فهرست مطالب
محققان دانشگاه واترلو از ساخت یک فناوری خورشیدمحور خبر داده‌اند که قادر است پسماندهای پلاستیکی را به اسید استیک (مولفه اصلی سرکه) تبدیل کند.
به گزارش سرویس علمی تکناک، این دستاورد می‌تواند رویکردهای بازیافت پیشرفته را وارد مرحله تازه‌ای کند. این فرایند با اتکا به نور خورشید و یک فتوکاتالیز تک‌اتمی، زنجیره‌های پلیمری را در سطح مولکولی تجزیه می‌کند و مسیری نو برای «بازیافت ارزش‌افزا» فراهم می‌آورد؛ آن هم بدون اینکه دی‌اکسیدکربن اضافی به جو منتشر کند.
هسته این فناوری، یک سامانه فتوکاتالیز آبشاری زیست‌الهام است، که بر پایه اتم‌های منفرد آهن تثبیت‌شده در بستر نیترید کربن طراحی شده است. این ساختار در مواجهه با تابش خورشید، توالی کنترل‌شده‌ای از واکنش‌های شیمیایی را فعال می‌کند که پلیمرهای متداول پلاستیکی را با گزینش‌پذیری بالا به اسید استیک تبدیل می‌سازد.
حتما بخوانید: آلمان از ضایعات کشاورزی پلاستیک تولید می‌کند
در شرایطی که بسیاری از فناوری‌های بازیافت به گرمایش شدید یا انرژی حاصل از سوخت‌های فسیلی وابسته هستند، این روش در محیط آبی و با انرژی خورشیدی عمل می‌کند، که مزیتی کلیدی برای مقابله با بحران ریزپلاستیک‌ها در اکوسیستم‌های آبی محسوب می‌شود. این سامانه روی طیفی از پلاستیک‌های پرمصرف از جمله PVC، PP، PE و PET آزمایش شده و حتی در مواجهه با جریان‌های مختلط پسماند پلاستیکی نیز عملکرد موثر خود را حفظ کرده است.
بازیافت خورشیدمحور؛ گامی به سوی مهار ریزپلاستیک‌ها
انباشت پسماندهای پلاستیکی (به‌ویژه ریزپلاستیک‌ها) در زیست‌بوم‌های دریایی و خشکی به یک چالش جدی زیست‌محیطی تبدیل شده و نگرانی‌های فزاینده‌ای درباره پیامدهای آن برای حیات‌وحش و سلامت انسان ایجاد کرده است. دکتر ییمین وو، استاد مهندسی مکانیک و مکاترونیک و دارنده کرسی در حوزه مواد نوین انرژی و پایداری در دانشگاه واترلو تاکید کرد که هدف این پروژه ارائه راهکاری برای تبدیل مستقیم ریزپلاستیک‌ها به محصولات باارزش از طریق بهره‌گیری از انرژی خورشیدی است. هدایت علمی این طرح بر عهده دانشجوی دکتری وی بوده و حمایت اولیه آن از سوی صندوق مشترک موسسه نانوفناوری واترلو و موسسه آب تامین شده است. این فناوری از سازوکارهای زیستی الهام گرفته است؛ جایی که برخی قارچ‌ها با اتکا به آنزیم‌ها، ترکیبات آلی پیچیده را در مسیرهای واکنشی مرحله‌ای تجزیه می‌کنند. تیم واترلو نیز با طراحی یک مسیر واکنشی آبشاری، پلیمرهای پلاستیکی را به صورت تدریجی به اسید استیک تبدیل کرده است.
بیشتر بخوانید: پژوهشگران پلاستیک قابل تجزیه مبتنی بر شیر را تولید کردند
چگونگی تبدیل پسماندهای پلاستیکی به سرکه
هسته این سامانه را اتم‌های منفرد آهن تشکیل می‌دهد که در یک چارچوب نیترید کربن تثبیت شده‌اند. این آرایش تک‌اتمی، کنترل سینتیکی و بازده واکنش را در حضور نور خورشید افزایش می‌دهد و امکان تولید گزینشی اسید استیک را (به‌جای مجموعه‌ای از محصولات جانبی ناخواسته) فراهم می‌سازد. اسید استیک ماده‌ای راهبردی با کاربردهای گسترده در صنایع غذایی، تولید مواد شیمیایی و سامانه‌های انرژی است. تبدیل پسماند پلاستیکی به چنین ترکیبی، هم‌زمان ارزش‌افزوده اقتصادی ایجاد می‌کند و بار آلودگی محیط زیستی را کاهش می‌دهد.
برای مطالعه بیشتر: تبدیل روغن سوخته پخت‌وپز به پلاستیک‌های قابل بازیافت با استحکام خارق‌العاده
این تیم برای ارزیابی قابلیت تجاری‌سازی، تحلیل فنی-اقتصادی نیز انجام داده است. به گفته روی بروئر، مدیر اجرایی موسسه آب و از نویسندگان همکار، این نوآوری از منظر کسب‌وکار و منافع اجتماعی، چشم‌انداز اقتصادی امیدوارکننده‌ای دارد. وو بر مزیت زیست‌محیطی این رویکرد تاکید کرد، که استفاده از انرژی خورشیدی فراوان و رایگان برای تجزیه پلاستیک، بدون تحمیل انتشار اضافی دی‌اکسیدکربن است. از آنجا که واکنش در محیط آبی و در سطح شیمیایی انجام می‌شود، این فناوری می‌تواند راهکاری مستقیم برای مهار ریزپلاستیک‌ها ارائه دهد. اگرچه سامانه فتوکاتالیز تک‌اتمی هنوز در مقیاس آزمایشگاهی قرار دارد، اما پژوهشگران معتقد هستند با پیشرفت در مهندسی مواد و فناوری‌های تولید، امکان بهینه‌سازی و توسعه در مقیاس صنعتی فراهم خواهد شد.
نتایج این مطالعه در نشریه Advanced Energy Materials منتشر شده است.
