مواد بلاستيكية قابلة للتحلل مصنوعة من الطحالب أمل جديد للبيئة.. أقوى وأكثر صلابة 10 مرات

البلاستيك في كل مكان، يتم استخدامها في صناعة تغليف المواد الغذائية والأكياس وزجاجات المياه والعديد من التطبيقات الشائعة الأخرى، عندما تتحلل، تنتهي جزيئاتها الصغيرة – المعروفة باسم البلاستيك الدقيق- في المحيط على قمم الجبال العليا، في رئتينا وفي دمائنا.

تكمن مشكلة البلاستيك في بقاءه في البيئة لسنوات، مما يشكل مخاطر على الإنسان والحيوان والبيئة، ولكن ماذا لو كان هناك نوع مختلف من البلاستيك يمكن أن يتحلل بيولوجيًا في صندوق السماد في الفناء الخلفي الخاص بك بأسرع ما يمكن مثل قشر الموز؟

توصل مجموعة من الباحثين بقيادة علماء في جامعة واشنطن إلى مواد بلاستيكية حيوية جديدة تتحلل بشكل طبيعي وسريع نسبيًا- على عكس البلاستيك التقليدي، الذي لا يتحلل بيولوجيًا، أو أنواع أخرى من البلاستيك الحيوي، والتي تحتاج إلى المعالجة في المنشآت التجارية من أجل للتحلل الحيوي – وهي مصنوعة من خلايا البكتيريا الزرقاء والخضراء المعروفة باسم سبيرولينا .

قالت إليفثريا روميلي ، كبيرة مؤلفي الدراسة ، وهي أستاذة مساعدة في علوم وهندسة المواد ، في بيان صحفي من جامعة واشنطن، “البلاستيك الحيوي الذي طورناه ، باستخدام سبيرولينا فقط، ليس له مظهر تحلل مشابه للعضوية فقط النفايات ، ولكنها أيضًا أقوى وأكثر صلابة في المتوسط 10 مرات من اللدائن الحيوية سبيرولينا التي تم الإبلاغ عنها سابقًا. تفتح هذه الخصائص إمكانيات جديدة للتطبيق العملي للبلاستيك القائم على سبيرولينا في مختلف الصناعات ، بما في ذلك تغليف المواد الغذائية التي تستخدم لمرة واحدة أو المواد البلاستيكية المنزلية ، مثل الزجاجات أو الصواني “.

تشكيل مسحوق سبيرولينا

بالنسبة للدراسة، قام الباحثون بتشكيل مسحوق سبيرولينا في العديد من الأشكال باستخدام الحرارة والضغط، وهي نفس طريقة معالجة البلاستيك التقليدي وصنعه، تشبه الخواص الميكانيكية لدائن سبيرولينا اللدائن أحادية الاستخدام المشتقة من البترول.

نُشرت الدراسة، “تصنيع مواد بلاستيكية حيوية قوية وصلبة من خلايا سبيرولينا الكاملة” في مجلة Advanced Functional Materials .

اختار العلماء سبيرولينا للبلاستيك الحيوي لأنها تستخدم بالفعل في مستحضرات التجميل والأطعمة، ويمكن زراعتها على نطاق واسع.

أثناء نموها، تقوم خلايا سبيرولينا أيضًا باحتجاز ثاني أكسيد الكربون، مما يعني أن سبيرولينا كمادة خام للبلاستيك ليست محايدة من الكربون فحسب، بل من المحتمل أن تكون سالبة الكربون.

قال المؤلف الرئيسي للدراسة هريش آير، طالب دكتوراه في علوم وهندسة المواد في جامعة واشنطن، في بيان صحفي:

“تتمتع سبيرولينا أيضًا بخصائص فريدة مقاومة للحريق”، “عند تعرضه للحريق ، فإنه يطفئ ذاتيًا على الفور، على عكس العديد من المواد البلاستيكية التقليدية التي إما تحترق أو تذوب.

تجعل هذه الخاصية المقاومة للحريق المواد البلاستيكية القائمة على السبيرولينا مفيدة للتطبيقات التي قد لا تكون فيها المواد البلاستيكية التقليدية مناسبة، بسبب قابليتها للاشتعال، يمكن أن يكون أحد الأمثلة على ذلك هو الرفوف البلاستيكية في مراكز البيانات لأن الأنظمة المستخدمة للحفاظ على برودة الخوادم يمكن أن تصبح شديدة السخونة “.

نظرًا لأن فريق البحث استخدم نهج معالجة مشابهًا للبلاستيك التقليدي مع البلاستيك الحيوي، فإن التصنيع على نطاق واسع للمواد القائمة على سبيرولينا سيكون أسهل.

قال روميلي: “هذا يعني أننا لن نضطر إلى إعادة تصميم خطوط التصنيع من الصفر إذا أردنا استخدام موادنا على المستويات الصناعية”.

“لقد أزلنا أحد الحواجز المشتركة بين المختبر والتوسع لتلبية الطلب الصناعي. على سبيل المثال، يتم تصنيع العديد من اللدائن الحيوية من جزيئات يتم استخلاصها من الكتلة الحيوية ، مثل الأعشاب البحرية، ويتم خلطها بمعدلات الأداء قبل صبها في الأفلام. تتطلب هذه العملية أن تكون المواد في شكل محلول قبل الصب، وهذا غير قابل للتطوير. ”

أكثر صلابة وأقوى

لقد تم صنع البلاستيك الحيوي من سبيرولينا من قبل، لكن البلاستيك الحيوي الذي توصل إليه فريق البحث بقيادة جامعة ويسكونسن أصبح أكثر صلابة وأقوى، كما أنها قابلة لإعادة التدوير.

قام الباحثون بتغيير ظروف المعالجة مثل الوقت والضغط ودرجة الحرارة لتحسين الترابط والبنية الدقيقة داخل البلاستيك الحيوي، ودراسة صلابة وصلابة وقوة على طول الطريق.

العقبات

لا يزال البلاستيك يواجه بعض العقبات قبل أن يصبح جاهزًا للاستخدام الصناعي، مثل كونه حساسًا للماء وهشًا إلى حد ما.
قال إيير في بيان صحفي: “لا تريد أن تمطر هذه المواد”.

لا يزال الباحثون يدرسون المبادئ الأساسية للبلاستيك الحيوي، ويأملون في إنشاء مجموعة متنوعة من البلاستيك الحيوي لاستخدامات مختلفة، على غرار البلاستيك القائم على البترول.

إعادة التدوير الميكانيكي

قال روميلي: “التحلل البيولوجي ليس سيناريو نهاية الحياة المفضل لدينا”، “البلاستيك الحيوي سبيرولينا لدينا قابل لإعادة التدوير من خلال إعادة التدوير الميكانيكي، وهو سهل الوصول إليه للغاية، لا يقوم الناس في كثير من الأحيان بإعادة تدوير المواد البلاستيكية، لذا فهي ميزة إضافية تتمثل في أن البلاستيك الحيوي لدينا يتحلل بسرعة في البيئة”.