استفاده از نور خورشید برای بازیافت پلاستیک‌های مقاوم‌تر

محققان با بهره‌گیری از نور خورشید موفق به تبدیل زباله‌های پلاستیکی بسیار مقاوم به مواد قابل بازیافت و مصرف مجدد شدند.

پلی استایرن سیاه که در تولید ظروف غذا، درب‌های قهوه و بسته‌بندی به طور گسترده‌ای کاربرد دارد، دارای فرآیند بازیافت پیچیده‌ای است. رنگ تیره این ماده، که از رنگدانه‌های کربن سیاه به وجود می‌آید، عملکرد اسکنرهای نوری در کارخانه‌های بازیافت را مختل کرده و به پیچیدگی بازیافت آن می‌افزاید.

پژوهشگران از دانشگاه‌های کرنل و پرینستون روش نوآورانه‌ای را ابداع کرده‌اند که با استفاده از نور خورشید و خود کربن سیاه، این زباله‌های دشوار را به مواد جدید قابل مصرف تبدیل می‌کند.

چالش‌های موجود در بازیافت پلی‌استایرن سیاه

با وجود افزایش ممنوعیت در استفاده از پلاستیک‌های یک‌بار مصرف، پلی استایرن سیاه همچنان رایج است. چالش‌های بازیافت این ماده ناشی از دو معضل عمده، شامل مشکلات مربوط به طبقه‌بندی و همچنین انرژی بر بودن فرآیند نابودی، می‌باشد.

اسکنرهای نوری که برای تفکیک پلاستیک‌ها در مراکز بازیافت مهم هستند، قادر به شناسایی پلی استایرن سیاه نیستند، زیرا این ماده به جای بازتاب نور، آن را جذب می‌کند. این مشکل، شناسایی و تفکیک خودکار این زباله‌ها را تقریبا غیرممکن می‌سازد.

علاوه بر این، برای شکستن پیوندهای مولکولی پلی استایرن به صورت سنتی لازم است آن را در دماهای بالای ۵۷۲ درجه فارنهایت (۳۰۰ درجه سانتی‌گراد) و در محفظه‌های بدون اکسیژن حرارت دهند. این روند به مراتب پرهزینه و ناکارآمد بوده و مناسب برای بازیافت در مقیاس بزرگ نیست.

یکی از روش‌های امیدوارکننده، تبدیل فتوترمال یا نورگرمایی است که در آن از نور برای گرم کردن پلاستیک‌ها با استفاده از ترکیب کمکی‌ای که توانایی تبدیل نور به گرمای موضعی را دارد، بهره می‌گیرد. با این حال، افزودن این ترکیبات می‌تواند نگرانی‌هایی را درباره ایجاد زباله اضافی یا تغییر خواص اولیه پلاستیک‌ها ایجاد کند.

رویکردی نوین با اتکا به کربن سیاه

در این تحقیق، به جای استفاده از ترکیبات اضافی، پژوهشگران کربن سیاه موجود در پلی استایرن سیاه را به عنوان عامل گرمازا به کار گرفتند. این روش نه تنها نیاز به افزودنی‌های اضافی را از بین برد، بلکه از یک عنصر که قبلاً به عنوان مانع محسوب می‌شد، بهره‌برداری کرد.

در مشاهدات آزمایشگاهی، محققان موفق به تبدیل پلی استایرن سیاه به پودر ریز شدند و سپس آن را زیر نور‌های ال‌ای‌دی (LED) با شدت بالا قرار دادند. کربن سیاه با جذب نور، حرارت موضعی تولید کرد که باعث تجزیه پلی استایرن به مولکول‌های کوچک‌تری به نام استایرن گردید.

این استایرن‌ها همراه با باقیمانده کربن سیاه، سپس به پلی استایرن جدید بازسازی شدند و یک فرآیند بسته شکل گرفت.

پس از آزمایش این روش با ضایعاتی مانند ظروف و درب‌های غذا، نتایج بسیار امیدوارکننده‌ای مشاهده شد؛ به گونه‌ای که تا ۵۳ درصد از مواد دوباره به استایرن تبدیل شدند. با استفاده از نور خورشید متمرکز، بازده به ۸۰ درصد افزایش یافت و حتی ضایعات ترکیبی شامل پلی استایرن سیاه، زرد، قرمز و شفاف به بازده ۶۷ درصد در برابر نور خورشید بازیافت شدند.

گامی در جهت بازیافت پایدار پلاستیک

این روش با اتکای به نور خورشید و استفاده از مواد موجود، به طرز محسوسی مقرون به صرفه و پایدار است. نور متمرکز خورشید بیشترین کارایی را دارد و این فرآیند را برای مناطقی که دارای نور خورشید بالایی هستند، مناسب می‌سازد.

حتی در شرایطی که آلاینده‌هایی مثل روغن کانولا یا آب پرتقال بر روی پلاستیک وجود داشته باشد، این روش حداقل افت عملکرد و استحکام را به نمایش گذاشته است.

با توجه به چالش‌های مرتبط با طبقه‌بندی و مصرف انرژی زیاد در بازیافت پلی استایرن سیاه، این نوآوری گام مهمی در راستای کاهش زباله‌های دفن زباله به حساب می‌آید. علاوه بر این، می‌تواند به تسهیل بازیافت پلاستیک‌های رنگی دیگر که پردازش آن‌ها دشوار است کمک کند و ما را به سمت اقتصادی دایره‌ای در استفاده از پلاستیک‌ها هدایت کند.

با توجه به چالش‌های جدید زیست‌محیطی کنونی در رابطه با پلاستیک‌های یک‌بار مصرف، به کارگیری چنین راه‌حل‌هایی می‌تواند نقش بسیار مفیدی در مدیریت زباله‌های پلاستیکی ایفا کند.