کیمیاگری با زباله!

اکنون محققان خبر داده‌اند با تغییر دادن کارکرد یک جفت کاتالیزور، توانسته‌اند انواع پلی‌اتیلن‌ها را تجزیه و به سوخت‌های مایع و مواد شیمیایی به دردبخور دیگر تبدیل کنند. نمونه‌های سریع‌تر و پایدارتری از این کاتالیزورها در حال فراهم‌سازی است که به مدد آنان بشر خواهد توانست در مقیاسی وسیع به بازیافت پلاستیک‌های بی‌شمار پرداخته و از انباشتن زمین با آنها و نفوذش به دریاها جلوگیری کند.

پلی‌اتیلن، از ترکیب ریشه پُلی، به معنای چندین و اتیلن می‌آید که به نوعی به بلوک ساختارساز هیدروکربنی با دو اتم کربن، محاط در چهار اتم هیدروژن اطلاق می‌شود. کاتالیزورها میلیون‌ها قطعه از این اتیلن‌ها را در امتداد زنجیره‌ای طویل به هم وصل می‌کنند که می‌تواند خطی یا مشجر باشد. نحوه شکل‌گیری آن روی قوام، دوام و غلظت محصول نهایی اثرگذار است. در بیشتر موارد، پلی‌اتیلن‌های نهایی حالتی لخت و عاری از جنبش به خود گرفته و بشدت در مقابل فروپاشی مقاوم می‌شوند.

این پایداری ناشی از نکته‌ای ساده است: تمام رابطه‌های میان اتم‌ها، پیوندهای تکی هستند. پیوندهای تکی فوق‌العاده پایدار بوده و شکستن آنها واقعا سخت است. برای تغییر حالت موجود، ژیبین گوآن، از شیمیدانان دانشگاه کالیفرنیا با گروهی از محققان گرد هم آمدند تا دو کاتالیزور موجود را تغییر کاربرد بدهند. این کاتالیزورها را محققان دانشگاه کارولینای شمالی ساخته‌اند و عمدتا از آنها برای اتصال هیدروکربن‌های کوتاه، موسوم به آلکان به یکدیگر و تولید زنجیره‌های هیدروکربن بلندتر و باارزش‌تر استفاده می‌شد؛ زنجیره‌هایی مانند آنچه در سوخت دیزل وجود دارد.

وقتی این دو کاتالیست را به یک دسته آلکان کوتاه اضافه می‌کنند، اولین کاتالیزور، اتم‌های هیدروژن را از اتم‌های کربن مجاور در یک مولکول آلکان می‌زداید. دسته‌های شیمیایی آزاد شده به یکدیگر چسبیده و بین اتم‌های کربن مجاور یک ارتباط جفتی صورت می‌گیرد. این ارتباط‌های جفتی، ارتباطی ضعیف در زنجیره آلکان کوتاه پدید می‌آورند. کاتالیزور دوم از این ضعف برای گسستن زنجیره آلکان استفاده می‌کند. سپس آلکان‌های گسسته با یکدیگر واکنش نشان داده و شوربایی از آلکان‌های خیلی کوتاه و متوسط می‌سازند. نمونه‌های متوسط عموما 10 تا 12 کربن دارند که برای تولید سوخت دیزل ایده‌آل است.

سوال پیش آمده برای گوآن و هوآنگ این بود که آیا می‌توان این فرآیند را به شکل معکوس برای گسستن پلی‌اتیلن‌های بشدت طویلی به کار برد که ممکن است میلیون‌ها کربن در خود داشته باشند؟ برای فهمیدن جواب، انواع ضایعات پلی‌اتیلنی از جمله کیسه زباله را با آلکان‌های مایع کوتاه ترکیب کرده و سپس دو کاتالیزور را به آنها افزودند. این بار نیز، کاتالیزور اول هیدروژن را چه در زنجیره‌های بلند پلی‌اتیلن و چه در آلکان‌های کوتاه از اتم‌های کربن مجاور زدود تا ارتباط جفتی انجام بگیرد. دومین کاتالیزور نیز ملکول‌ها را گسسته و سپس ملکول‌های گسسته را به طور تصادفی به هم متصل کرد. نتیجه که در نشریه ساینس ادونسز (Science Advances به معنی پیشرفت‌های علم) منتشر شده این بود که کاتالیزورها تا آنجا به گسستن زنجیره‌ها ادامه می‌دهند که به اندازه زنجیره‌های یافت شده در سوخت‌ها و دیگر هیدروکربن‌های باارزش برسند.

البته محققان هشدار داده‌اند هنوز تا عملی شدن این ایده راه درازی باقی مانده و قبل از تجاری کردن این فرمول، باید از عملکرد صحیح آن مطمئن شوند. در حال حاضر، کاتالیزورها به کندی و در یک یا دو روز پلی‌اتیلن را می‌شکنند. از طرف دیگر، قیمت آنها تا حدی گزاف بوده و در عین حال پس از گسست چند هزار زنجیره پلیمر، تجزیه می‌شوند. چنین مقداری قطعا با میلیون‌ها زنجیره‌ای که اکنون کاتالیزورهای کاربردی تجزیه می‌کنند، فاصله‌ای طولانی دارد. گوآن و همکارانش با امید به این که روزی، مواد گرانبهاتری از دل پلاستیک‌های اسراف شده استخراج کنیم، سعی در غلبه بر این مشکلات دارند.

منبع: مجله ساینس

مترجم: سیاوش شهبازی

جام‌جم