ساخت پلاستیک های بازیافت پذیر نسل جدید

پلاستیک های بازیافت پذیر به عنوان مهمترین دغدغه جوامع توسعه یافته در سال های اخیر، همواره محلی برای ارائه دیدگاه ها و نظرات دانشمندان پلیمر بوده است.

اکنون تعدادی از همین پلیمریست ها موفق به ساخت نسل جدیدی از پلاستیک های بازیافت پذیر شده اند که قادر است بارها در چرخه بازیافت، به مواد جدیدی با شکل ها و رنگ های متفاوت تبدیل شود.

پلاستیک ها به عنوان موادی سبک، عالی و محکم شناخته می شوند که تقریبا هر آنچه را که بخواهید، می توانید به کمک آنها تولید کنید. البته این مزیت ها زمانی است که دیگر به آنها نیازی نداشته باشید؛ چون در غیر این صورت تبدیل به مشکلی بزرگ خواهند شد.

اغلب پلاستیک هایی که استفاده می کنیم، حاوی مقادیر زیادی از انواع رنگدانه ها، پر کننده ها و یا بازدارنده های آتش هستند. تعداد محدودی از پلاستیک ها را می توانید بیابید که بتوان بدون کاهش کارایی یا خصوصیات فیزیکی شان، آنها را بازیافت کرد.

حتی PET که بازیافت پذیرترین پلاستیک موجود است و در حال حاضر در بطری ها نوشیدنی (مثل آب، نوشابه، آبمیوه و …) استفاده می شود، تنها به میزان ۲۰ الی ۳۰ درصد بازیافت پذیر است و مازاد آن را وارد دستگاه های زباله سوز کرده و یا نهایتا دفن می کنند؛ جایی که تجزیه چنین مواد کربنی ای، نیاز به قرن ها زمان دارد.

Science daily، اکنون گروهی از محققان آزمایشگاه برکلی ایالات متحده آمریکا توانسته اند پلاستیک بازیافت پذیرتری را طراحی کنند که همچون اسباب بازی لگو، قادر است در سطح مولکولی به اجزای تشکیل دهنده خود تجزیه شده و مجددا به شکل ها یا رنگ های دیگری در بیاید؛ ضمن آنکه خواص فیزیکی و مکانیکی شان دچار نقصان نشود.

ویژگی های این ماده جدید که به نام PDK معرفی شده است، در مجله Nature Chemistry گزارش شده است. یکی از محققان این پروژه، «پیتر کریستنسن» از آزمایشگاه برکلی است که می نویسد:

«اغلب در پلاستیک هایی که کارخانجات مختلف تولید می کنند، هدف بازیافت پذیر بودن در نظر گرفته نشده است اما ما راه حل جدیدی برای تولید پلاستیک هایی که در سطح مولکولی بازیافت پذیر باشند، پیدا کرده ایم.»

محققان قصد دارند با تشویق فرآیند بازیافت و استفاده از پلاستیک های قابل بازیافتی که از جنس PDK هستند، مانعی برای انباشته شدن پلاستیک ها روی زمین و یا روانه شدن آنها به سمت اقیانوس ها شوند.

پیتر ادامه می دهد:

«در پلاستیک های موسوم به PDK، جایگزین شدن پیوندهای قابل بازگشتی با پیوندهای غیر قابل تغییر موجود در پلاستیک های متداول انجام شده است که باعث ساخت پلاستیک های بازیافت پذیر می شود.»

ساخت پلاستیک های بازیافت پذیر نسل جدید

برخلاف پلاستیک های رایج، مونومرهای این پلاستیک PDK می تواند بازیابی شده و در اثر محلول های اسیدی، از هرگونه ترکیبی که به آن افزوده شده است، آزاد شود. اسید سبب شکستگی پیوندهای بین مونومرها شده و افزودنی هایی را که موجب شکل یافتگی این پلیمر و یا رنگدهی آن شده اند، آزاد می کند.

«برت هلمز»، یکی دیگر از محققان این پروژه بوده است که می گوید:

«ما علاقمند به یک فرآیند شیمیایی هستیم که چرخی پلاستیک ها را از خطی به چرخشی تبدیل کند. ما فرصتی در این مواردی که گزینه های بازیافتی ندارند می بینیم.

این موارد شامل انواع چسب ها، کفش ها، قابل تلفن، بندهای ساعت، اتصالات رایانه ها و ترموست های سختی که با قالب ریزی مواد پلاستیکی مذاب ساخته می شوند هستند.»

گفتنی است که این دانشمندان زمانی به ویژگی هیجان انگیز چرخشی پلاستیک PDK پی بردند که کریستنسن داشت اسیدهای گوناگون را روی اجزای مورد استفاده برای ساخت چسب های PDK امتحان می کرد.

او دریافت که ترکیب چسب دچار تغییر شده است. کریستنسن که درباره نحوه تغییر چسب کنجکاو شده بود، ساختار مولکولی نمونه را با استفاده از دستگاه طیف سنجی NMR بررسی کرد. او نوشت:

«در کمال شگفتی، آنها مونومرهای اولیه بودند!»

سرانجام آنها پس از آزمایش فرمولاسیون های مختلف نشان دادند که اسید نه تنها پلیمرهای PDK را به مونومر تجزیه کرده، بلکه این فرآیند سبب آزاد شدن مونومرها از سایر افزودنی ها نیز شده است.

این گروه موفق به اثبات این پدیده شدند که مونومرهای بازیافتی PDK قادر هستند دوباره به شکل پلیمر درآمده و پلیمرهای بازیافتی را که دیگر ویژگی های گذشته خود را ندارند، می توان به پلاستیکی جدید تبدیل کرد.

<pstyle=”text-align: justify;”>اما نتیجه ای که برای عموم مردم جذاب است، دقیقا همینجاست. اگر بند ساعت مشکلی شکسته خود را که در سطل زباله انداخته اید از PDK تولید شده باشد، می تواند به عنوان یک کیبورد کامپیوتر زندگی جدیدی را آغاز کند. ضمن اینکه می توان با افزودن ویژگی های دیگر، خواص فیزیکی و مکانیکی این پلاستیک ها را افزایش داد.

دانشمندان عقیده دارند که پلاستیک های بازیافت پذیر نسل جدید آنها قادر است جایگزین خوبی برای بسیاری از پلاستیک های غیر قابل بازیافتی شود که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد.

هلمز در پایان به روند کنونی شان اشاره می کند و مسیری که حالا باید به طریق دیگر ادامه دهند:

«ما در نقطه ای ایستاده ایم که برای ذخیره و فرآیند کردن ضایعات، می بایستی به تجهیزات بازیافت مان فکر کنیم. اگر این تجهیزات برای بازفرآوری یا به‌یافت PDK و پلاستیک های مرتبط طراحی شده باشد، بهتر خواهیم توانست پلاستیک ها را از زیر زمین و اقیانوس ها پاکسازی کنیم.

این یک مقطع زمانی شگفت انگیز است که ما در مورد نحوه طراحی مواد و تجهیزات پلاستیک های بازیافت پذیر فکر می کنیم تا پلاستیگ های چرخشی را وارد بازار کنیم.»

محققان قصد دارند پلاستیک های PDK را در کاربردهای مختلف از جمله منسوجات، فوم های حرارتی و عایق و همچنین پرینترهای سه بعدی توسعه دهند. ضمن اینکه آنها به دنبال گسترش فرمولاسیون این نوع پلاستیک به کمک افزودن مواد گیاهی پایدار دیگر هستند.

آلودگی پلاستیکی دلیل مرگ باکتری تولید کننده اکسیژن

تازه ترین یافته ها نشان می دهد که آلودگی پلاستیکی در اقیانوس ها، سبب از بین رفتن باکتری هایی شده است که بیش از ۱۰ درصد اکسیژن کره زمین را تولید می کنند.

تاکنون برخی برآوردها حاکی از آن بود که آلودگی پلاستیکی باعث خسارت اقتصادی ۲٫۵ تریلیون دلاری در سال است که در نتیجه آن، عملا تمامی صنایع مرتبط به این بخش مختل می شود.

حالا محققان در تازه ترین بررسی های خود دریافته اند که آلودگی پلاستیکی در اقیانوس ها با آسیب رساندن به برخی میکروارگانیسم های بسیار کوچک اما ضروری، می توانند زمینه مرگ سیاره سبز را فراهم کنند. بررسی ها نشان می دهد که این باکتری های کوچک، به تنهایی ۱۰ درصد از اکسیژن مورد نیاز زمین را تامین می کنند.

این پژوهش نشان داد مواد شیمیایی که از زباله های پلاستیکی شناور در اقیانوس به دست می آیند، ممکن است سبب از بین رفتن پروکلوروکوکوس (Prochlorococcus) شوند. این موجودات مهمترین تولید کننده های اکسیژن هستند.

نویسنده اصلی این مقاله، دکتر «ساشا تیتو» از دانشگاه مک کواری سیدنی استرالیاست که می گوید:

«اخیرا متوجه شده ایم که قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی که از صافی آلودگی پلاستیکی عبور کرده اند، موجب کاهش رشد پروکلوروکوکوس ها و تولید اکسیژن این باکتری ها می شود که از قضا فراوان ترین باکتری های فوتوسنتز کننده اقیانوس ها محسوب می شوند.»

تخمین زده می شود که ۳ اکتیلیون (۱۰ به توان ۲۷) پروکلوروکوکوس در اقیانوس های سراسر جهان زندگی می کنند. برای درک بزرگی این عدد، بهتر است بگوییم که تقریبا ۷٫۵ میلیارد انسان در کره زمین زندگی می کنند. به ازای هر نفر، ۴۰۰ پروکلوروکوکوس وجود دارد.

محققان در ضمن این پژوهش، بخش هایی از PVC و پلاستیک معمولی PE را به مدت ۵ روز در آب های مصنوعی قرار دادند (منظور از آب مصنوعی، مقیاس آزمایشگاهی است.)

در طی این آزمایش چندین گونه پروکلوروکوکوس بررسی شد و سرانجام یافته ها نشان داد که  میزان رشد و تولید اکسیژن این میکروارگانیسم ها کاهش یافته است. حتی در یکی از موارد، یک گونه از این پروکلوروکوکوس فقط با گذشت ۲۴ ساعت از قرار گرفتن در کنار پلاستیک ها، تولید اکسیژن خود را به صفر رساند.

آلودگی پلاستیکی دلیل مرگ باکتری تولید کننده اکسیژن

نتیجه ای که از این پروژه به دست آمد، نشان می دهد که قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی مصنوعی می تواند مانع رشد باکتری ها و توانایی آنها در فتوسنتز شده که می تواند تغییراتی در ژنوم این باکتری ها را در پی داشته باشد.

دکتر مور، از جمله نویسندگان این مقاله می گوید:

«این باکتری های بسیار ریز برای انجام زنجیره های غذایی دریا حیاتی هستند و به چرخه کربن کمک می کنند. تخمین زده می شود که ۱۰ درصد از نیاز کره زمین به اکسیژن، توسط این موجودات بسیار کوچک تامین شود.»

در حقیقت به ازای هر ۱۰ مولکول O2 که تنفس می کنیم، یکی را این موجودات بسیار ریز تولید کرده اند.

اگر چه برخی از کشورها در سراسر جهان برای کاهش یا توقف استفاده از پلاستیک های زیست تخریب ناپذیر تلاش هایی را انجام داده اند، اما میزان پلاستیک های موجود در اقیانوس ها همچنان در حال افزایش است.

برآوردها نشان می دهد که تا سال ۲۰۵۰، وزن کلی پلاستیک های موجود در اقیانوس ها حتی از آبزیان هم بیشتر شود. ضمن آنکه خسارات اقتصادی آلودگی پلاستیکی از نهادهای گوناگون، رقمی بین ۱۳ میلیارد تا ۲٫۵ تریلیون دلار در سال را اعلام می کنند.

تعدادی از کشورهای توسعه یافته در نقاط مختلف جهان تصمیم گرفته اند از گسترش آلودگیپلاستیک ها جلوگیری کرده و یا آن را به حداقل برسانند که اقدام قابل تحسینی است.

با این همه اما دکتر تیتو، نویسنده این مقاله، عقیده دارد که تاثیر این آلودگی ها به مراتب فراتر از زندگی آبزیان خواهد بود.

اطلاعات به دست آمده نشان می دهد که آلودگی پلاستیکی ممکن است اثرات اکوسیستمی گسترده تری فراتر از این پروکلوروکوکوس ها داشته باشد و روی گونه هایی همچون مرغ دریایی و لاک پشت ها، اثرات مخرب بر جای بگذارد.

به نظر شما چه راهکاری برای کاهش آلودگی پلاستیکی در کشور ایران قابل انجام است؟ ما چه سهمی از این آلودگی ها داریم و چگونه می توانیم آن را کاهش دهیم؟

 

کافئین راهی برای تقویت انرژی سلول های خورشیدی

دانشمندان در تازه ترین دستاورد خود موفق شدند با افزودن کافئین به ماده جذب کننده نور خورشید در سلول های خورشیدی، کارایی این سلول ها را افزایش دهند.

محققان دانشگاه کالیفرنیا و سولارگیگا انرژی در چین توانستند به این نتیجه برسند که کافئین سبب افزایش کارایی تبدیل نور به الکتریسیته در سلول های خورشیدی می گردد.

نتایج آزمایشات این گروه که در مجله معتبر Joule چاپ شده، ممکن است این تکنولوژی انرژی تجدیدپذیر مقرون به صرفه را قادر سازد تا در بازار با سلول های خورشیدی سیلیکونی رقابت کند.

ایده استفاده از کافئین در سلول های خورشیدی از یک لطیفه خنده دار درباره قهوه صبحانه آغاز شد. یکی از دانشجویان این پروژه، «جینگ جیانگ» مطرح می کند:

«وقتی یکی از روزها داشتیم درباره سلول های خورشیدی پروسکایتی صحبت می کردیم، رویی وانگ، یکی از استادان ما گفت:

«اگر برای افزایش انرژی به قهوه احتیاج داریم، پس پروسکایت چه؟» آیا آن هم برای عملکرد بهتر به قهوه نیاز دارد؟»

این نظر بی مقدمه باعث شدن تیم به یاد بیاورد که کافئین موجود در قهوه، ترکیبی آلکالوئیدی دارد که ساختارهای مولکولی را در بر می گیرد. این ساختار می تواند با پیش سازهای مواد پروسکایتی تعامل ایجاد کند؛ ترکیباتی با ساختار بلوری خاص که لایه گیرنده نور را در گروهی از سلول های خورشیدی تشکیل می دهند.»

نتایج گذشته پژوهشگران برای افزایش پایداری حرارتی این سلول های خورشیدی شامل تقویت لایه پروسکایتی با وارد کردن ترکیباتی نظیر دی متیل سولفواکسید بوده است. محققان برای تقویت کارایی سلول ها و پایداری بلند مدت آنها تلاش کرده بودند؛ اما کسی در این زمینه کافئین را در نظر نگرفته بود.

در این زمان محققان که تصور کردند شاید در مسیر کشف چیزی قرار گرفته باشند، قهوه های خود را کنار گذاشتند و بررسی بیشتر را آغاز کردند.

کافئین راهی برای تقویت انرژی سلول های خورشیدی

آنها کافئین را به لایه‌ پروسکایتی ۴۰ سلول خورشیدی اضافه کردند و از طیف‌ سنجی مادون‌ قرمز که از اشعه‌ مادون ‌قرمز برای شناسایی ترکیبات شیمیایی استفاده می‌ک ند، برای تعیین این موضوع استفاده کردند که کافئین به ‌طور موفقیت‌ آمیزی با مواد پیوند خورده است یا نه.

آنها با انجام آزمایش ‌های طیف‌ سنجی مادون قرمز بیشتر مشاهده کردند گروه ‌های کربونیل در کافئین با یون‌ های سرب موجود در لایه ارتباط برقرار کرده و قفل مولکولی تشکیل داده است. این تعامل موجب افزایش حداقل مقدار انرژی مورد نیاز برای واکنش لایه‌ پروسکایت و افزایش کارایی سلول خورشیدی از ۱۷درصد به بیش از ۲۰درصد شد.

در حالی‌که به‌ نظر می‌ رسد کافئین به ‌طور چشمگیری موجب بهبود عملکرد در سلول‌ هایی می‌شود که در آن‌ها از پروسکایت برای جذب نور خورشید استفاده می‌ شود، پژوهشگران معتقدند این روش برای دیگر انواع سلول ‌های خورشیدی مفید نیست.

کافئین به‌‌دلیل ساختار مولکولی منحصر ‌به ‌فردش فقط می ‌تواند با پیش‌ساز‌های پروسکایت تعامل برقرار کند؛ موضوعی که ممکن است موجب شود این نوع از سلول‌ های خورشیدی در بازار تاحدودی از دیگر نمونه‌ها پیش بیفتند.

به‌طور کلی سلول‌های خورشیدی پروسکایتی ارزان‌ تر است و در مقایسه ‌با همتاهای سیلیکونی خود قابلیت انعطاف بیشتری دارند. علاوه ‌بر ‌این، تولید آن‌ها نیز ساده ‌تر است. سلول ‌های پروسکایتی را می ‌توان از پیش‌سازهای محلول تولید کرد. وانگ معتقد است با انجام پژوهش‌ های بیشتر کافئین ممکن است بتواند به تولید در مقیاس وسیع سلول‌ های خورشیدی پروسکایتی کمک کند.

پژوهشگران در ادامه‌ کار قصد دارند برای تقویت بیشتر سلول ‌های خورشیدی، ساختار شیمیایی مواد پروسکایتی را بررسی کنند که کافئین با آن‌ها ادغام شده و بهترین مواد محافظ را برای پروسکایت شناسایی کنند.

کشف حالت فیزیکی جدید بین مایعات و جامدات

محققان با انجام آزمایش روی پتاسیم موفق به کشف حالت فیزیکی جدید شدند که اتم های آن به شکل همزمان جامد و مایع است.

آنها برای این پژوهش، رفتار ۲۰۰۰۰ اتم پتاسیم را در شرایط سخت شبیه سازی کردند که دستاورد ارزشمند آنها، کشف حالت فیزیکی جدید بود.

یکی از دلایل رسیدن به چنین پدیده مهمی این بود که دانشمندان می خواستند ببینند آیا حالت فیزیکی مشخصی وجود دارد که ساختار اتم ها در حال گذر میان چندین حالت مثل جامد، گاز یا مایع باشد یا خیر.

در این سری از آزمایشات، شرایط سختی چون فشار و دمای بالا روی فلزات ساده جدول تناوبی اعمال شد و از شبیه سازی های کامپیوتری نیز برای بررسی حالت جدید استفاده شد.

محققان دانشگاه اسکاتلند معتقدند که این حالت فیزیکی جدید برای چند عنصر دیگر مثل سدیم یا بیسموت وجود دارد و قرار است بزودی آزمایشاتی بر روی آنها صورت بگیرد.

تا قبل از این دستاورد، مشخص نبود که چنین حالتی از پایداری مناسب برای مطرح شدن به عنوان حالت مجزا برخوردار است یا خیر. اکنون با شبیه سازی رفتار ۲۰ هزار اتم، محققان ثابت کرده اند که این حالت به قدر کافی پایدار است و باید نام جدیدی برای آن در نظر گرفت.

کشف حالت فیزیکی جدید بین مایعات و جامدات

 

سرپرست این پروژه، دکتر آندریاس هرمان است که درباره کشف حالت فیزیکی جدید می گوید:

«پتاسیم یکی از ساده ترین فلزاتی است که می شناسیم. نکته جالب اما اینجاست که اگر آن را فشار دهید، ساختار بسیار پیچیده ای به خود می گیرد. تحقیقات ما نشان می دهد که در چنین حالتی پتاسیم شکل فیزیکی عجیب اما پایداری به خود می گیرد که هم جامد است و هم مایع.»

طبق نتایج به دست آمده از این تیم تحقیقاتی، واکنش های میان اتم های این فلز سبب می شود که قسمتی از آنها حالت جامد بگیرند و قسمتی دیگر هم به حالت مایع تبدیل شوند.

دانشمندان باور دارند که کشف جدید آنها موارد استفاده از ماده هایی با این خصوصیات را بالا می برد و متخصصان می توانند از این حالت جدید برای جنس اولیه تولیدات خاص خود بهره بگیرند.