پلاستيک سبز
نويسنده:مصطفي ميرحاج
زندگي در جهاني بدون پلاستيک بسيار دشوار است. پلاستيک ها تقريباً در توليد هر نوع فراورده صنعتي، از صنعت خودروسازي گرفته تا دنياي پزشکي مورد استفاده قرار مي گيرد. تنها در ايالات متحده آمريکا سالانه حدود پنجاه ميليون تن پلاستيک توليد مي شود. با تغيير ساختمان اين بسپارهاي مصنوعي مي توان پلاستيک هايي با شکل و استحکام متفاوت توليد کرد. اين مواد، مقاومت شيميايي بالايي دارند و بسيار با دوام اند. از اين رو، در جامعه صنعتي اهميت زيادي دارند.
همانطور که مي دانيد، هيچ چيزي کامل نيست و پلاستيک ها نيز از اين قاعده مستثنا نيستند. اين مواد به عنوان زباله هاي مقاوم به تجزيه ميکروبي، مشکلات زيست محيطي زيادي را به بار آورده اند. پلاستيک ها علاوه بر اين که مکان هاي دفن زباله را پر کرده اند، سالانه در حجمي معادل چند هزار تن وارد محيط هاي دريايي مي شوند. تخمين زده مي شود که هر سال يک ميليون جانور دريايي به علت خفگي حاصل از خوردن پلاستيک ها به عنوان غذا يا به دام افتادن در زباله هاي پلاستيکي از بين مي روند.
در سال هاي اخير، تلاش هاي قانوني براي جلوگيري از دور ريزي پلاستيک هاي غير قابل تجزيه، افزايش يافته است.
اين تلاشها فعالان صنعت پلاستيک را واداشته است تا به دنبال پلاستيک هايي باشند که مشکلات زيست محيطي کمتري دارند؛ پلاستيک هايي که با نور تجزيه مي شوند، پلاستيک هايي که در ساختمان خود نشاسته دارند و پلاستيک هاي ميکروبي.
ساختمان بسياري پلاستيک هايي که تحت تأثير نور تجزيه مي شوند، در اثر پرتوهاي فرابنفش (پس از چند هفته يا ماه) از هم مي پاشند و آنها را مستعد تجزيه ميکروبي مي سازد. عيب اين نوع پلاستيک ها اين است که بسياري از مکانهاي دفن زباله نور کافي ندارند. از اين رو، ساختمان اين پلاستيک ها دست نخورده باقي مي ماند و براي تجزيه ميکروبي آماده نمي شود.
در پلاستيک هاي نشاسته اي، ملکول هاي نشاسته قطعات کوتاهي از پلي اتيلن را به هم متصل مي سازند. وقتي اين پلاستيک ها در مکانهاي دفن زباله دور ريخته مي شوند، باکتري هاي خاک به ملکول هاي نشاسته حمله مي کنند و قطعات پلي اتيلن را براي تجزيه ميکروبي رها مي سازند. کمبود اکسيژن در مکانهاي دفن زباله و اثر مهاري قطعات پلي اتيلن بر عملکرد باکتري ها، از جمله معايبي است که استفاده از اين پلاستيک ها را محدود مي سازد.
راه سومي براي خلاصي از شرّ پلاستيک هاي معمول پيشنهاد شده، استفاده از پلاستيک هايي است که به وسيله ي ميکروبها يا به کمک آنها توليد مي شوند. اين پلاستيک ها که پلاستيک سبز ناميده شده اند، توجه زيادي را به خود معطوف داشته اند و به نظر مي رسد که دوستان خوبي براي صنعت و طبيعت باشند.
در دهه ي هفتاد ميلادي، تحقيقات نشان داده که PHB بسياري از خواص پلاستيک هاي نفتي را دارد (مانند پلي اتيلن).
به اين ترتيب، کم کم بحث استفاده از اين بسپار به عنوان جايگزين مناسب براي پلاستيکهاي تجزيه ناپذير فعلي مطرح شد.
در رويکرد نخست، قند حاصل از ذرت و گياهان ديگر به پلاستيکي به نام پلي لاکتيد (PLA) تبديل مي شود. ميکروب ها قند را به اسيد لاکتيک تبديل مي کنند. سپس، ملکولهاي اسيد لاکتيک به طريق شيميايي به صورت زنجيرهاي پلاستيک در مي آيند.
در رويکرد دوم، خود ميکروبها به طور مستقيم قند را به پلاستيک تبديل مي کنند. براي مثال، باکتري Ralstonia
eutropha قند را به پلاستيکي به نام پلي هيدورکسي آلکونات (PHA) تبديل مي کنند. اين پلاستيک به صورت دانه هايي درون ميکروب انباشته مي شود. اين دانه ها حتي مي توانند تا 90 درصد جرم يک سلول را تشکيل دهند.
در رويکرد سوم، ژن هايي را که باعث توليد پلاستيک مي شوند، وارد ژنوم گياهان مي کنند. به اين ترتيب اين گياهان تراژن به کارخانه هاي توليد پلاستيک تبديل مي شوند. در سال 1992 گروهي از پژوهشگران ميشيگان و دانشگاه ماديسون براي نخستين بار گياه رشادي (Arabidopsis thaliana) را طوري دستکاري ژنتيکي کردند که توانست نوعي PHA توليد کند.
سال بعد، توليد PHA ي انعطاف پذيرتري در گياه ذرت آغاز شد. براي اينکه پلاستيک با توليد مواد غذايي رقابت نکند، پژوهشگران بخش هايي از گياه ذرت (برگها و ساقه ها) را که به طور معمول برداشت نمي شوند، مورد توجه قرار دادند. پرورش پلاستيک در اين بخش ها به کشاورزان اين امکان را مي دهد که پس از برداشت دانه هاي ذرت زمين را براي برداشت ساقه ها و برگهاي حاوي پلاستيک درو کند.
پژوهشگران در مورد افزايش مقدار پلاستيک در گياهان و تغيير ترکيب آنها به منظور بهبود خصوصيات گياهان، پيشرفت هاي چشمگيري داشته اند. وقتي اين پيشرفت ها جداگانه مورد ملاحظه قرار مي گيرند، اميدوار کننده به نظر مي رسند اما دستيابي به پلاستيک هاي عالي و درعين حال، افزايش آن در گياه بسيار دشوار است. کلروپلاست برگ بهترين مکان براي توليد پلاستيک محسوب مي شود اما چون کلروپلاست محل جذب نور است، مقدار زياد پلاستيک، فتوسنتز را مهار مي کند و بازده محصول را کاهش مي دهد. استخراج پلاستيک از گياه نيز دشوار است. استخراج و جمع آوري پلاستيک به مقدار زيادي حلّال نياز دارد. که بايد پس از استفاده بازيافت شود. بر اساس جديدترين تخمين ها، ساخت يک کيلوگرم PHA در گياه ذرت در مقايسه با پلي اتيلن به سه برابر انرژي بيشتري نيازدارد. براي توليد PHA از طريق تخمير ميکروبي (رويکرد دوم) نيز همين مقدار انرژي مورد نياز است.
چنين به نظر مي رسد که PLA (رويکرد نخست) تنها پلاستيک با منشأ گياهي است که امکان رقابت با پلاستيک هاي نفتي را دارد. توليد اين پلاستيک به انرژي کمتري نياز دارد و بازده توليد آن بالا و در حدود 80 درصد است. با وجود اين مزايا، توليد اين نوع پلاستيک در مقايسه با بسياري از پلاستيک هاي نفتي، گازهاي گلخانه اي بيشتري آزاد مي کند.
ميکروب ها، پلاستيک هاي سبز را به طور کامل تجزيه مي کنند. به علاوه، تغيير ساختمان ملکولي اين پلاستيک ها به منظور تغيير خصوصيات آنها به سادگي امکان پذير است. هر چند هنوز مشکلات اقتصادي بر سر جايگزيني پلاستيک هاي نفتي با پلاستيک هاي سبز وجود دارد اما تلاش فعالان عرصه دانش و صنعت به زودي به ثمر خواهد نشست و ما زمين پاکيزه تري خواهيم داشت.
* در آينده پس از برداشت دانه هاي ذرت، ساقه ها و برگ هاي برجاي مانده به منظور استخراج پلاستيک از ساقه ها و برگها، بقاياي گياهي جهت توليد برق و بخار مورد استفاده قرار مي گيرند.
به اين ترتيب، ضرب المثل جديدي وارد ادبيات جهان خواهد شد: يک تير (بذر ذرت) و سه نشان (دانه ذرت، پلاستيک و برق).
* به جاي استفاده از منابع تجديد نشدني (مانند نفت) براي توليد پلاستيک، منابع تجديد شدني (گياهان و مواد گياهي) براي توليد پلاستيک به کار گرفته مي شوند.
* پلاستيک تجزيه شونده از منابعي بدست مي آيد که دي اکسيد کربن را جذب مي کنند. بنابراين، از شدت مشکلات زيست محيطي کاسته خواهد شد.
1. Tillman U. Gerngross and steven G. Stater How Green Are Green Plastics? Scientific American August .p. 41-36
2. Timothy Paustion Bacterial Plastics WWW.bact.wisc.edu
منبع: نشريه پيام پزشک، شماره 57
همانطور که مي دانيد، هيچ چيزي کامل نيست و پلاستيک ها نيز از اين قاعده مستثنا نيستند. اين مواد به عنوان زباله هاي مقاوم به تجزيه ميکروبي، مشکلات زيست محيطي زيادي را به بار آورده اند. پلاستيک ها علاوه بر اين که مکان هاي دفن زباله را پر کرده اند، سالانه در حجمي معادل چند هزار تن وارد محيط هاي دريايي مي شوند. تخمين زده مي شود که هر سال يک ميليون جانور دريايي به علت خفگي حاصل از خوردن پلاستيک ها به عنوان غذا يا به دام افتادن در زباله هاي پلاستيکي از بين مي روند.
در سال هاي اخير، تلاش هاي قانوني براي جلوگيري از دور ريزي پلاستيک هاي غير قابل تجزيه، افزايش يافته است.
اين تلاشها فعالان صنعت پلاستيک را واداشته است تا به دنبال پلاستيک هايي باشند که مشکلات زيست محيطي کمتري دارند؛ پلاستيک هايي که با نور تجزيه مي شوند، پلاستيک هايي که در ساختمان خود نشاسته دارند و پلاستيک هاي ميکروبي.
ساختمان بسياري پلاستيک هايي که تحت تأثير نور تجزيه مي شوند، در اثر پرتوهاي فرابنفش (پس از چند هفته يا ماه) از هم مي پاشند و آنها را مستعد تجزيه ميکروبي مي سازد. عيب اين نوع پلاستيک ها اين است که بسياري از مکانهاي دفن زباله نور کافي ندارند. از اين رو، ساختمان اين پلاستيک ها دست نخورده باقي مي ماند و براي تجزيه ميکروبي آماده نمي شود.
در پلاستيک هاي نشاسته اي، ملکول هاي نشاسته قطعات کوتاهي از پلي اتيلن را به هم متصل مي سازند. وقتي اين پلاستيک ها در مکانهاي دفن زباله دور ريخته مي شوند، باکتري هاي خاک به ملکول هاي نشاسته حمله مي کنند و قطعات پلي اتيلن را براي تجزيه ميکروبي رها مي سازند. کمبود اکسيژن در مکانهاي دفن زباله و اثر مهاري قطعات پلي اتيلن بر عملکرد باکتري ها، از جمله معايبي است که استفاده از اين پلاستيک ها را محدود مي سازد.
راه سومي براي خلاصي از شرّ پلاستيک هاي معمول پيشنهاد شده، استفاده از پلاستيک هايي است که به وسيله ي ميکروبها يا به کمک آنها توليد مي شوند. اين پلاستيک ها که پلاستيک سبز ناميده شده اند، توجه زيادي را به خود معطوف داشته اند و به نظر مي رسد که دوستان خوبي براي صنعت و طبيعت باشند.
سابقه ي تاريخي
در دهه ي هفتاد ميلادي، تحقيقات نشان داده که PHB بسياري از خواص پلاستيک هاي نفتي را دارد (مانند پلي اتيلن).
به اين ترتيب، کم کم بحث استفاده از اين بسپار به عنوان جايگزين مناسب براي پلاستيکهاي تجزيه ناپذير فعلي مطرح شد.
وضعيت فعلي
در رويکرد نخست، قند حاصل از ذرت و گياهان ديگر به پلاستيکي به نام پلي لاکتيد (PLA) تبديل مي شود. ميکروب ها قند را به اسيد لاکتيک تبديل مي کنند. سپس، ملکولهاي اسيد لاکتيک به طريق شيميايي به صورت زنجيرهاي پلاستيک در مي آيند.
در رويکرد دوم، خود ميکروبها به طور مستقيم قند را به پلاستيک تبديل مي کنند. براي مثال، باکتري Ralstonia
eutropha قند را به پلاستيکي به نام پلي هيدورکسي آلکونات (PHA) تبديل مي کنند. اين پلاستيک به صورت دانه هايي درون ميکروب انباشته مي شود. اين دانه ها حتي مي توانند تا 90 درصد جرم يک سلول را تشکيل دهند.
در رويکرد سوم، ژن هايي را که باعث توليد پلاستيک مي شوند، وارد ژنوم گياهان مي کنند. به اين ترتيب اين گياهان تراژن به کارخانه هاي توليد پلاستيک تبديل مي شوند. در سال 1992 گروهي از پژوهشگران ميشيگان و دانشگاه ماديسون براي نخستين بار گياه رشادي (Arabidopsis thaliana) را طوري دستکاري ژنتيکي کردند که توانست نوعي PHA توليد کند.
سال بعد، توليد PHA ي انعطاف پذيرتري در گياه ذرت آغاز شد. براي اينکه پلاستيک با توليد مواد غذايي رقابت نکند، پژوهشگران بخش هايي از گياه ذرت (برگها و ساقه ها) را که به طور معمول برداشت نمي شوند، مورد توجه قرار دادند. پرورش پلاستيک در اين بخش ها به کشاورزان اين امکان را مي دهد که پس از برداشت دانه هاي ذرت زمين را براي برداشت ساقه ها و برگهاي حاوي پلاستيک درو کند.
پژوهشگران در مورد افزايش مقدار پلاستيک در گياهان و تغيير ترکيب آنها به منظور بهبود خصوصيات گياهان، پيشرفت هاي چشمگيري داشته اند. وقتي اين پيشرفت ها جداگانه مورد ملاحظه قرار مي گيرند، اميدوار کننده به نظر مي رسند اما دستيابي به پلاستيک هاي عالي و درعين حال، افزايش آن در گياه بسيار دشوار است. کلروپلاست برگ بهترين مکان براي توليد پلاستيک محسوب مي شود اما چون کلروپلاست محل جذب نور است، مقدار زياد پلاستيک، فتوسنتز را مهار مي کند و بازده محصول را کاهش مي دهد. استخراج پلاستيک از گياه نيز دشوار است. استخراج و جمع آوري پلاستيک به مقدار زيادي حلّال نياز دارد. که بايد پس از استفاده بازيافت شود. بر اساس جديدترين تخمين ها، ساخت يک کيلوگرم PHA در گياه ذرت در مقايسه با پلي اتيلن به سه برابر انرژي بيشتري نيازدارد. براي توليد PHA از طريق تخمير ميکروبي (رويکرد دوم) نيز همين مقدار انرژي مورد نياز است.
چنين به نظر مي رسد که PLA (رويکرد نخست) تنها پلاستيک با منشأ گياهي است که امکان رقابت با پلاستيک هاي نفتي را دارد. توليد اين پلاستيک به انرژي کمتري نياز دارد و بازده توليد آن بالا و در حدود 80 درصد است. با وجود اين مزايا، توليد اين نوع پلاستيک در مقايسه با بسياري از پلاستيک هاي نفتي، گازهاي گلخانه اي بيشتري آزاد مي کند.
دورنما
ميکروب ها، پلاستيک هاي سبز را به طور کامل تجزيه مي کنند. به علاوه، تغيير ساختمان ملکولي اين پلاستيک ها به منظور تغيير خصوصيات آنها به سادگي امکان پذير است. هر چند هنوز مشکلات اقتصادي بر سر جايگزيني پلاستيک هاي نفتي با پلاستيک هاي سبز وجود دارد اما تلاش فعالان عرصه دانش و صنعت به زودي به ثمر خواهد نشست و ما زمين پاکيزه تري خواهيم داشت.
* در آينده پس از برداشت دانه هاي ذرت، ساقه ها و برگ هاي برجاي مانده به منظور استخراج پلاستيک از ساقه ها و برگها، بقاياي گياهي جهت توليد برق و بخار مورد استفاده قرار مي گيرند.
به اين ترتيب، ضرب المثل جديدي وارد ادبيات جهان خواهد شد: يک تير (بذر ذرت) و سه نشان (دانه ذرت، پلاستيک و برق).
* به جاي استفاده از منابع تجديد نشدني (مانند نفت) براي توليد پلاستيک، منابع تجديد شدني (گياهان و مواد گياهي) براي توليد پلاستيک به کار گرفته مي شوند.
* پلاستيک تجزيه شونده از منابعي بدست مي آيد که دي اکسيد کربن را جذب مي کنند. بنابراين، از شدت مشکلات زيست محيطي کاسته خواهد شد.
1. Tillman U. Gerngross and steven G. Stater How Green Are Green Plastics? Scientific American August .p. 41-36
2. Timothy Paustion Bacterial Plastics WWW.bact.wisc.edu
منبع: نشريه پيام پزشک، شماره 57
