پلاستیک های پتروشیمی، یکی از بزرگترین اختراعات بشر هستند و به یک صنعت ضروری در زندگی انسان تبدیل شده اند که در برابر تجزیه شیمیایی و طبیعی مقاوم هستند. رشد جمعیت انسانی و افزایش مصرف سالیانه پلاستیک باعث تجمع مقادیر زیادی از این زباله های غیر قابل تجزیه در محیط زیست شده و مشکلات زیست محیطی زیادی ایجاد کرده است.

امروزه پلاستیک ها کاربرد فراوانی در زمینه های گوناگون مانند پزشکی، بسته بندی و ... دارند و به حدی استفاده از آن ها گسترش یافته که حذف این ماده را از صنعت ناممکن کرده است.

بنابراین محققان علوم زیستی همواره در پی تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر از منابع تجدید شونده مثل سازواره ها و گیاهان به عنوان یک راه حل جایگزین هستند. به طور کلی بیوپلاستیک ها از پلیمرهای زیست تخریب پذیری که از منابع تجدیدپذیر مانند پلی ساکاریدها حاصل شدند، تولید می شوند و در طی فرآیند تجزیه زیستی، پلیمرها به اجزای ساده آنها شکسته می شود و از طریق چرخه های عنصری مانند چرخه های کربن و نیتروژن به دی اکسید کربن، آب و زیست توده تحت شرایط هوازی و هیدروکربن ها، متان و زیست توده در شرایط بی هوازی تبدیل می شوند.

از دهه 50، به علت بحران نفتی و جنبش های محیط زیستی تولید بیوپلاستیک ها گسترش یافت و امروزه شرکت های بزرگی به عنوان تولید کنندگان پیشرو در صنعت تولید بیوپلاستیک PLA در ایالت متحده آمریکا معرفی می شوند و سالانه حدود 140 میلیون تن PLA تولید می کنند.

پلاستیک های قابل تجزیه شامل دو نوع هستند گروه اول پلاستیک هایی هستند که به طور ذاتی خاصیت تخریب پذیری دارند و به دلیل ساختمان شیمیایی خاصی که دارند به وسیله باکتریها، آب یا آنزیم ها در طبیعت تخریب می شوند، مانند پلی الکتیک اسیدهایی که از اسید الکتیک تولید می شوند. پیش بینی می شود این نوع پلاستیک ها، به علت برتری هایی که دارند، در آینده به رقیب بسیار جدی برای پلاستیک های متداول امروزی بدل شوند.

گروه دیگر از این پلاستیک های قابل تجزیه آمیزه هایی هستند که در آنها یک ماده تخریب پذیر مانند نشاسته به یک پلاستیک متداول مثل پلی اتیلن اضافه شده و سرعت تخریب پلاستیک را افزایش می دهد. البته این نوع پلاستیکها با اینکه کمک زیادی به کاهش زباله های پلاستیکی کرده اند، جایگاه چندان محکمی ندارند؛ زیرا در آنها همچنان از پلاستیک های متداول تخریب ناپذیر استفاده شده و استفاده بیش از اندازه از مواد تخریب پذیر باعث تضعیف ویژگی های پلاستیک می شود.

پلیمرهای بیوسنتیک لازم برای ساخت پلاستیک های زیست تخریب پذیر می تواند از روش های گوناگون با ترکیبات مونومری متفاوت تولید شود. برخی از آنها به طور مستقیم از توده زیستی گیاه می شوند و عمدتا شامل سلولز، نشاسته، انواع پروتئین ها، فیبر و چربی های گیاهی هستند و به عنوان شالوده مواد پلیمری و محصولات طبیعی کاربرد دارند.

دسته دیگر موادی هستند که پس از انجام فرآیندهایی مانند تخمیر و هیدرولیز می توانند به عنوان مونومرهای مورد نیاز صنعت بیوپلاستیک صنعتی رو به رشد استفاده شوند. مهم ترین مثال این نوع از پلاستیک ها PLA و PGA ها هستند که به ترتیب از مونومرهای اسید الکتیک و آیدیر اسیدگلیکولیک حاصل از تخمیر نشاسته حاصل شده اند. 

مهمترین ترکیبات زیستی که امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته اند، مونومرهای زیستی هستند که توسط موجودات زنده به پلیمر تبدیل می شوند؛ باکتریها از جمله موجوداتی هستند که این دسته از مواد را به صورت گرانول هایی در پیکره سلولی خود تولید می کنند.

PHA ها از جمله مهم ترین ترکیباتی هستند که توسط برخی میکروبها مانند Eutrophus، Alcaligenes و Cyanobacteria تولید می شوند که تا 80 % از توده زیستی خود قادر به انباشتن هستند متاسفانه هزینه تولید این پلاستیک های زیست تخریب پذیر تقریبا 10 برابر هزینه تولید پلاستیک های معمولی است. با وجود مزایای بی شمار زیست محیطی این پلاستیک ها مثل تجزیه کامل آنها در خاک طی چند ماه، هزینه بالای تولید آنها از لحاظ اقتصادی اصلا به صرفه نبود، بنابراین از آنها اغلب در صنعت پزشکی برای تولید بافت مصنوعی بهره برداری شد به این صورت که با وارد کردن این پلاستیک ها در بدن، آنها به تدریج تجزیه شده و بدن بافت طبیعی را در قالب پلاستیک وارد شده دوباره بازسازی می کند.

هزینه تولید  PHAها با تولید آنها در گیاهان تراریخته و کشت وسیع در زمین های کشاورزی به نحو قابل ملاحظه ای کاهش خواهد یافت. مهمترین مشکل لاینحل باقی مانده در بخش فنی این پروژه، نحوه استخراج این پلیمر از بافتهای گیاهی با روشی کم هزینه و کارآمد است. مشکل دیگر در زمینه PHB است که در حقیقت مهمترین گروه از PHA ها بوده ولی متاسفانه شکننده است و در نتیجه برای بسیاری ازکاربردها مناسب نیست.

نخستین شرکت ایرانی فعالیت خود را در زمینه تولید پلیمرهای زیست تخریب پذیر بر پایه گیاهی نشاسته ذرت و کیسه های زیست تخریب پذیر پایه گیاهی از سال 1390 آغاز کرد و در حال حاضر با به کارگیری آخرین تکنولوژی های صنعت پلیمر و ماشین آلات مدرن روز، تامین کننده کیسه های خرید زیست تخریب پذیر تمامی میادین میوه و تره بار شهر تهران، فروشگاه های زنجیره ای و کیسه های زباله تجزیه پذیر مناطق شهرداری است.

امروزه پلاستیک ها در تولید انواع فرآورده های صنعتی، از صنعت خودرو سازی گرفته تا دنیای پزشکی، بسیار کاربردی هستند و تنها در ایران به طور متوسط سالانه قریب به 600 هزار تن پلاستیک مصرف می شود. اما این مواد به عنوان زباله های مقاوم به تجزیه میکروبی، چالشهای زیست محیطی پیچیده ای به وجود آورده اند.

استفاده از پلیمرهای صنعتی باعث به وجود آمدن مشکلاتی از قبیل دفن پسماندهای جامد و همچنین گرم شدن کره زمین می شود. تا کنون تعداد زیادی از پلاستیک های میکروبی نیز در جهان تولید شده است اما تولید آنها به علت عواملی چون بالا بودن قیمت سوبسترا و محصول دهی کم به صورت محدود انجام گرفته و باعث شده تا این گروه از پلیمرها نتوانند با سایر پلاستیک ها رقابت داشته باشند.

بر اساس یکی از مطالعات انجام گرفته هزینه قابل توجه مواد اولیه علت اصلی بالا بودن قیمت پلاستیک های قابل تجزیه در مقایسه با پلاستیک های معمولی عنوان شده است. با توجه به قابلیت بازیابی اکثر پلیمرها، می توان مواد پلاستیکی را پس از مصرف و دور انداختن مجددا طی فرآیند بازیافت مورد استفاده قرار داد.

سیمین مظاهری

کارشناس ستاد توسعه زیست‌فناوری معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری

منبع: isti.ir

پایان پیام/23