باستخدام أشعة الشمس.. علماء يحولون البلاستيك لمواد كيميائية مفيدة

 
في دراسة علمية نشرتها دورية "أدفانسد ساينس" في عددها الصادر يوم 18 ديسمبر/كانون الأول 2019 تضمنت نتائج تجربة معملية قام بها الباحثون في جامعة نانيانغ التكنولوجية في سنغافورة، تمكن فيها فريق من الباحثين الكيميائيين من اكتشاف طريقة لتحويل نفايات البلاستيك إلى مواد كيميائية قيمة ومفيدة وذلك باستخدام ضوء الشمس.

 

تعتبر هذه المعالجة الكيميائية الجديدة هي أول عملية يمكنها تحطيم البلاستيك غير القابل للتحلل بشكل كامل باستخدام الضوء المرئي ومحفز لا يحتوي على معادن ثقيلة.

 

والمحفز (catalyst) هو المادة الكيميائية التي تضاف بكميات قليلة للتفاعل الكيميائي في عملية التحفيز بهدف تسريع التفاعل في المحلول الكيميائي المراد تحليله دون أن تتغير خواص المواد الكيميائية.

 
ومن المعروف أن معظم المواد البلاستيكية غير قابلة للتحلل لأنها تحتوي على روابط كيميائية خاملة غير عادية تسمى روابط الكربون، لا يمكن تحطيمها بسهولة دون استخدام درجات حرارة عالية. 

ووفقا للبيان الصادر يوم 11 ديسمبر/كانون الأول الجاري من جامعة نانيانغ التكنولوجية، فقد استخدم الفريق العلمي برئاسة البروفيسور سو هان سين الفاناديوم (vanadium) محفزا في هذه العملية الكيميائية الهادفة إلى تحطيم البلاستيك غير القابل للتحلل بشكل كامل باستخدام الضوء المرئي، والفاناديوم المعدني متوافق حيويا ويستخدم عادة في سبائك الصلب لصناعة المركبات وسبائك الألومنيوم لصناعة الطائرات.

 

قام فريق البحث بخلط المواد البلاستيكية مع المحفز في مذيب، بما يسمح للتحليل بواسطة الطاقة الضوئية وتحويل البلاستيك المذاب إلى حمض الفورميك، وهي مادة كيميائية تستخدم في خلايا الوقود لإنتاج الكهرباء.

 

تم إجراء هذه التجربة في المختبر من خلال إذابة العينات البلاستيكية أولا بالتسخين إلى 85 درجة مئوية في مذيب، قبل أن يذوب المحفز الذي يكون على شكل مسحوق.

وعندما تمت إذابة المحفز في المحلول الذي يحتوي على مادة بلاستيكية غير قابلة للتحلل مثل البولي إيثيلين وتعرض لأشعة الشمس الاصطناعية، انهارت روابط الكربون في البلاستيك في ستة أيام.

لقد حولت هذه العملية مادة البولي إيثيلين إلى حمض الفورميك، وهي مادة حافظة ومضادة للجراثيم تحدث بشكل طبيعي، ويمكن استخدامها أيضا لتوليد الطاقة بواسطة محطات الطاقة وفي مركبات خلايا الوقود الهيدروجينية.

 

بناء على نجاح هذه التجربة المعملية، فإن استخدام الفاناديوم كمحفز ضوئي لتحفيز التفاعل الكيميائي عمل على تمكين التفاعلات الكيميائية من خلال أشعة الشمس، على عكس معظم التفاعلات التي تتم في الصناعة والتي تتطلب حرارة، وعادة ما يتم توليدها من خلال حرق الوقود الأحفوري.

 

هذا بالإضافة إلى كون المحفز الضوئي الجديد منخفض التكلفة ومتوفر وصديق للبيئة، على عكس المحفزات الشائعة المصنوعة من معادن باهظة الثمن أو سامة مثل البلاتين أو البلاديوم أو الروثينيوم.

 

وفي هذا الصدد قال البروفيسور سو هان سين "نحن نهدف إلى تطوير أساليب مستدامة وفعالة من حيث التكلفة لتسخير أشعة الشمس لتصنيع الوقود والمنتجات الكيميائية الأخرى".