نویسنده:مصطفی میرحاج

زندگی در جهانی بدون پلاستیک بسیار دشوار است. پلاستیک ها تقریباً در تولید هر نوع فراورده صنعتی، از صنعت خودروسازی گرفته تا دنیای پزشکی مورد استفاده قرار می گیرد. تنها در ایالات متحده آمریکا سالانه حدود پنجاه میلیون تن پلاستیک تولید می شود. با تغییر ساختمان این بسپارهای مصنوعی می توان پلاستیک هایی با شکل و استحکام متفاوت تولید کرد. این مواد، مقاومت شیمیایی بالایی دارند و بسیار با دوام اند. از این رو، در جامعه صنعتی اهمیت زیادی دارند.
همانطور که می دانید، هیچ چیزی کامل نیست و پلاستیک ها نیز از این قاعده مستثنا نیستند. این مواد به عنوان زباله های مقاوم به تجزیه میکروبی، مشکلات زیست محیطی زیادی را به بار آورده اند. پلاستیک ها علاوه بر این که مکان های دفن زباله را پر کرده اند، سالانه در حجمی معادل چند هزار تن وارد محیط های دریایی می شوند. تخمین زده می شود که هر سال یک میلیون جانور دریایی به علت خفگی حاصل از خوردن پلاستیک ها به عنوان غذا یا به دام افتادن در زباله های پلاستیکی از بین می روند.
در سال های اخیر، تلاش های قانونی برای جلوگیری از دور ریزی پلاستیک های غیر قابل تجزیه، افزایش یافته است.
این تلاشها فعالان صنعت پلاستیک را واداشته است تا به دنبال پلاستیک هایی باشند که مشکلات زیست محیطی کمتری دارند؛ پلاستیک هایی که با نور تجزیه می شوند، پلاستیک هایی که در ساختمان خود نشاسته دارند و پلاستیک های میکروبی.
ساختمان بسیاری پلاستیک هایی که تحت تأثیر نور تجزیه می شوند، در اثر پرتوهای فرابنفش (پس از چند هفته یا ماه) از هم می پاشند و آنها را مستعد تجزیه میکروبی می سازد. عیب این نوع پلاستیک ها این است که بسیاری از مکانهای دفن زباله نور کافی ندارند. از این رو، ساختمان این پلاستیک ها دست نخورده باقی می ماند و برای تجزیه میکروبی آماده نمی شود.
در پلاستیک های نشاسته ای، ملکول های نشاسته قطعات کوتاهی از پلی اتیلن را به هم متصل می سازند. وقتی این پلاستیک ها در مکانهای دفن زباله دور ریخته می شوند، باکتری های خاک به ملکول های نشاسته حمله می کنند و قطعات پلی اتیلن را برای تجزیه میکروبی رها می سازند. کمبود اکسیژن در مکانهای دفن زباله و اثر مهاری قطعات پلی اتیلن بر عملکرد باکتری ها، از جمله معایبی است که استفاده از این پلاستیک ها را محدود می سازد.
راه سومی برای خلاصی از شرّ پلاستیک های معمول پیشنهاد شده، استفاده از پلاستیک هایی است که به وسیله ی میکروبها یا به کمک آنها تولید می شوند. این پلاستیک ها که پلاستیک سبز نامیده شده اند، توجه زیادی را به خود معطوف داشته اند و به نظر می رسد که دوستان خوبی برای صنعت و طبیعت باشند.

سابقه ی تاریخی

در سال 1925 گروهی از دانشمندان کشف کردند که انواع زیادی از باکتریها بسیار پلی- B-هیدروکسی بوتیرات (PHB) را می سازند. PHB از هزاران ملکول هیدروکسی بوتیرات تشکیل شده که انتهای آنها به هم متصل است. PHB ذخیره چربی باکتری ها محسوب می شود و در شرایط سخت، به عنوان منبع کربن و انرژی به کار می رود.
در دهه ی هفتاد میلادی، تحقیقات نشان داده که PHB بسیاری از خواص پلاستیک های نفتی را دارد (مانند پلی اتیلن).
به این ترتیب، کم کم بحث استفاده از این بسپار به عنوان جایگزین مناسب برای پلاستیکهای تجزیه ناپذیر فعلی مطرح شد.

وضعیت فعلی

در حال حاضر، سه رویکرد برای تولید پلاستیکهای سبز مطرح است: تبدیل قندهای گیاه به پلاستیک، تولید پلاستیک درون میکروب ها و پرورش پلاستیک در ذرات و دیگر گیاهان زراعی.
در رویکرد نخست، قند حاصل از ذرت و گیاهان دیگر به پلاستیکی به نام پلی لاکتید (PLA) تبدیل می شود. میکروب ها قند را به اسید لاکتیک تبدیل می کنند. سپس، ملکولهای اسید لاکتیک به طریق شیمیایی به صورت زنجیرهای پلاستیک در می آیند.
در رویکرد دوم، خود میکروبها به طور مستقیم قند را به پلاستیک تبدیل می کنند. برای مثال، باکتری Ralstonia
eutropha قند را به پلاستیکی به نام پلی هیدورکسی آلکونات (PHA) تبدیل می کنند. این پلاستیک به صورت دانه هایی درون میکروب انباشته می شود. این دانه ها حتی می توانند تا 90 درصد جرم یک سلول را تشکیل دهند.
در رویکرد سوم، ژن هایی را که باعث تولید پلاستیک می شوند، وارد ژنوم گیاهان می کنند. به این ترتیب این گیاهان تراژن به کارخانه های تولید پلاستیک تبدیل می شوند. در سال 1992 گروهی از پژوهشگران میشیگان و دانشگاه مادیسون برای نخستین بار گیاه رشادی (Arabidopsis thaliana) را طوری دستکاری ژنتیکی کردند که توانست نوعی PHA تولید کند.
سال بعد، تولید PHA ی انعطاف پذیرتری در گیاه ذرت آغاز شد. برای اینکه پلاستیک با تولید مواد غذایی رقابت نکند، پژوهشگران بخش هایی از گیاه ذرت (برگها و ساقه ها) را که به طور معمول برداشت نمی شوند، مورد توجه قرار دادند. پرورش پلاستیک در این بخش ها به کشاورزان این امکان را می دهد که پس از برداشت دانه های ذرت زمین را برای برداشت ساقه ها و برگهای حاوی پلاستیک درو کند.
پژوهشگران در مورد افزایش مقدار پلاستیک در گیاهان و تغییر ترکیب آنها به منظور بهبود خصوصیات گیاهان، پیشرفت های چشمگیری داشته اند. وقتی این پیشرفت ها جداگانه مورد ملاحظه قرار می گیرند، امیدوار کننده به نظر می رسند اما دستیابی به پلاستیک های عالی و درعین حال، افزایش آن در گیاه بسیار دشوار است. کلروپلاست برگ بهترین مکان برای تولید پلاستیک محسوب می شود اما چون کلروپلاست محل جذب نور است، مقدار زیاد پلاستیک، فتوسنتز را مهار می کند و بازده محصول را کاهش می دهد. استخراج پلاستیک از گیاه نیز دشوار است. استخراج و جمع آوری پلاستیک به مقدار زیادی حلّال نیاز دارد. که باید پس از استفاده بازیافت شود. بر اساس جدیدترین تخمین ها، ساخت یک کیلوگرم PHA در گیاه ذرت در مقایسه با پلی اتیلن به سه برابر انرژی بیشتری نیازدارد. برای تولید PHA از طریق تخمیر میکروبی (رویکرد دوم) نیز همین مقدار انرژی مورد نیاز است.
چنین به نظر می رسد که PLA (رویکرد نخست) تنها پلاستیک با منشأ گیاهی است که امکان رقابت با پلاستیک های نفتی را دارد. تولید این پلاستیک به انرژی کمتری نیاز دارد و بازده تولید آن بالا و در حدود 80 درصد است. با وجود این مزایا، تولید این نوع پلاستیک در مقایسه با بسیاری از پلاستیک های نفتی، گازهای گلخانه ای بیشتری آزاد می کند.

دورنما

بر اساس تازه ترین تخمین ها ذخایر نفت تا 80 سال، گاز طبیعی تا 70 سال و ذغال سنگ تا 700 سال دیگر به اتمام خواهند رسید. البته، فشار اقتصادی ناشی از کمبود تدریجی این منابع (که به افزایش قیمت آنها می انجامد) زودتر احساس می شود. این مشکل و مشکل دفع پلاستیک های تجزیه ناپذیر دانشمندان را به جستجوی راه حل های طبیعی وا داشته است.
میکروب ها، پلاستیک های سبز را به طور کامل تجزیه می کنند. به علاوه، تغییر ساختمان ملکولی این پلاستیک ها به منظور تغییر خصوصیات آنها به سادگی امکان پذیر است. هر چند هنوز مشکلات اقتصادی بر سر جایگزینی پلاستیک های نفتی با پلاستیک های سبز وجود دارد اما تلاش فعالان عرصه دانش و صنعت به زودی به ثمر خواهد نشست و ما زمین پاکیزه تری خواهیم داشت.
* در آینده پس از برداشت دانه های ذرت، ساقه ها و برگ های برجای مانده به منظور استخراج پلاستیک از ساقه ها و برگها، بقایای گیاهی جهت تولید برق و بخار مورد استفاده قرار می گیرند.
به این ترتیب، ضرب المثل جدیدی وارد ادبیات جهان خواهد شد: یک تیر (بذر ذرت) و سه نشان (دانه ذرت، پلاستیک و برق).
* به جای استفاده از منابع تجدید نشدنی (مانند نفت) برای تولید پلاستیک، منابع تجدید شدنی (گیاهان و مواد گیاهی) برای تولید پلاستیک به کار گرفته می شوند.
* پلاستیک تجزیه شونده از منابعی بدست می آید که دی اکسید کربن را جذب می کنند. بنابراین، از شدت مشکلات زیست محیطی 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: نشریه پیام پزشک، شماره 57