كلا من المونومرين يمكن استقلابهما بواسطة البكتيريا، فإن البلاستيك يتحلل بيولوجيًا بمجرد إذابته في مكوناته.
ووجد الفريق أن مفتاح استقرار هذه المواد البلاستيكية يكمن في استخدام جسور ملحية مترابطة، فالروابط في المواد البلاستيكية ليست ضعيفة بل قوية ومستقرة.
كان الاكتشاف الحاسم هو إنشاء روابط متقاطعة لا يمكن عكسها – ما لم تتعرض للشوارد مثل تلك الموجودة في مياه البحر.
إنشاء بلاستيك جديد
وبعد خلط المونومرين في الماء، لاحظ الفريق وجود سائلين منفصلين، كان أحدهما سميكًا ولزجًا، ويحتوي على الجسور الملحية المترابطة الضرورية، بينما كان الآخر مائيًا مع أيونات الملح.
أصبحت عملية إزالة الأملاح خطوة بالغة الأهمية، لأنه بدونها كانت المادة الناتجة عبارة عن بلورة هشة غير صالحة للاستخدام كالبلاستيك.
تتمتع هذه المواد البلاستيكية بمجموعة من الخصائص المرغوبة مثل عدم السمية وعدم الاشتعال والقدرة على إعادة التشكيل عند درجات حرارة أعلى من 120 درجة مئوية، على غرار المواد البلاستيكية الحرارية الأخرى.
أنتجت أنواع مختلفة من كبريتات الغوانيدينيوم بلاستيكًا بدرجات متفاوتة من الصلابة وقوة الشد، مماثلة أو حتى متفوقة على البلاستيك التقليدي.
تشير تنوعات البلاستيك إلى أنه من الممكن تخصيصه حسب الحاجة.
مستقبل البلاستيك الصديق للمحيطات
كما اختبر الباحثون قابلية البلاستيك الجديد لإعادة التدوير والتحلل البيولوجي، ومن المدهش أنهم تمكنوا من استعادة 91% من هيكساميتافوسفات و82% من الجوانيدينيوم بعد إذابة البلاستيك في الماء المالح.
وكشفت اختبارات التربة عن تحلل كامل للبلاستيك الجديد على مدى عشرة أيام، حتى أنه أثبت فائدته من خلال تزويد التربة بالفوسفور والنيتروجين، وهو ما يشبه تأثير الأسمدة.
وقالت عايدة: “بفضل هذه المادة الجديدة، أنشأنا عائلة جديدة من البلاستيك القوي والمستقر والقابل لإعادة التدوير، ويمكن أن تؤدي وظائف متعددة، والأهم من ذلك أنها لا تنتج جزيئات بلاستيكية دقيقة”.
يجسد هذا الابتكار القوي إمكانيات الجمع بين العلم والإبداع والالتزام بالاستدامة. وبفضل هذه المواد البلاستيكية الصديقة للمحيطات، نقترب خطوة واحدة من عالم أكثر نظافة وصحة واستدامة.
من المختبر إلى العالم الحقيقي
ورغم أن هذا الاختراق الذي حققه مركز RIKEN لعلوم المواد الناشئة يعد أمراً مثيراً، فإن نقله من المختبر إلى الاستخدام في العالم الحقيقي ليس بالمهمة السهلة.
سيتطلب توسيع نطاق الإنتاج ضبط عملية التصنيع لضمان فعاليتها من حيث التكلفة وإمكانية تطبيقها على نطاق واسع.
إن إحدى العقبات الحرجة تتمثل في كيفية تحسين خطوة إزالة الأملاح، والتي تلعب دورًا حيويًا في خلق الخصائص الفريدة للبلاستيك، دون زيادة تكاليف الإنتاج. هذا الابتكار هو خطوة صغيرة ولكنها مهمة نحو معالجة مشكلة البلاستيك الهائلة .
إنه يقدم لمحة عما هو ممكن عندما يجتمع العلم المتطور والمسؤولية البيئية معًا.
ورغم استمرار التحديات، فإن هذه المادة البلاستيكية الجديدة قد تمهد الطريق لعالم محيطات أكثر نظافة وصحة.
