بوابة شموس نيوز

إلكترونية – يومية – مصرية


Warning: sprintf(): Too few arguments in /home/shomos/public_html/wp-content/themes/newsphere/lib/breadcrumb-trail/inc/breadcrumbs.php on line 254

كيف يحول العلماء نفايات البلاستيك إلى نكهة الفانيليا

1 min read

مصر:إيهاب محمد زايــــــــد

لا يمكن إنكار وجود البلاستيك في كل مكان هذه الأيام. إنها في الكثير من الأماكن التي نتوقع أن نواجهها – الأقلام في مكاتبنا ، وحاويات تناول الطعام في مطاعمنا ، وفرش الأسنان في منازلنا ، وأكياس التسوق من تجار التجزئة المحليين لدينا – ولكنها أيضًا تملأ المحيطات والممرات المائية لدينا بشكل ينذر بالخطر معدل. بدون اتخاذ إجراءات فورية وواسعة النطاق ، تشير التقديرات إلى أن ما يقرب من 1.3 مليار طن من النفايات البلاستيكية سينتهي بها المطاف في محيطاتنا بحلول عام 2040. وهذا بالإضافة إلى 8 ملايين طن سنويًا التي تتدفق إلى هذه المسطحات المائية في السنوات الأخيرة.

المشاكل التي تسببها النفايات البلاستيكية متعددة الأطراف. إنها تشكل تهديدًا على الفقمة ، وفقًا للاتحاد الدولي للحفاظ على الطبيعة ، لأن “الأنواع البحرية تبتلع أو تتشابك بسبب الحطام البلاستيكي ، مما يتسبب في إصابات خطيرة ووفيات” التي تضر بمجموعات هذه الكائنات على نطاق واسع. تفيد المنظمة أيضًا أن “التلوث البلاستيكي يهدد سلامة الأغذية وجودتها وصحة الإنسان [و] السياحة الساحلية ويساهم في تغير المناخ”. لهذه الأسباب وغيرها ، دأب علماء البيئة والعلماء منذ فترة طويلة على البحث عن طرق لمعالجة المشكلة المتزايدة للنفايات البلاستيكية.

بشكل مفاجئ ، قد ينشأ حل محتمل في شكل نكهة حلوى كلاسيكية. اكتشف العلماء مؤخرًا أنه بمساعدة بعض البكتيريا المفيدة ، يمكن تحويل النفايات البلاستيكية إلى فانيلين ، وهو مركب اصطناعي يستخدم في روائح ونكهات الفانيليا. من خلال هذه العملية البسيطة لتحطيم البلاستيك ، وضع الباحثون البشرية على طريق استخدام المواد البلاستيكية ذات الاستخدام الواحد كمصادر قيمة – وربما اكتشفوا فرصة لحل واحدة من أكثر الكوارث البيئية انتشارًا التي نواجهها اليوم.

تاريخ موجز لمشكلة البلاستيك

تم اكتشاف الباكليت ، أول بلاستيك اصطناعي في العالم ، في عام 1907. هذه المادة “يمكن تشكيلها أو تشكيلها في أي شيء تقريبًا ، مما يوفر إمكانيات لا حصر لها” للتطبيقات في عالم التصنيع سريعًا في ذلك الوقت. ارتفع إنتاج البلاستيك حيث خاضت الولايات المتحدة حربين عالميتين ، وشهدت الخمسينيات زيادة كبيرة أخرى في إنتاج البلاستيك. وعلى مدى العقود الستة التالية ، زاد إنتاج البلاستيك 200 ضعف إلى ما يقرب من 380 مليون طن من البلاستيك كل عام.

من المفارقات ، أنه ابتكار البلاستيك – حقيقة أنه اصطناعي بالكامل ، مصنوع من جزيئات لا توجد في أي مكان في الطبيعة – وهذا أيضًا مصدر المشكلات التي نواجهها اليوم. لا يتحلل البلاستيك بالطريقة التي تتحلل بها المواد العضوية مثل الورق ؛ قد يستغرق تحلل البلاستيك في مدافن النفايات 1000 عام. لذلك ، فإن أي بلاستيك ينتهي به المطاف في بيئتنا يبقى هناك ، مما يسبب مشاكل لا حصر لها للناس والحيوانات والنظم البيئية بشكل عام.

أحد الأشياء الجيدة في البلاستيك هو أنه يمكن إعادة تدوير بعض منه – لكن هذا يأتي مع مشكلات خاصة به. تتطلب عملية إعادة التدوير مسؤولية من جانبنا ؛ يحتاج الناس إلى توخي اليقظة بشأن كيفية التعامل مع نفاياتهم البلاستيكية والتأكد من أن ينتهي بها الأمر في وضع يسمح لهم بإعادة تدويرها بالفعل. لكن إعادة تدوير البلاستيك يمثل أيضًا تحديًا بسبب تنوع التركيبات الكيميائية الموجودة والإضافات المختلفة المستخدمة في المنتجات المختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكن إعادة تدوير البلاستيك بشكل متكرر مثل الزجاج بسبب الأعطال في سلامته الهيكلية.

تعد إعادة تدوير البلاستيك حلاً مفيدًا بالتأكيد ، ولكنه حل غير كامل. لحسن الحظ ، يمكن أن تكمن طريقة استصلاح أخرى في مكون غير متوقع.

ما هو الفانيلين وما علاقته بالبلاستيك؟

الفانيلين ، الذي يُشتق عادةً من حبوب الفانيليا ، هو مركب عضوي والمكون الأساسي لمستخلص حبوب الفانيليا – وهو ما يخلق الرائحة الحلوة السكرية والنكهة الزهرية قليلاً التي نحبها كثيرًا. تستخدم صناعة المواد الغذائية الفانيلين لتذوق الحلوى والسلع المخبوزة والآيس كريم ، لكن المركب يستخدم أيضًا في أنواع أخرى من التصنيع لصنع العطور والعطور في الشموع ومنتجات التنظيف والعوامل المضادة للرغوة ومستحضرات التجميل. حتى أن الفانيلين لها قيمة عملية في إخفاء النكهات الكريهة في الأدوية المختلفة. وغني عن القول ، أن الطلب على الفانيلين مرتفع باستمرار في مجموعة متنوعة من الصناعات. ولا تستطيع الشركات دائمًا الوصول إليه (أو الوصول إليه بتكلفة معقولة) في شكله الطبيعي ، لذلك يلجأون إلى النسخة الاصطناعية بدلاً من ذلك.

وفقًا لمقال نُشر في صحيفة الإندبندنت ، فإن الفانيلين مادة باهظة الثمن ، وتتزايد الحاجة إليها بسرعة. من المتوقع أن يصل سوقها إلى 724.5 مليون دولار بحلول عام 2025. ولكن كيف يمكن للصناعات أن تتوسع لتلبية هذا الطلب المتزايد ، حتى في حالة استخدام الفانيل الصناعينشعر بالقلق من نقص لين؟ هذا هو المكان الذي تم فيه إعداد البلاستيك ليحقق ظهورًا مفاجئًا لأول مرة. اكتشف العلماء طريقة لصنع الفانيليا الاصطناعية عن طريق تحويل النفايات البلاستيكية إلى منكهات اصطناعية.

الاستفادة من قوة الانهيارات البكتيرية

تعمل البكتيريا على تحطيم الأشياء لآلاف السنين ؛ إنها الوظيفة الرئيسية لنوع معين من البكتيريا يسمى “مزيل التسميد”. لكن هذه الكائنات معروفة عمومًا بقدرتها على هضم وتفكيك المواد العضوية – أشياء مثل النباتات والحيوانات – وليس المواد الاصطناعية مثل البلاستيك. ومع ذلك ، فإن عملية التحلل البكتيري جعلت العلماء يفكرون. ماذا لو كان من الممكن استخدام عملية مماثلة لتفكيك البلاستيك؟ وماذا لو كانت البكتيريا نفسها تستطيع بالفعل تسهيل ذلك؟
كما اتضح ، ببعض المساعدة من البكتيريا ، يمكن أن يتحلل البلاستيك. توجد بالفعل إنزيمات متحولة لتكسير المنتجات البلاستيكية مثل زجاجات الصودا إلى مركبات كيميائية أساسية. تتضمن العملية تفاعلًا خفيفًا لا ينتج عنه أي نفايات خطرة إضافية. لكن العلماء جوانا سادلر وستيفن والاس قررا استكشاف هذا المفهوم قليلاً لفهم بعض تطبيقاته بشكل كامل – واختبار العملية باستخدام البكتيريا.

أجرى سادلر ووالاس دراسة نُشرت في المجلة العلمية Green Chemistry في عام 2021. تقر الدراسة بالاستخدامات الواسعة لنوع من البلاستيك يسمى البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) في الاقتصاد العالمي ، وتشير إلى سوء إدارة منتجات النفايات. وجدت دراسات سابقة أن بعض الإنزيمات كانت قادرة على تفكيك مادة البولي إيثيلين تيرفثالات إلى نوع من الأحماض ، يسمى حمض تيريفثاليك أو TA ، والذي يمكن للمصنعين استخدامه بعد ذلك لإنتاج منتجات بلاستيكية جديدة. مع وضع هذه النتائج في الاعتبار ، شرع Sadler و Wallace في هندسة بكتيريا يمكنها الاستفادة من TA بطريقة أكثر صداقة للبيئة – طريقة لا تؤدي إلى إنشاء مواد بلاستيكية جديدة.

تحويل البلاستيك إلى فانيلين باستخدام… E. coli؟

ومن المثير للاهتمام أن التركيبات الكيميائية لـ TA والفانيلين متشابهة. مع وضع ذلك في الاعتبار ، سعى سادلر ووالاس لاكتشاف ما يمكن أن يحدث عندما تُترك بكتيريا الإشريكية القولونية لأجهزتها الخاصة بين المواد البلاستيكية التي تم تفكيكها إنزيميًا إلى TA.

لإجراء التجربة ، قام الزوجان “بخلط مرق يحتوي على الإشريكية القولونية المهندسة و TA عند درجة حرارة 98.6 درجة فهرنهايت لمدة يوم واحد.” النتيجة النهائية؟ حولت البكتيريا حوالي 79٪ من TA إلى فانيلين – وهي عملية سهلة نسبيًا للكائنات الحية الدقيقة ، مع الأخذ في الاعتبار أوجه التشابه البنيوية بين المادتين الكيميائيتين. غيرت البكتيريا عدد ذرات الهيدروجين والأكسجين المرتبطة بكربون TA ، وبذلك حولت TA إلى مركب مفيد (ومربح).

قال سادلر عن التجربة ، “هذا هو المثال الأول لاستخدام نظام بيولوجي لتحويل النفايات البلاستيكية إلى مادة كيميائية صناعية قيمة ، ولها آثار مثيرة للغاية على الاقتصاد الدائري.” ذكر والاس أيضًا أن هذا العمل “يتحدى مفهوم اعتبار البلاستيك نفايات إشكالية وبدلاً من ذلك يوضح استخدامه كمصدر جديد للكربون يمكن من خلاله الحصول على منتجات عالية القيمة.”

ما الذي يمكن أن يحمله مستقبل البلاستيك المعاد تدويره؟

بتشجيع من البيانات ، يواصل سادلر ووالاس استكشاف إنشاء تقنيات منخفضة التكلفة لإعادة تدوير النفايات البلاستيكية بعد الاستهلاك. تشير النتائج الأولية لتجربتهم إلى أن هذه التكنولوجيا الجديدة قد يكون لها آثار واقعية في هندسة نفاياتنا البلاستيكية إلى مادة أكثر قيمة واستدامة. هذه مجرد البداية بالطبع ، لكن النتائج تبشر بالخير. ومع مزيد من التحسين لهذه العملية ، يمكننا معرفة المزيد حول كيفية تطبيق هذه التكنولوجيا التي تحركها البكتيريا على نطاق أوسع بكثير.

نحن نعلم أن تجاهل تدفق النفايات البلاستيكية إلى أنظمتنا البيئية لن يحل أي مشاكل. وبينما يواصل العلماء تحسين تطبيق بكتيريا الفانيلين ، فمن الضروري في هذه الأثناء أن نجد وننفذ طرقًا أخرى واسعة النطاق للتعامل مع النفايات البلاستيكية قبل أن تصل إلى البيئة. لكن العملية العلمية أدت إلى ما يبدو أنه حل قيم ، وهذا سبب للاحتفال – ربما مع بعض آيس كريم الفانيليا.