البلاستيك الذي تصنعه البكتيريا والذي يمكن إعادة تدويره إلى الأبد

علماء من مختبر لورانس بيركلي الوطني هم الفائزون في معرض جيزمودو للعلوم لعام 2024 لابتكارهم مادة بلاستيكية يمكن إعادة تدويرها إلى ما لا نهاية.

السؤال

هل يمكنك تصميم نوع جديد من البلاستيك يمكن إعادة تدويره إلى الأبد ويتفوق بالفعل على البلاستيك التقليدي المصنوع من الوقود الأحفوري؟

النتائج

تمكن علماء من مختبر لورانس بيركلي الوطني، المعروف أيضًا باسم مختبر بيركلي، من إنشاء نوع جديد من البلاستيك دون استخدام البتروكيماويات. لقد أطلقوا على اختراعهم اسم بوليديكيتوينامين، أو PDK، ويتم تصنيعه باستخدام مصنع غريب إلى حد ما: البكتيريا الإشريكية القولونية. نعم، نفس الجرثومة التي يمكن أن تصيب الناس بالمرض.

الإشريكية القولونية خدم غرضًا مختلفًا تمامًا في هذا المشروع. وكما أوضح بريت هيلمز، وهو عالم في قسم المسبك الجزيئي في مختبر بيركلي والذي قاد المشروع، فقد طور الفريق جينًا يُدخل بروتينًا جديدًا داخل الخلية. الإشريكية القولونية الذي يحول بعض الجزيئات الموجودة بشكل طبيعي في البكتيريا إلى مونومرات لـ PDK. المونومرات هي اللبنات الأساسية للبلاستيك، والتي ترتبط ببعضها البعض لتكوين البوليمرات.

على عكس المواد البلاستيكية المصنوعة من الوقود الأحفوري، والتي يصعب إعادة تدويرها ولا يمكن إعادة تدويرها بشكل عام أكثر من مرة، تقول المجموعة إنه يمكن إعادة تدوير PDK إلى الأبد. بالإضافة إلى ذلك، وجد الباحثون أن PDK يتفوق على البلاستيك المصنوع من الوقود الأحفوري عندما يتعلق الأمر بمقاومة الحرارة. كان نطاق درجة حرارة العمل لـ PDK يصل إلى 140 درجة فهرنهايت (60 درجة مئوية).

وقالت كورين سكون، وهي عضو في المشروع وهي جزء من منطقة تقنيات الطاقة في مختبر بيركلي، إن البحث وضع الأساس لبلاستيك يمكن ضبطه بدقة.

وقال سكون: “إنها منصة كاملة لصنع مواد يمكن أن تكون أفضل مما يمكن أن نصنعه من البتروكيماويات اليوم”.

لماذا فعلوا ذلك

يعمل هيلمز وسكون وبقية فريقهم في مختبر بيركلي على البلاستيك القابل لإعادة التدوير بشكل لا نهائي منذ سنوات. استلهم الفريق فكرة صنع البلاستيك الخاص بهم بعد التعرف على مدى صعوبة إعادة تدوير البلاستيك المصنوع من البتروكيماويات وقلة ما يتم إعادة تدويره. كما أعربوا عن قلقهم بشأن آثار النفايات البلاستيكية على صحة الإنسان والبيئة.

“أعتقد أننا الآن فقط نخدش السطح فيما يتعلق بفهم ما يفعله نهج “التخلص من البلاستيك” هذا في البيئة. قال سكون: “فكر في مقدار ما تعلمناه عن المواد البلاستيكية الدقيقة و PFAS في السنوات القليلة الماضية فقط”. “علينا أن نتحرك في اتجاه الدائري، وإلا فإن هذه المواد سوف تستمر في التراكم في مدافن النفايات والتسرب إلى البيئة.”

لماذا هم الفائز

يمثل البلاستيك البتروكيماوي 99% من البلاستيك المنتج في جميع أنحاء العالم. تتطلب إعادة تدوير هذا النوع من البلاستيك حاليًا فرزًا شاملاً، لأنه لا يمكن إعادة تدوير أنواع مختلفة من البلاستيك معًا. وكما أشار تقرير حديث صادر عن مركز سلامة المناخ، فحتى العناصر المصنوعة من نفس النوع الواحد من البلاستيك غالبًا لا يمكن إعادة تدويرها معًا لأنها تحتوي على إضافات مختلفة، مثل هذه الألوان. إن إنتاج بلاستيك جديد مصنوع من البتروكيماويات أرخص بكثير من إعادة تدويره.

ونظرًا لمدى صعوبة إعادة تدوير البلاستيك، فإن ما يتبقى لدينا هو مئات الملايين من الأطنان من النفايات البلاستيكية. وعلى المستوى العالمي، ينتج الإنسان حوالي 400 مليون طن من النفايات البلاستيكية سنويًا. وتشير تقديرات برنامج الأمم المتحدة للبيئة إلى أنه تم بالفعل إنتاج 7 مليارات طن من النفايات البلاستيكية، وتم إعادة تدوير حوالي 10% منها فقط. وفي حين أنه من السهل أن نقول إن البشر يجب أن يتوقفوا عن استخدام البلاستيك، إلا أن المادة أصبحت متأصلة في نسيج المجتمع وحياتنا. على هذا النحو، فإن البلاستيك الذي يمكن إعادة تدويره وإعادة استخدامه إلى الأبد سيكون له آثار هائلة إذا تم طرحه على نطاق واسع.

ما هو التالي

شارك هيلمز وسكون في تأسيس شركة ناشئة مع شريك آخر في المشروع، وهو جاي كيسلينج من Berkeley Lab، يُدعى Cyklos Materials. وتقوم الشركة بتسويق تكنولوجيا البلاستيك القابلة لإعادة التدوير بشكل لا نهائي وتهدف إلى العمل كنظير للمواد البلاستيكية القائمة على النفط. وفقًا لهيلمز، تتوقع الشركة البدء في تقديم عينات من المنتجات المصنوعة من بلاستيك PDK خلال العام المقبل والبدء في طرح المنتج في غضون ثلاث سنوات تقريبًا.

وقد حظي الفريق باهتمام مصممي المنتجات في العلامات التجارية الذين يتوقون إلى معرفة ما إذا كانت موادهم جاهزة للاستخدام في الإنتاج. بالإضافة إلى ذلك، فقد اجتذبت أعين الشركات الكيميائية التي تنتج البلاستيك حاليًا، والتي تبحث عن فرص تجارية جديدة.

ومع ذلك، فإن مجرد استعدادهم لعرض تقنيتهم ​​للعالم لا يعني أن الباحثين قد توقفوا عن التركيز على تطوير علم إعادة استخدام البلاستيك وإعادة تدويره. في أوائل أبريل، شارك هيلمز في تأليف دراسة جديدة استخدمت أنواعًا مختلفة من طرق التصوير بالرنين المغناطيسي للكشف عن المواد البلاستيكية التي تخضع للتفكيك. وقال هيلمز: “إننا نستخدم عملية إعادة التدوير نفسها لتوضيح كيفية تصنيع المادة بحيث يمكن إعادة تدويرها بأكبر قدر ممكن من الكفاءة”.

الفريق

خدم هيلمز وسكون وكيسلنج من مختبر بيركلي كقادة للمشروع. كان البحث عبارة عن تعاون بين ثلاثة معاهد في مختبر لورانس بيركلي الوطني التابع لوزارة الطاقة: المسبك الجزيئي، ومعهد الطاقة الحيوية المشترك (JBEI)، ومصدر الضوء المتقدم.

انقر هنا لرؤية جميع الفائزين في معرض Gizmodo للعلوم لعام 2024.