Micro/Nanoplastic Formation by Polymer Processing
تكشف هذه الدراسة أن البثق المصهور، وهو خطوة معيارية في معالجة البوليمرات، يعد مصدراً جوهرياً للملدنات الدقيقة والمتناهية الصغر عبر كيمياء بوليمرية متنوعة بسبب انفصال الطور الناجم عن تكسر السلاسل المؤكسدة، مما يستلزم استراتيجيات تخفيف جديدة لمنع تدهور السلاسل من المصدر.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
تخيل عالماً لا تكون فيه ذرات البلاستيك المتناهية الصغر وغير المرئية التي تلوث محيطاتنا وأنهارنا مجرد نتيجة لتحلل الزجاجات القديمة بفعل الشمس أو تآكل الإطارات على الطريق. لفترة طويلة، اعتقد العلماء أن هذه "اللدائن الدقيقة" (microplastics) و"اللدائن النانوية" (nanoplastics) — وهي قطع أصغر من حبة الرمل أو حتى شعرة الإنسان — كانت تُنتج في الغالب بعد شرائنا للبلاستيك، من خلال العوامل الجوية والتآكل. ولكن ماذا لو كان فعل صنع البلاستيك نفسه هو ما يولد هذه الغزاة الصغيرة سراً؟ تغوص هذه الورقة في ذلك الغموض، مستكشفةً مصنعاً خفياً داخل الآلات التي تحول المواد الكيميائية الخام إلى البلفاستك الذي نستخدمه كل يوم. لفهم القصة، تحتاج لمعرفة شيئين: أولاً، أن عملية صهر البلاستيك وضغطه عبر آلة (وهي عملية تسمى البثق/extrusion)، تجعله يتعرض للحرارة والإجهاد، مما قد يؤدي إلى كسر سلاسله الجزيئية الطويلة إلى قطع أقصر ومكسورة. ثانياً، الطبيعة تكره خلط الأشياء التي لا تتوافق مع بعضها؛ فإذا خلطت الزيت والماء، فإنهما ينفصلان. تساءل العلماء في هذه الدراسة عما إذا كانت سلاسل البلاستيك المكسورة و"المريضة" هذه قد تعمل مثل الزيت، حيث ترفض الاختلاط بالبلاستيك السليم، وتشكل بدلاً من ذلك جزرها الصغيرة الضعيفة الخاصة التي تنفصل في النهاية.
قرر الباحثون، وهم فريق من جامعة كولومبيا ومؤسسات أخرى، اختبار فكرة جريئة: وهي أن عملية صهر وتشكيل البلاستيك الروتينية هي في الواقع مصدر رئيسي لتلوث اللدائن الدقيقة، حتى قبل أن يلمس البلاستيك البيئة. لم يكتفوا بالتخمين؛ بل قاموا بـ "طهي" ستة أنواع مختلفة من البلاستيك — تتراوح من الأكياس المرنة التي نستخدمها للبقالة إلى الحافظات الصلبة للإلكترونيات — وأجروا عليها عمليات تشغيل عبر آلات صهر صناعية. وعندما غسلوا البلاستيك المذاب حديثاً بالماء، لم يظل الماء صافياً، بل أصبح عكراً بجزيئات دقيقة. ومن خلال تجفيف هذا الماء، جمعوا مسحوقاً أبيض من اللدائن الدقيقة. وجدوا أنه حتى بعد 5 دقائق فقط من المعالجة، كان البلاستيك ينضح بهذه الجزيئات. وفي الواقع، بعد عملية تشغيل استمرت 15 دقيقة، تحول حوالي 1% من إجمالي كتلة البلاستيك إلى هذه الشظايا الصغيرة. قد يبدو هذا الرقم صغيراً، لكن في مصنع ينتج أطنان البلاستيك، فإن هذه كمية هائلة من التلوث الذي يتم إنتاجه عند المصدر مباشرة.
ولمعرفة سبب حدوث ذلك، لعب الفريق دور المحقق مع الجزيئات. فحصوها تحت مجاهر قوية ووجدوا أنها مسننة، وذات أشكال غريبة، وأصغر بكثير من البلاستيك الأصلي. والأهم من ذلك، اكتشفوا أن هذه الجزيئات الصغيرة كانت مختلفة كيميائياً: فقد كانت "متأكسدة"، مما يعني أنها امتصت ذرات الأكسجين أثناء عملية الصهر الساخنة، مما جعلها قصيرة ومكسورة. السلاسل البلاستيكية الطويلة والسليمة لم ترغب في الاختلاط بهذه السلاسل القصيرة والمتأكسدة؛ الأمر يشبه محاولة خلط كلب ضخم ودود مع هامستر صغير غاضب؛ في النهاية، سيتم دفع الهامستر نحو الحافة. استخدم العلماء محاكاة حاسوبية لمراقبة هذه الدراما، ورأوا أنه عندما يبرد البلاستيك، تُدفع هذه السلاسل القصيرة والمتأكسدة نحو سطح المادة، مكونةً طبقة جلدية ضعيفة وهشة. وعندما يتم التعامل مع البلاستيك أو غسله، تتقشر هذه الطبقة الضعيفة، مما يخلق اللدائن الدقيقة.
كما اختبر الفريق سيناريو "ماذا لو" باستخدام نماذج حاسوبية لمعرفة ما إذا كانت طريقة تبريد البلاستيك تؤثر في الأمر. ووجدوا أنه إذا برد البالبلاستيك ببطء، يكون لدى السلاسل القصيرة والمتأكسدة الوقت للهجرة طوال الطريق وصولاً إلى السطح، مما يخلق طبقة سميكة من المادة الضعيفة. ولكن إذا برد بسرعة فائقة، فإن تلك السلاسل ستعلق في الداخل، وتظل محاصرة في المنتصف. وهذا يشير إلى أن سرعة التبريد تغير كمية التلوث الناتج. حتى أنهم حاولوا "علاج" البلاستيك عن طريق تقشير تلك الطبقة الخارجية الضعيفة، وعندما فعلوا ذلك، كان البلاستिक المتبقي أقوى وأكثر متانة، مما يثبت أن التلوث لم يكن مجرد حادث عشوائي، بل كان طبقة محددة من المادة الضعيفة المستقرة في الخارج.
يغير هذا الاكتشاف قصة تلوث البلاستيك. فالأمر لا يتعلق فقط بإلقاء النفايات أو تحلل القمامة القديمة، بل إن التلوث يبدأ في اللحظة التي يُصنع فيها البلاستيك. وتستبعد الورقة فكرة أن هذا ناتج فقط عن الإضافات (مثل الألوان أو المنعمات) الممزوجة في البلاستيك، موضحة أن البلاستيك النقي نفسه يفعل ذلك. كما تشير أيضاً إلى أن الطريقة المعتادة لتفكيرنا في إعادة التدوير — أي صهر البلاستيك لصنع أشياء جديدة — قد تزيد المشكلة سوءاً من خلال خلق المزيد من هذه السلاسل الصغيرة والمكسورة في كل مرة نعيد فيها صهر المادة. وبينما لا تقدم الدراسة حلاً سحرياً بعد، إلا أنها تشير إلى مسار جديد: إذا استطعنا منع سلاسل البلاستيك من التكسر في المقام الأول، أو إذا استطعنا التحكم في كيفية تبريدها لإبقاء تلك الأجزاء الضعيفة محاصرة في الداخل، فقد نتمكن من وقف هذا التلوث قبل أن يغادر أرض المصنع. ويؤكد المؤلفون بحذر أن هذا مسار جديد كشفوا عنه، مدعوماً بالتجارب والمحاكاة، لكنه إشارة واضحة إلى أن رحلة الوصول إلى بلاستيك أنظف قد تحتاج إلى البدء في وقت أبكر بكثير مما كنا نظن.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.