استكشاف استخدام مونومرات قابلة للتجديد في صنع البلاستيك المستدام

التحول نحو مونومرات قابلة للتجديد في عملية الإضافة

وتعاني صناعة البلاستيك من ضغوط متزايدة لتقليل آثارها البيئية، حيث إن إنتاج البلاستيك العالمي يتجاوز 400 مليون طن متري سنوياً، والاعتماد على المواد الوسيطة القائمة على الأحفورية - مثل نفاثا وغازاً طبيعياً - يشكل عاملاً رئيسياً في انبعاثات الكربون واستنفاد الموارد، وفي الاستجابة لذلك، يتحول الباحثون والمصنعون إلى احتكارات جديدة (أ)

فهم مونومرات جديدة في مجال الإضافة

ما هي المعالم المتجددة؟

(أ) الأورام [الثانية] المتجدّدة ذات الوزن المنخفض [الثابتة] من المواد الوسيطة البيولوجية مثل النجمة الذرة، والسكر، والكتلة الأحيائية البوليغلوئية، والزيوت البولية، وأجهزة التحلل الحراري [البوليمري] [البوليمري]

لماذا الإضافة؟

إن التعددية (المعروفة أيضاً بتعددية النمو في السلسلة) هي الطريقة المهيمنة لإنتاج السلع الأساسية الحرارية مثل البوليثيلين، وبوليبروبيلين، وبوليسترين، وكلوريد متعدد الكلور، وهي تمثل نحو 70-80 في المائة من جميع البلاستيك المصنوع عالمياً، ومن خلال التركيز على المتجانسات المتجددة التي يمكن أن تخضع لتعددية المقاييس، يمكن للصناعة أن تستغل الهياكل الأساسية الحالية وسلسل العرض

أهم الملاءمات الرئيسية للمونيومر المتجدد - البلاستيك المزود بمقياس

Environmental and Climate Benefits

أما الفوائد غير المباشرة للمحتكرات المتجددة فهي خفض انبعاثات غازات الدفيئة، وعندما تستخدم المواد الوسيطة للكتلة الأحيائية، فإن الكربون الذي تلتقطه النباتات أثناء عملية التخصيب يعوض الكربون المفرج عنه في نهاية الحياة (أو حتى في وقت سابق أثناء المعالجة) (وإن تقييمات دورة الحياة (الأكسيدات المتعددة الكلور) لبوليثيلين متعدد الكلور وحامض البوليتكيكات تظهر باستمرار 30 إلى 70 في المائة من احتمالات الاحترار العالمي المنخفضة.

ألف - الجوانب الاقتصادية والاستراتيجية

أما فيما يتعلق بالاعتماد على الوقود الأحفوري، فإن عوامل التصنيع البلاستيكية تُعرِّض أسعار النفط الخام والغاز الطبيعي المتقلبة، فالأصناف الوسيطة المتجددة، التي كثيرا ما تكون مستمدة من المخلفات الزراعية أو محاصيل الطاقة المخصصة، توفر قاعدة إمداد أكثر استقراراً وإقليمياً، ويمكن أن يؤدي ذلك إلى تحسين القدرة على مواجهة التكتل الاحتكاري للإيثيل ، والحد من المخاطر الجغرافية - السياسية.

الأداء المحتمل والتصميم

وتعاني البوليمرات المتجددة المبكرة أحياناً من خواص حرارية أو آلية أدنى (مثلاً، درجة حرارة الانتقال الزجاجي المنخفضة في جيش تحرير السودان) غير أن أوجه التقدم الأخيرة في مجال التحلل الاحتكاري والتصميم الأحادي قد سدت هذه الفجوة، ويمكن أن تقترن الاحتكارات المتجددة بمحاكاة أحفورية أو ببعضها البعض لإنتاج مواد مصممة خصيصاً للبلورة، والقوى، وملامح التحلل.

التحديات الحاسمة أمام التبني على نطاق واسع

إتاحة المواد الغذائية والتنافس على استخدام الأراضي

كما أن إنتاج المواد الوسيطة الجيل الأول (الذرة، والسكر، والسوائب) التي تُنتج بصورة مكثفة، ونمو الطاقة، ونمو الطاقة، ونمو الطاقة، ونمو الطاقة، وتراكمها، وتراكمها، ونموها، ونموها، ونموها، ونموها، ونموها، ونموها، ونموها، ونموها، وه، وهدفها، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه، وه،

التكلفة والقابلية للتسويق

وعلى الرغم من التقدم المحرز، فإن العديد من الاحتكارات المتجددة لا تزال أكثر تكلفة من مكافئاتها الأحفورية - التي ترتفع من 1.5 إلى 4 مرات، وذلك حسب المفرد والمنطقة، وتعزى هذه الزيادة في التكاليف جزئيا إلى أحجام إنتاج أصغر وسلاسل توريد أقل نضجا، وتتطلب زيادة الاستثمار في رأس المال: توسيع نطاق معامل التعادل بين الأنهار الأحيائية من تكاليف السكري والإيثانول بنسبة تتراوح بين 20 و30 في المائة، مما يترتب على ذلك من عمليات تحويل المحاصيل إلى مكافئ.

مطابقة الممتلكات والنظر في نهاية العمر

ولا ينتج جميع الاحتكارات المتجددة بوليمرات ذات خصائص متطابقة مع المعايير القائمة على الأحفورية، إذ أن بعض البدائل القائمة على أساس أحيائي تعاني من استقرار حراري أدنى (مثل حمض البوليتانيك)، أو من التدهور المائي السريع (مثلاً، قانون التجارة الخارجية)، أو من التوافق المحدود مع أدوات إعادة التدوير الحالية للتجهيز، ومن ثم فإن التعديلات الميكانيكية القائمة تتطلب استثمارات من مصادر القدرة على التخلص من النفايات المحتوية على مصادر متجددة.

برومة منظّمات تجدد وطرقها

Lactic Acid and Polylactic Acid (PLA)

حامض التركيب، الذي ينتج عن التخمير البكتيري للسكر (وبخاصة من الذرة أو قصب السكر)، هو أكثر احتكارات قابلة للتكرار تجارياً، حيث لا يُستعان في الاحتكار نفسه بتعددية التراكم؛ وبدلاً من ذلك، يُحوَّل حمض التكتيك إلى مقياس التقلبات الدورية ](أ)

Bio —Based Ethylene and Polyethylene (Bio —PE)

وينتج الإثيلين الأحيائي عن طريق إزالة التحلل البيولوجي من الكوكائين أو خمر السكر أو المواد الوسيطة الخلوية، وهو معيار متماثل كيميائياً بين مادة الإثيلين الأحفوري، مما يتيح إنتاج متعدد البصمات غير قابل للتداول من (ب) من منتجات البوليثيلين العالية الكثافة([FDE:1]).

مقصات سُحّية للبولييسترز وبولييوريتان

Succinic acid (also called butanedioic acid) is a C4 dicarboxylic acid produced by fermenting sugarins with engineered strains of Basfia succeneproducens or ]Escherichia coliaging.

Itaconic Acid - A Versatile Bio-Based Monomer

Itaconic acid is produced by the fungal ferment of glucose using Aspergillus terreus. Structurally aethylenebutanedioic acid, itaconic acid; contains a reactive vinyl group that makes it amenable to free-radical addition polymerry

دور التحليل والكيمياء الخضراء

السلف في تصميم المحفزات

(أ) الحفز هو الركيزة التي تربط بين الاحتكارات المتجددة وبين البوليمرات الإضافة الفعالة؛ وكثيراً ما يتطلب الحفز التقليدي (مثلاً، الأوكسيدات المحتوية على البوليميرات المشبع بالمجان، والبوليمرات المحتوية على ثنائي الفينيل) تعديلاً لمعالجة الأحاديث المحتوية على مجموعات وظيفية من القطب (هيدروكسيل، ومركبات، وآمنة) دون تسمم الموقع النشط.

تقييم دورة الحياة

(ب) أي مطالبة تتعلق باستدامة الاحتكارات المتجددة يجب أن تستند إلى تقييم حراري شامل.() ويمكن أن تُحسب نتائجه على نحو كبير حسب المناطق، والنوع الوسيط، والتوليف الأحفوري، والتعددية، ومرحلة الاستخدام، وإدارة الحياة النهائية (الاستعراض، والحرق، والتقلبات) كما أن النتائج تختلف اختلافاً كبيراً حسب المنطقة، ونوع المواد الوسيطة، ومصدر الطاقة.() وعلى سبيل المثال، فإن كمية الزئبق من المواد الكيميائية التي تستخدم من المواد الكيميائية من المواد السكائنات الكربونية من المواد الوسيطة من المواد الوسيطة من المواد الوسيطة من المواد الوسيطة من المواد الوسيطة من المواد الوسيطة في البرازيلية

الاتجاهات المستقبلية والتوقعات السوقية

التكامل الاقتصادي

ويمكن أن تتجاوز الرؤية الطويلة الأجل للمحتكرات المتجددة التي وضعها الاتحاد الأوروبي مجرد استبدال الكربون الأحفوري، ومن الناحية المثالية، ينبغي تصميم البلاستيك المستخرج من أحادي المحورة المتجددة من أجل إعادة تدوير النفايات ذات القيمة العالية (الميكانيكية والكيميائية) أو التبريد الصناعي، وإغلاق حلقة الكربون. ]

سائقو السياسات والتنظيم

وتأتي الحوافز الحكومية كحد أقصى لزيادة إنتاج الاحتكارات المتجددة، إذ أن الضرائب المفروضة على الكربون والمشتريات العامة الخضراء والمحتوى المتجدد الإلزامي تُضفي على حقل اللعب الاقتصادي نحو المواد القائمة على أساس بيولوجي، وفي الولايات المتحدة، يُعيّن برنامج " بيولوجي " منتجات ذات محتوى احتكاري، بينما توفر الوكالة ضمانات قروض للتنقيؤ الأحيائي، وفي آسيا، تشجع " خطة التبنّع الخمسية " للصين على الصناعة البيولوجية.

منظمة " فرانسيس "

وتدفع البحوث الجارية إلى الحد الذي يمكن أن تحققه الاحتكارات المتجددة، وتشمل المجالات الرئيسية ما يلي:

• Direct biosynthesis] of monomers inside engineered microorganisms (e.g., photo — producingduction of ethylene from cyanobacteria, “green” routes to 1,‐3butadiene).
• Copolymer design] using sequence-controlled polymerization to mimic the properties of block copolymers and thermoplastic elastomers from renewable building blocks.
• Self-healing and intelligence polymers] derived from bio —based monomers, such as poly(itaconic acid) hydrogels with pH —responsive behavior.
• Process intensification] using continuous flow reactors and microwave —assisted polymerization to lower energy use and improve monomer - - -to -polymer yield.

وتشير هذه الابتكارات، إلى جانب انخفاض تكاليف المواد الوسيطة التي تستخدم الكتلة الأحيائية (لا سيما المخلفات الزراعية والنفايات الحرجية)، إلى أن الاحتكارات المتجددة يمكن أن تستوعب 15-20 في المائة من السوق الاحتكارية العالمية بحلول عام 2035، أي بنسبة تصل إلى 2 في المائة تقريباً اليوم.

الاستنتاج: رأس الطريق من أجل البلاستيك المستدام

فاستعمال الاحتكارات المتجددة بالإضافة إلى التعددية يوفر مساراً تعاونياً عملياً واقتصادياً إلى بلاستيك مستدام، إذ من خلال التحولات في إنتاج المواد البكتريولوجية المتجددة إلى حامض إيكولوجي متجانس، يمكن معالجة حافظة متزايدة من لبنات البناء القائمة على الكتلة الأحيائية باستخدام البنية التحتية الصناعية القائمة، وتوصيل المنتجات ذات البصمات الكربونية المنخفضة، وتقليل الاعتماد على الموارد الأحفورية المحدودة.