Table of Contents
مقدمة: تزايد الحاجة إلى تقييم دورة الحياة في الجسيمات النانوية
إن الجسيمات الناعمة - الجسيمات التي لا يقل بعدها عن 100 نانومترات - أصبحت لا غنى عنها في الصناعة الحديثة، حيث إن ارتفاع مساحة هذه المواد السطحية، والآثار الكمية، والكيمياء السطحية غير القابلة للتجزئة، هي التي تتيح اختراق منتجات تتراوح بين المركبتين العاليتين ومعاطف الجسيمات المضادة للدماغات إلى نظم محددة الهدف لإيصال المخدرات وأجهزة تخزين الطاقة، مع استمرار ارتفاع حجم الإنتاج العالمي.
دورة الحياة الصناعية للجسيمات النانوبية
ويمكن تقسيم دورة حياة مادة نانوبائية صناعية إلى أربع مراحل أولية هي: التصنيع، والإدماج في المنتجات، والاستخدام أثناء الخدمة، وإدارة نهاية العمر، وتتيح كل مرحلة فرصاً متميزة لخسارة المواد، والإفراج البيئي، والتعرض البشري، فضلاً عن نقاط يمكن فيها تنفيذ إعادة التدوير أو الاسترداد.
التصنيع والتجميع
ويعتمد تركيب المواد النانوية الصناعية على مجموعة متنوعة من النهج القائمة على القمة والتصاعد، وتشمل الأساليب المشتركة تركيبات البخار الكيميائي، والتراكم الليزري، وعمليات القذف بالفولط، وعمليات التنظيف بالزئبق الفولطية، مثل البوليسيدات الغازية التي تولد في شكل إنتاج ثانوي من نوع " تيوبين " .
الاندماج في المنتجات
فعندما يتم دمج الجسيمات النانوية في التركيبات أو المركبات، فإن الجسيمات النانوية من أكسيد الزنك أو الفضة التي تُنثر في حالة وجودها، تُنثر أيضاً في حالة وجود مواد مستهلكة غير مرئية، وتُنتج عن ذلك أيضاً حالات من التشتت في الهواء، حيث أن الاختراق في المواد النانوية المتعددة، أو في حالة حدوث تغيرات في القلب، تُنَّفِسَفِسَل، مما يُجَ من شأنه أن يؤدي إلى تحسين قوة الميكانيكية.
آليات الاستخدام والإطلاق
وأثناء الاستخدام العادي، تكون الجسيمات النانوية المدمجة في مصفوفات صلبة غير مجهزة عموماً، غير أن اللبس الميكانيكي، والأشعة فوق البنفسجية، والتدهور الكيميائي يمكن أن يحررها، مثلاً، فإن المطاط في الإطارات يرتدى في أثناء القيادة، ويطلق أجزاء من الكربون النانوي وشظايا السحل في غبار الطرق.
نهاية الحياة والطرقات التخلّص منها
وفي نهاية العمر، تدخل المنتجات نظم إدارة النفايات: مدافن القمامة، أو الحرق، أو إعادة التدوير، وفي مدافن القمامة، يمكن أن تتحول الجسيمات النانوية إلى مادة ممزقة أو تتفاعل مع المادة العضوية، مما قد يغير من قدرتها على الحركة والسمية، ويمكن أن يدمر التحلل الجسيمات العضوية، ولكن قد يغير من خصائصها غير العضوية أو يغريها في رماد الذبابة.
التحديات والاستراتيجيات المتعلقة بإعادة تدوير الجسيمات النانوية
إن إعادة تدوير الجسيمات النانوية من المنتجات الصناعية تتطلب من الناحية التقنية نظرا لصغر حجمها واستقرارها الكيميائي وميلها إلى التكاثر، ومع ذلك فإن الفوائد المحتملة - انخفاض الطلب على المواد الخام البكر، وانخفاض استهلاك الطاقة من التوليف، وانخفاض الإطلاق البيئي - تجعل من المجهود المبذول، وتنطوي عملية إعادة التدوير عادة على ثلاث خطوات: جمع المواد الخام والفصل فيها، والانتعاش والتنق، وإعادة الإدماج في منتجات جديدة.
جيم - تكنولوجيات الجمع والفصل
(ب) إنَّ تركيبات الأشعة النانوية من مجاري النفايات تتطلب أساليب يمكن أن تعزل بصورة انتقائية الجسيمات في 1 إلى 100 نانوتر من أنواع أكبر من الحطام ومن الأنواع المُنحلة.
التعافي والتجديد
(ب) عندما تكون الجسيمات النانوية منفصلة، فإنها تتطلب في كثير من الأحيان تنقية لإزالة المعاطف العضوية أو المواد الجاهزة أو الملوثات المرتبطة بها، ويمكن أن تحرق المعالجة الحرارية عند درجات حرارة متوسطة (200-500 درجة مئوية) القذائف العضوية مع الحفاظ على النواة غير العضوية، رغم أن ذلك قد يغير حجم الجسيمات أو الكيمياء السطحية.
النهج الاقتصادية العلمانية
كما أن مفهوم الاقتصاد الدائري - الذي تستخدم فيه المواد إلى أقصى حد ممكن - يناشد بصفة خاصة الجسيمات النانوية بسبب الطاقة وكثافة الموارد التي تتراكم فيها، وهناك قطاعات صناعية عديدة تقوم بتنفيذ برامج رائدة لإعادة إنتاج المنتجات المحتوية على مواد ناوبرية، ومن ذلك مثلاً أن منتجي المواد الميكانيكية المعززة من المواد النانوية يمكن أن يستعيدوا مواد نانوية ثمينة من الدعم الحفاز المستنفد ويعيدوا إلى صناعة جديدة.
الآثار البيئية والصحية
كما أن الخصائص الفيزيائية الفيزيائية الفريدة التي تجعل الجزيئات النانوية مفيدة جدا تثير القلق بشأن تفاعلها مع النظم البيولوجية والنظم الإيكولوجية، ويسمح لها الحجم الصغير بتجاوز حمّامات الخلايا، ومرتبطة بالبروتينات، والسفر عبر البيئة بطرق لا يمكن أن تكون بها الجسيمات الأكبر، ولذلك يجب أن يشمل منظور دورة الحياة الشاملة تقييم السمية والتعرض في كل مرحلة.
السمية الإيكولوجية والتراكم البيولوجي
وبعد أن تُطلق الجسيمات النانوية في البيئة، يمكن أن تخضع للتحولات - التفكك، والتجميع، والإكرام، أو التغليف من جانب المادة العضوية - التي تغير سلوكها، كما أن الدراسات المتعلقة بالكائنات المائية قد أظهرت أن التركيزات المنخفضة للجسيمات النانوية يمكن أن تعطل وظيفة الانزيم في الأسماك، وتثبيت الصور في الطحالب.
مخاطر التعرض البشري
(أ) التعرض المهني أثناء التصنيع والمناولة ما زال يشكل الخطر الأكثر توثيقاً، إذ إنَّ استنشاق الجسيمات النانوية المحمولة جواً يمكن أن يؤدي إلى التهاب، والإجهاد الأكسدي، وحتى التليف في الرئتين، وما زالت الدراسات الوبائية في المشتغلين بالأشعة النانوية محدودة، ولكن النماذج الحيوانية تظهر باستمرار آثاراً رئوية بعد التعرض دون الحادة لأوكسجينات النانية وأكسيدات النانوريدية
الأطر التنظيمية وإدارة المخاطر
(ج) الرقابة التنظيمية على المواد النانوية مجزأة عبر الولايات القضائية، وفي الاتحاد الأوروبي، تشترط لائحة مركز البحوث الحرجية الدولية على الجهات المصنعة تسجيل المواد النانوية وتوفير بيانات السلامة، على الرغم من أن التعديلات الخاصة بالنانو ذات الصلة لا تزال قيد التنفيذ، وتستعمل وكالة حماية البيئة التابعة للولايات المتحدة قانون مراقبة المواد السمية (TSCA) بحيث يتطلب إخطارات بشأن نماذج المواد الكيميائية الجديدة.
الاتجاهات المستقبلية والابتكار المستدام
ومن المرجح أن يشهد العقد القادم تقدما كبيرا في تصميم المواد النانوية وإدارتها في نهاية العمر، ويجري استكشاف أساليب التوليف الأخضر - باستخدام مستخرجات النباتات أو البكتيريا أو المذيبات المتجددة - لتحل محل المواد الكيميائية القاسية وتخفض مدخلات الطاقة، وفي موازاة ذلك، تشجع مبادئ " إعادة تدوير المواد الانشطارية القابلة للاستدامة " المهندسين على النظر في تدهور المواد النانوية، وإعادة تدوير الأدوات المحتملة والسمية من المراحل الأولى.
وتقوم اتحادات تعاونية، مثل مبادرة التكنولوجيا الوطنية النانوية (NNI) ) في الولايات المتحدة ومجموعة النانو الآمن الأوروبية، بتشجيع إجراء بحوث متعددة التخصصات لبناء قاعدة معارف تولد التوليف والتطبيق ونهاية الحياة، وتقوم هيئات توحيد المعايير، مثل المنظمة الدولية لتوحيد المقاييس، بتطوير مواصفات تقنية من أجل إعادة تدوير المواد.
خاتمة
(أ) أن [اللوائح النانوية] تتيح ابتكارات ملحوظة عبر التصنيع والإلكترونيات والطاقة والرعاية الصحية، ولكن حجمها الصغير يجلب تحديات معقدة في دورة الحياة لا يمكن تجاهلها، ومن الرقابة الدقيقة المطلوبة أثناء التوليف، ومن خلال القوى الميكانيكية والكيميائية التي تحررها أثناء الاستخدام، إلى العقبات التقنية المتمثلة في إعادة التدوير في نهاية العمر، فإن كل مرحلة تتطلب إدارة دقيقة.