أكثر استدامة من البلاستيك.. تطوير مادة خفيفة ومتينة وقابلة للتحلل ذات تطبيقات عديدة | علوم

تمثّل المادة الجديدة تقدما نحو بدائل قوية للبلاستيك العادي لأنها قابلة للتحلل الحيوي بالكامل، وقد تعمل كبديل صديق للبيئة، ويمكن أن تساعد في معالجة مشاكل التلوث، ولذلك فهي مفيدة في العديد من التطبيقات.

رغم أن المواد القوية والقابلة للتحلل المصنوعة من البوليمرات المشتقة من النباتات وغيرها من المصادر غير البترولية قطعت شوطا طويلا في السنوات الأخيرة، إلا أنها لا تزال تستغرق وقتا طويلا لتتحلل، ولهذا، طوّر الباحثون مادة متينة وخفيفة الوزن مصنوعة من مكونات طبيعية مثل السليلوز ونشارة الخشب والكحول السكري يمكن استخدامها في أغراض متعددة.

ووفقا لدراسة نُشرت في مجلة “إيه سي إس سستينبال كيمستري أند إنجينيرنغ” (ACS Sustainable Chemistry & Engineering)، فالمادة الجديدة أكثر صلابة من المواد البلاستيكية البترولية وبمجرد سحقها ورشها بالماء، فإنها تتحول إلى سكريات وسماد، لذا فهي صديقة للبيئة وأكثر استدامة.

نوع جديد من المواد الصلبة

أنشأ الباحثون نوعا جديدا من المواد الصلبة متينة وخفيفة الوزن تتحلل عند الطلب من “الأيزومولت” (Isomalt) مع إضافات طبيعية مثل السليلوز أو نشارة الخشب أو دقيقه.

والأيزومولت هو كحول سكري، ومركب بلوري أبيض منخفض الرطوبة وعديم الرائحة، وهو مُحلٍ بديل للسكر يتم استخلاصه من الشمندر السكري، ولكنه أقل حلاوة من السكروز (55% من حلاوة السكروز)، ويعد مكونا رئيسيا في العديد من الصناعات الغذائية مثل العلكة والشوكولاتة والمخبوزات وسكاكر معالجة السعال.

وتم اكتشاف الأيزومولت خلال الستينيات ويحتاج إلى التسخين لتشكيله أو صبه في القوالب لتزيين الحلويات، ويستخدم في صنع الحلوى الخالية من السكر لأن جسم الإنسان لا يهضمه، ولهذا تمت الموافقة على استخدامه بديلا من السكر في الأطعمة والمشروبات في الولايات المتحدة منذ عام 1990.

مواد أكثر صلابة من البلاستيك وأخف وزنا

باستخدام الأيزومولت، يمكن تصنيع حلويات هشة تذوب بسرعة في الماء. لذلك، أراد سكوت فيليبس -من مدرسة ميكرون لعلوم وهندسة المواد، جامعة ولاية بويز، بالولايات المتحدة الأميركية- وزملاؤه تعزيز متانة الأيزومولت بإضافات طبيعية لإنشاء مادة قوية تتحلل عند الطلب.

ووفقا لما جاء في البيان الصحفي المنشور على موقع “فيز دوت أورغ” (Phys.org) في 12 أبريل/نيسان الجاري فقد قام الباحثون بتسخين الأيزومولت فتحوّل إلى حالة شبيهة بالسائل وأضافوا عليه السليلوز، أو السليلوز ونشارة الخشب، أو دقيق الخشب لإنتاج 3 مواد مختلفة.

بعد ذلك، باستخدام معدات تصنيع البلاستيك التجارية، تم تشكيل المادة في أشياء مختلفة، بما في ذلك الكرات، وقطعة الشطرنج وصحون على شكل زهرة.

وضاعفت جميع الإضافات المختبرة قوة الأيزومولت، مما أدى إلى إنتاج مواد أكثر صلابة من البلاستيك لكنها أخف وزنا، وصمدت الصحون المصنوعة من المادة، والمطلية بطبقات عازلة للماء من أسيتات السليلوز، تحت الماء لمدة تصل إلى 7 أيام. مع ذلك، بمجرد كسر الصحون وتشقق الغلاف، تتفكك العينات بسرعة وتذوب في الماء في غضون دقائق.

وفي التجارب، قام الفريق أيضا بشكل متكرر بسحق الأشياء المطلية وغير المطلية وإعادة تدويرها في أشياء جديدة لا تزال قوية مثل العناصر الأصلية.

ويقول الباحثون إنه يمكن استخدام هذه المادة في أغراض الخدمات الغذائية والديكور المؤقت، ثم سحقها ورشها بالماء لتفتيتها، لكن حتى لو تم إلقاء هذه العناصر ببساطة في سلة المهملات أو دخلت البيئة بطريقة ما، فبعد أدنى صدع في الطلاء ستبدأ المادة في الانهيار إلى السكريات والمضافات النباتية، والتي قد تكون مفيدة للتربة.

تطبيقات أخرى محتملة

التطبيقات المحتملة لهذه المادة متنوعة، حيث يمكن استخدامها لتغليف المواد الغذائية والأواني التي تستخدم لمرة واحدة ويمكن استخدامها أيضا للزينة المؤقتة، مثل زينة المائدة للحفلات. ويمكن استخدامها في التطبيقات الزراعية، مثل طلاءات البذور التي تذوب وتطلق المغذيات في التربة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدامها كخيوط للطباعة ثلاثية الأبعاد، وللتطبيقات الطبية، مثل الخيوط الجراحية التي تذوب عند الطلب.

وتمثل المادة الجديدة تقدما نحو بدائل قوية للبلاستيك العادي لأنها قابلة للتحلل الحيوي بالكامل، وقد تعمل كبديل صديق للبيئة، ويمكن أن تساعد في معالجة مشاكل التلوث، ولذلك فهي مفيدة في العديد من التطبيقات التي تحتاج لعناصر مؤقتة أو التي يمكن التخلص منها، ويمكن أن تقلل من كمية النفايات البلاستيكية التي يمكن أن تستغرق وقتا طويلا لتتحلل في البيئة.