Research Trends in Biodegradable Polymers (PLA and PEF) for Sustainable Plastic Waste Management: A Bibliometric Study

لقد أصبح البلاستيك مادة محددة للعالم الحديث، ومع ذلك فإن استمراره في البيئة قد خلق أزمة. فالبلاستيك التقليدي، المصنوع من البترول، يمكن أن يبقى في مكبات النفايات أو يطفو في المحيطات لقرون، متحللاً إلى جزيئات صغيرة ضارة تدخل في السلسلة الغذائية. واستجابة لذلك، توجه العلماء نحو البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي، وهي مواد صُممت لتتحلل طبيعياً بعد الاستخدام. وقد برز نوعان محددان في طليعة هذا الجهد: حمض البولي لاكتيك، والذي يُطلق عليه غالباً PLA، وبولي إيثيلين فورانوات، المعروف باسم PEF. يُصنع PLA من السكريات النباتية المتخمرة مثل الذرة أو قصب السكر، بينما يتم تصنيع PEF من أحماض نباتية. وكلاهما يقدم وعداً بمستقبل أكثر نظافة، لكن المسار من المختبر إلى الاستخدام الواسع النطاق معقد؛ إذ يجب على الباحثين ألا يفهموا فقط كيفية صنع هذه المواد، بل أيضاً كيف تتصرف في العالم الحقيقي، وكيف يتم إنتاجها على نطاق واسع، وما إذا كانت تحل حقاً مشكلة النفايات البلاستيكية.

ولرسم خريطة التقدم في هذا المجال، أجرى فريق من الباحثين مراجعة هائلة للأدبيات العلمية المنشورة بين عامي 2000 و2025. لم يقوموا بإجراء تجارب جديدة في المختبر، بل قاموا بدلاً من ذلك بتحليل 2,043 مقالاً بحثياً موجوداً في قاعدة بيانات علمية كبرى. ومن خلال استخدام أدوات حاسوبية لحساب المنشورات، وتتبع من كتبها، ومعرفة عدد المرات التي تظهر فيها كلمات معينة معاً، رسموا صورة مفصلة لكيفية تطور علم البلاستيك القابل للتحلل الحيوي. هذا النهج، المعروف باسم التحليل الببليومتري، سمح لهم برؤية الصورة الكبيرة لجهود البحث العالمية، وتحديد الدول الرائدة، والمواضيع التي يهتم بها العلماء بشدة، وحيث توجد الفجوات في المعرفة.

تظهر النتائج مجالاً ينفجر بالنشاط. فقد نما عدد الأوراق البحثية حول هذه المواد بنحو 17 بالمائة كل عام، مع تسارع حاد حدث بعد عام 2015. ويتزامن هذا الاندفاع مع التحولات في السياسات العالمية الرامية إلى تقليل التلوث البلاستيكي وصعود الاقتصاد الدائري، وهو نظام تُعاد فيه استخدام المواد بدلاً من التخلص منها. إن البحث ليس موزعاً بالتساوي عبر العالم؛ إذ تنتج الصين أعلى حجم من الأوراق البحثية، تليها إيطاليا والولايات المتحدة. وبينما تقود الصين في العدد الإجمالي للدراسات، فإن الولايات المتحدة وعدة دول أوروبية غالباً ما تنتج أعمالاً تُقتبس بشكل متكرر من قبل علماء آخرين، مما يشير إلى تأثير قوي على اتجاه المجال. كما كشفت الدراسة أن العلماء نادراً ما يعملون بمفردهم؛ فمتوسط عدد المؤلفين في الورقة البحثية الواحدة يتجاوز خمسة مؤلفين، وهؤلاء الباحثون يشكلون مجموعات مترابطة تتعاون بكثافة داخل مناطقهم، رغم أن الروابط بين الدول المختلفة قوية أيضاً.

وعندما نظر الباحثون فيما يدرسه هؤلاء العلماء بالفعل، ظهرت أربعة موضوعات رئيسية. يركز الموضوع الأول والأكبر من الأبحاث على جعل المواد أقوى وأكثر متانة؛ حيث يعمل العلماء باستمرار على تعديل البنية الكيميائية لـ PLA وPEF لتحسين صلابتهما ومقاومتهما للحرارة، في محاولة لجعلها مفيدة مثل البلاستيك التقليدي. ويتضمن الموضوع الثاني خلط هذه البلاستيكات الحيوية مع مواد طبيعية أخرى، مثل ألياف النباتات أو النشا، لإنشاء مركبات تكون أكثر ملاءمة للتطبيقات الواقعية مثل التغليف. ويتناول الموضوع الثالث الوعد الأساسي لهذه المواد: كيفية تحللها؛ إذ يهتم الباحثون بعمق بالتحلل الحيوي، ويدرسون سرعة تحلل هذه البلاستيكات في التربة أو الماء أو مرافق التسميد الصناعي. أما الموضوع الرابع فيتطلع نحو المستقبل، مستكشفاً تقنيات متقدمة مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد واستخدام الجسيمات النانوية الدقيقة لمنح هذه المواد وظائف تقنية عالية.

وعلى الرغم من هذا النمو السريع، تسلط الدراسة الضوء على عقبات كبيرة تمنع هذه المواد من استبدال البلاستيك التقليدي تماماً. وتتمثل إحدى المشكلات الرئيسية في أن الظروف المطلوبة لتحلل هذه البلاستيكات غالباً ما تكون محددة للغاية؛ فبينما يمكن لـ PLA أن يتحلل بكفاءة في مرفق تسميد صناعي حار ومسيطر عليه، فإنه قد يبقى دون تغيير لسنوات في محيط بارد أو غابة معتدلة. وتخلق هذه الفجوة بين النجاح المختبري والأداء في العالم الحقيقي ارتباكاً حول ما إذا كانت هذه المواد حلولاً مستدامة حقاً. علاوة على ذلك، تظل تكلفة إنتاج هذه البلاستيكات الحيوية مرتفعة، حيث تفوق غالباً تكلفة البلاستيك القياسي المشتق من البترول بمقدار مرتين أو ثلاث مرات، مما يحد من قدرتها على المنافسة في السوق المفتوحة. كما تشير الأبحاث إلى نقص في الاتفاق العالمي حول كيفية تعريف واختبار "التحلل الحيوي"، مما يجعل من الصعب على الشركات والحكومات وضع قواعد متسقة.

تخلص الورقة إلى أنه بينما يتقدم العلم بسرعة، فإن الانتقال إلى مستقبل بلاستيكي مستدام لم يكتمل بعد. وتبدو التطبيقات الأكثر واعدة في الوقت الحالي في مجال تغليف المواد الغذائية، حيث يمكن لخصائص الحاجز الفائقة لـ PEF أن تساعد في الحفاظ على نضارة الطعام لفترة أطول، وفي المجال الطبي، حيث يُستخدم PLA بالفعل في الغرسات الجراحية وأنظمة توصيل الأدوية لأنه آمن للجسم البشري. وهناك مجال محتمل آخر يتمثل في الأغشية الزراعية التي يمكن حرثها مباشرة في التربة لتتحلل، مما يلغي الحاجة إلى جمع والتخلص من الأغطية البلاستيكية المتسخة. ومع ذلك، لكي تصبح هذه المواد هي السائدة، يجب على المجتمع العلمي العمل معاً لتوحيد طرق الاختبار، وخفض تكاليف الإنتاج، وتطوير سياسات تدعم استخدامها. إن المشهد البحثي حيوي ومليء بالابتكار، ولكن تحويل هذه المواد الواعدة إلى حل عالمي يتطلب سد الفجوة بين الإمكانات العلمية والواقع العملي اليومي.