بيتسبرغ ، بنسلفانيا - يعمل الكيميائيون على إيجاد طرق "تخضير" بيئتنا من خلال إنشاء مواد تتحلل ، وليست قمامة طويلة العمر. كشف اثنان من المراهقين الآن عن مساهماتهما المبتكرة. لقد صنعوا اللدائن من مكونات هي نفسها نفايات (وليست الهيدروكربونات القائمة على الوقود الأحفوري المستخدمة في معظم أنواع البلاستيك).
لطالما اعتبرت المواد البلاستيكية مواد عجيبة. إنها تزن قليلًا ، وتكلفة نسبيًا ولديها مجموعة واسعة من الاستخدامات المحتملة. كما يستمر الكثير إلى الأبد تقريبًا. هذه السمة الأخيرة هي نعمة على حد سواء و لعنة.
في العديد من الأماكن ، يلوث البلاستيك البيئة. العديد من الطرق وشوارع المدينة مليئة بالأكياس وأنواع أخرى من الحطام البلاستيكي. مناطق كبيرة من البحار المفتوحة مليئة بقطع صغيرة من البلاستيك. تعمل مدافن النفايات على زيادة الدهون باستخدام المواد البلاستيكية المهملة. تظهر أجزاء من البلاستيك في أعمق وأبعد المناطق في المحيط - وفي أحشاء الأسماك.
للمساعدة في الحد من تراكم النفايات ، كان الباحثون يستكشفون طرقًا لجعل المواد البلاستيكية تتحلل بيولوجيًا . تعتمد هذه الاستراتيجيات على الميكروبات في البيئة للمساعدة في هضم النفايات - وتقسيمها - إلى مواد أبسط. يقترح الباحثون أن أحد مفاتيح النجاح هو صنع البلاستيك من شيء آخر غير المنتجات البترولية.
أنجلينا أرورا ، 15 عامًا ، طالبة بالصف الحادي عشر في مدرسة سيدني الثانوية للبنات في سيدني ، أستراليا. محمد عرفة وجاسين زكي ، كلاهما 18 عامًا ، طلبا الصف الثاني عشر في مدرسة 6 أكتوبر STEM Egypt في الجيزة ، مصر. ارتقى الثلاثة إلى مستوى التحدي المتمثل في تصميم مواد بلاستيكية صديقة للبيئة ستتحلل بشكل طبيعي في البيئة.
وصف الثلاثة أيضًا البلاستيك الحيوي الجديد الخاص بهم هنا ، قبل ثلاثة أسابيع ، في معرض إنتل الدولي للعلوم والهندسة (ISEF). وكانوا من بين ما يقرب من 1800 متسابق نهائي من 81 دولة ومنطقة ومنطقة. حصل الفائزون مجتمعين على حوالي 5 ملايين دولار هي جوائز ومنح دراسية.
حصل حوالي واحد من كل ثلاثة متسابقين نهائيين على نوع من الجوائز. كانت أنجلينا جزءًا من تلك المجموعة. عن مشروعها ، حصلت على جائزة المركز الرابع في الهندسة البيئية. جاء من مؤسسة إنتل وقيمت قيمته بـ 500 دولار. حصلت أنجلينا أيضًا على منحة دراسية من جامعة ولاية أريزونا.
أنشأت جمعية العلوم والجمهور ISEF في عام 1950 وهي تدير الحدث منذ ذلك الحين. (تدير الجمعية أيضًا أخبار علمية للطلاب وهذه المدونة.) رعت إنتل مسابقة هذا العام.
بلاستيك من البحر
الشرح:ما هي البوليمرات؟
الروبيان لذيذ ، ولهذا يأكل الناس ملايين الأطنان منه كل عام. ما الذي لا يستطيع الناس تأكل ، ومع ذلك ، هي قذائف الحيوانات القاسية. فهي مليئة بمادة تسمى الكيتين (KY- تين). يتطور عندما تأخذ تفاعلات كيميائية داخل خلايا معينة جزيئات الجلوكوز ، سكر بسيط ، وتربط جزيئات أخرى بها - ثم توتر الوحدات الناتجة في جزيء طويل. يُعرف باسم البوليمر. يشكل البوليمر المرن والمرن نظام الدعم الخارجي للجمبري (على غرار تلك الموجودة على الحشرات). إنه معروف باسم الهيكل الخارجي.
تلاحظ أنجلينا أن قشور الجمبري عادة ما تذهب سدى. لكنها توصلت إلى طريقة لاستخدامها في بلاستيك. أولاً ، تطحن الأصداف إلى مسحوق. ثم تنقع المسحوق في الحمض. هذا يزيل بعض المعادن التي كانت في القشرة. وهي الآن تنقع ما تبقى في حمام قلوي لإزالة المعادن الأخرى. وتقول إن الشيء الوحيد المتبقي بعد هذه الخطوة هو مادة الكيتين النقي إلى حد كبير.
يحتوي بلاستيك أنجلينا أيضًا على مادة تسمى فيبروين . إنه بروتين في الحرير خلقته العناكب. إنه أيضًا جزء كبير من الحرير الموجود في الشرانق الذي تغزله يرقات بعض الحشرات. بالنسبة لمشروعها ، حصلت المراهقة على الفيبروين من شرانق دودة القز منخفضة الجودة. عادةً ما يتم استخدام أفضل الشرانق فقط للحرير المستخدم في صناعة القماش ، على حد قولها. الباقي ، مثل قشور الجمبري ، غالبًا ما يتم التخلص منه كنفايات.
بالنسبة للبلاستيك ، مزجت أنجلينا الكيتين والفبروين. ثم ضغطت الخليط في أوراق رقيقة واتركها تجف.
كانت النتائج رائعة. كانت صفائح البلاستيك الحيوي لديها أقوى من 90 في المائة من البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE). هذا هو البلاستيك المستخدم في صنع العديد من أكياس التسوق في متاجر البقالة ، من بين أشياء أخرى. وتضيف أن الزيادة الطفيفة في سمك البوليمر الخاص بها يجب أن ينتج عنها أكياس بنفس قوة تلك المستخدمة الآن.
ولكن على عكس تلك المصنوعة من البولي إثيلين المنخفض الكثافة ، يجب ألا تولد الأكياس المصنوعة من بلاستيك أنجلينا كميات كبيرة من القمامة طويلة العمر. في الواقع ، أظهرت اختباراتها أن البلاستيك الحيوي الخاص بها يذوب في مياه البحر أسرع بمليون مرة من LDPE. لذا ، فإن أي أكياس انتهى بها المطاف في المحيط يجب ألا تبقى إلى الأبد حتى تأكلها الكائنات البحرية. وبدلاً من ذلك ، سيحلون في غضون خمسة أسابيع تقريبًا.
بلاستيك من شجرة
معظم المواد البلاستيكية مصنوعة من مواد كيميائية مشتقة من البترول. يلاحظ محمد أن القليل من الميكروبات تأكل مثل هذه المواد البلاستيكية. لذلك ، لا تميل هذه المواد البلاستيكية إلى التحلل في البيئة. علاوة على ذلك ، يلاحظ أن هناك القليل جدًا من إعادة تدوير البلاستيك في مصر ، حيث يعيش. لمنع البلاستيك من شغل مساحة ثمينة في مكبات النفايات ، ابتكر هو وجاسين ، زميل الدراسة ، فكرة مادة قابلة للتحلل الحيوي مصنوعة من النباتات.
بدأ المراهقون بقشر الموز. يلاحظ محمد أنها مليئة بالنشا ، وهو بوليمر طبيعي. أضافوا في سائل حلو زلق يسمى الجلسرين (GLIH-sur-awl). إنه مادة كيميائية تجعل المواد ناعمة ومرنة. كان هدفهم هو صنع مادة بلاستيكية تدوم شهرين على الأقل. لذلك يخلط الطلاب أيضًا في مادة حافظة لمنع البلاستيك من التحلل بسرعة كبيرة. (تسمى هذه المادة الكيميائية ميتابيسلفيت الصوديوم.)
جرب محمد وجاسين عدة وصفات. ثم قارنوا قوتها ومرونتها مع تلك الموجودة في الحاويات المصنوعة من نوع من البلاستيك يشيع استخدامه للمياه المعبأة أو الحليب. جاءت أفضل النتائج عندما احتوى البلاستيك على أقل من 8 في المائة من الجلسرين.
لسوء الحظ ، كان البلاستيك الأفضل أداءً لا يزال بقوة ثلاثة أرباع البلاستيك الذي تستخدمه الشركات اليوم. لكي تكون الحاوية قوية مثل تلك المستخدمة الآن ، قد تحتاج إلى أن تصل إلى ضعف سمكها. يقول محمد وجاسين إن إضافة القليل من الصلصال قد يؤدي أيضًا إلى تقوية البلاستيك.
بشكل عام ، يعتقد المراهقون أن عروض البلاستيك الحيوي الجديدة واعدة. عندما دفنوا في التربة ، تحطمت الزجاجات التي صنعوها في أقل من 5 أشهر. لكن عند وضعها على الرف ، كانت الزجاجات قادرة على الحفاظ على شكلها وقوتها لمدة شهرين على الأقل قبل أن تبدأ في الانهيار. وحتى إذا كان هناك القليل من الصلصال في الوصفة ، فلن يضر البيئة عندما يتحلل البلاستيك في النهاية.
بشكل عام ، توفر المواد البلاستيكية الحيوية الأمل في تخضير البيئة ، وفقًا لتقرير هؤلاء العلماء الشباب.
متابعة يوريكا! معمل على Twitter
