دانشمندان دانشگاه استنفورد روشی جدید برای ساخت پلاستیک از کربن‌دی‌اکسید (CO2) و مواد گیاهی غیر خوراکی از جمله ضایعات کشاورزی و چمن کشف کرده‌اند. محققان بر این عقیده هستند که این تکنولوژی جدید می‌تواند یک جایگزین کم کربن برای بطری‌های پلاستیکی و سایر فرآورده‌های نفتی باشد.
استادیار شیمی دانشگاه استنفورد، Matthew Kanan می‌گوید: «هدف ما جایگزینی فرآورده‌های نفتی با پلاستیک ساخته شده از CO2 است. اگر بتوانیم این کار را بدون استفاده از مقدار زیادی انرژی تجدید ناپذیر انجام دهیم، میزان کربن در صنعت پلاستیک‌ها به طور چشمگیری کاهش می‌یابد.» تیم تحقیقاتی Kanan نتایج بررسی‌های خود را در تاریخ 9 مارس در ژورنال Nature منتشر کردند.
امروزه بسیاری از محصولات پلاستیکی از پلیمری به نام پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) ساخته می‌شوند. هر ساله پنجاه میلیون تن PET در سراسر جهان برای تولید اقلامی مانند پارچه، ابزار الکترونیکی، ظروف نوشیدنی قابل بازیافت و وسایل بهداشتی به کار می‌رود. پلی‌اتیلن ترفتالات از دو جزء ترفتالیک اسید و اتیلن گلیکول ساخته می‌شود که از نفت تصفیه شده و گاز طبیعی مشتق می‌شوند. تولید پلی‌اتیلن ترفتالات سبب آزاد شدن مقدار قابل توجهی CO2 می‌شود، گازی گلخانه‌ای که در گرم شدن کره‌ی زمین نقش دارد.
به گفته‌ی Kanan استفاده از مواد اولیه‌ی سوخت‌های فسیلی همراه با انرژی مورد نیاز برای تولید PET به ازای تولید هر تن PET بیش از چهار تن گاز کربن‌دی‌اکسید آزاد می‌کند.
تیم تحقیقاتی Kanan بر روی ماده‌ای به عنوان جایگزین برای PET به نام پلی اتیلن فوران دی کربوکسیلات (PEF) کار کرده‌اند. PEF از اتیلن گلیکول و ترکیبی به نام 2-5-furandicarboxylic acid (FDCA) ساخته می‌شود. به گفته‌ی Kanan، PEF جایگزینی جالب برای PET است زیرا می‌توان FDCA را به جای منابع نفتی از منابع زیستی به دست آورد. همچنین PEF در زمینه‌ی سیل کردن اکسیژن که برای ساخت بطری کاربرد دارد نسبت به PET برتری دارد.
با وجود خواص مطلوب PEF، صنعت پلاستیک سازی هنوز روشی کم هزینه برای تولید در مقیاس بالای این ماده پیدا نکرده است. مشکل اصلی پیدا کردن روشی اقتصادی برای تولید مداوم FDCA است. یک روش ممکن، تبدیل فروکتوز شربت ذرت به FDCA است. شرکت هلندی Avantium در همکاری با شرکت کولا کولا و چند کمپانی دیگر سعی در عملی کردن این روش داشته است، اما کشت محصولات لازم برای کاربردهای صنعتی نیازمند زمین‌های زراعتی فراوان، انرژی، کود و آب بسیار زیاد است.
در این باره Kanan توضیح می‌دهد: «استفاده از فروکتوز مشکل آفرین است زیرا تولید فروکتوز به معنای رقابت با تولید مواد غذایی است. بهتر این است که FDCA را از مواد زیستی غیر قابل خوردن مانند چمن یا ضایعات پس از برداشت تولید کرد.»
به جای استفاده از قند ذرت برای تولید FDCA، تیم تحقیقاتی استنفورد آزمایش‌هایی روی furfural، ترکیبی تولید شده از ضایعات کشاورزی که دهه‌هاست استفاده می‌شود انجام دادند. سالیانه حدود چهارصد هزار تن از این ماده برای استفاده در رزین‌ها، حلال‌ها و محصولات دیگر تولید می‌شوند.
اما تولید FDCA از furfural و کربن‌دی‌اکسید نیازمند مواد شیمیایی خطرناک است که تولید آنها هزینه‌بر و همراه با مصرف بالای انرژی است. مشخص است که هدف از تحقیقات از بین بردن این مشکلات است. تیم تحقیقاتی استنفورد این مشکل را با استفاده از ترکیبی دیگر حل کردند: کربنات. دانشجوی کارشناسی ارشد، Aanindeeta Banerjee کربنات را با CO2 و furoic acid (مشتقی از furfural) مخلوط کرد. وی سپس مخلوط را تا 290 فارنهایت (200 درجه سلسیوس) گرم کرد تا نمکی مذاب به دست بیاید.
نتایج چشمگیری از این طریق به دست آمد: پس از گذشت پنج ساعت، 89 درصد از مخلوط نمک مذاب به FDCA تبدیل شده بود. مرحله‌ی بعدی یعنی تبدیل FDCA به پلاستیک PEF فرآیندی ساده است که قبلاً توسط محققان دیگر روی آن کار شده است.
رویکرد تیم تحقیقاتی استنفورد پتانسیل کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای را دارد، زیرا کربن‌دی‌اکسید لازم برای تولید PEF را می‌توان از نیروگاه‌های سوخت فسیلی یا دیگر کارخانه‌های صنعتی به دست آورد. محصولات ساخته شده از PEF نیز قابلیت بازیافت و تبدیل به CO2 از طریق سوزاندن را دارند. در نهایت این کربن‌دی‌اکسید توسط چمن و علف‌های هرزی استفاده می‌شود که سپس برای تولید PEF به کار خواهند رفت. در این باره Kanan توضیح می‌دهد: «این شروع کار است و تحقیقات بیشتری برای تکمیل این روش لازم است.» تیم تحقیقاتی وی همچنین سعی دارند از این روش برای تولید سوخت‌های تجدید پذیر و سایر ترکیبات از هیدروژن و کربن‌دی-اکسید استفاده کنند.
منبع:
Stanford News
بازیافت سبز
پلاستیک سبز، دوست طبیعت
منابع مفید:
پلاستیک بسازید
تاریخچه پلیمرها
کشف باکتری‌های تجزیه کننده پلاستیک
نجات از پلاستیک
دانشمندان بزرگ: سوانت آرنیوس
بارن‌های اسیدی
پلی اتیلن ترفتالات - ویکی پدیا
فورفورال - ویکی پدیا