Integrated processing of heterogeneous waste plastics through controlled thermal consolidation and contaminant managementIntegrated processing of heterogeneous waste plastics through controlled thermal consolidation and contaminant management

تنتج الأيام، كميات هائلة من النفايات البلاستيكية في جميع أنحاء العالم. ولا تقتصر معظم هذه المواد على نوع واحد نظيف من البلاستيك، بل هي مزيج فوضوي من مختلف أنواع البوليمرات، والأغشية، والملصقات، والأوساخ، كلها مضغوطة معاً في كتل كبيرة وكثيفة. وتكافح طرق إعادة التدوير التقليدية للتعامل مع هذا المزيج. ولتحويل مثل هذا الركام غير المتجانس إلى شيء مفيد، يتعين على المصانع عادةً فرز كل قطعة، وغسلها، وتقطيعها إلى رقائق صغيرة، ثم صهرها، وإعادة تشكيلها في هيئة حبيبات جديدة. وتعد هذه العملية مستهلكة للطاقة، ومكلفة، وغالباً ما تفشل عندما تكون النفايات شديدة الاتساخ أو التنوع. والسؤال الجوهري الذي يواجه المهندسين هو ما إذا كانت هناك طريقة لاستعادة القيمة من هذه النفايات الصعبة دون الحاجة أولاً إلى تفكيكها بالكامل إلى مسحوق موحد ونظيف.

تستكشف دراسة جديدة لبريت هيد، نُشرت في مجلة "Waste Management"، مساراً مختلفاً. فبدلاً من محاولة جعل البلاستيك الفوضوي نظيفاً وموحداً قبل المعالجة، يتساءل البحث عما إذا كان يمكن تحويل الكتلة الفوضوية نفسها إلى مادة صلبة ومفيدة. ويعتمد هذا النهج على إجراءين فيزيائيين بسيطين يتم تطبيقهما على بالة ضخمة غير مجزأة من النفايات: التسخين البطيء والمسيطر عليه، والضغط الميكانيكي الثابت. والهدف ليس صهر الكومة بأكملها لتصبح حساءً سائلاً، بل تليين البلاستيك بما يكفي لتنهار الفراغات الهوائية بين القطع، مما يؤدي إلى دمج الكتلة في قالب واحد كثيف يمكن قطعه وتشكيله مثل الخشب أو الحجر.

اختبر الباحثون هذه الفكرة على بالة صناعية كاملة الحجم، وهي كتلة من النفايات البلاستيكية المضغوطة تبلغ أبعادها تقريباً 1.20 متر في 1.20 متر في 0.75 متر. لم تكن هذه عينة صغيرة تم إعدادها في مختبر؛ بل كان وزنها يتراوح بين 500 و750 كيلوغراماً، وكانت تحتوي على مزيج واقعي من مواد التغليف، والأربطة، والخيوط، تماماً كما تصل من مجرى النفايات. وضع الفريق هذه الكتلة الضخمة في مفاعل مصمم خصيصاً. وفي الداخل، قامت عناصر تسخين في الأعلى والأسفل بتدفئة البلاستيك ببطء، بينما طبق مكبس ميكانيكي ضغطاً ثابتاً من الأعلى. وقد صُممت العملية لتكون لطيفة وطويلة الأمد، مما يسمح للحرارة بالانتقال إلى عمق الكتلة العازلة بدلاً من قصف السطح بحرارة شديدة. ومع ذلك، أشار الباحثون إلى مشكلة فنية محددة في المعدات أثناء هذه التجربة: حيث تم تحديد خلل في منظم الحرارة (الثرموستات)، وهو ما سجلوا أنه كان قيداً تجريبياً وليس حذفاً من السجل.

أظهرت النتائج أن الطريقة ناجحة، ولكن مع وجود تحفظات مهمة. فقد نجح التسخين والضغط في تقليل حجم البالة، محولاً الكتلة الهشة والهوائية إلى كتلة صلبة أكثر كثافة. ولاحظ الباحثون أن المادة أصبحت صلبة بما يكفي ليتم قطعها وتشكيلها ميكانيكياً في أشكال جديدة دون الحاجة لصهرها مرة ثانية. وهذا يشير إلى إمكانية وجود طريق مختصر في سلسلة إعادة التدوير، حيث يتم تحويل النفايات مباشرة إلى مخزون تصنيعي. ومع ذلك، سلطت الدراسة الضوء أيضاً على صعوبة تسخين جسم كبير وغير متساوٍ؛ ولأن البلاستيك موصل ضعيف للحرارة، فإن مركز البالة يسخن ببطء أكبر بكثير من الحواف. وفي تجربة سابقة، تسبب هذا التسخين غير المنتظم في احتراق أو تفحم بعض أجزاء البادة بالقرب من مصدر الحرارة. وفي هذه التجربة الثانية، عدل الباحثون معدل التسخين ليكون أبطأ وأكثر تحكماً، مما أدى إلى معالجة أكثر تجانساً مع انخفاض ملحوظ في الاحتراق، وإن كانت العملية لا تزال تتطلب إدارة دقيقة للوقت ودرجة الحرارة.

لا تدعي هذه الدراسة أنها حلت مشكلة إعادة تدوير البلاستيك. فقد كان الباحثون واضحين في أن هذا كان عرضاً لإمكانية التنفيذ، وليس إثباتاً لعملية صناعية مثالية وقابلة للتكرار. وأشاروا إلى أن الحجم والوزن النهائيين للكتلة الصلبة يختلفان بناءً على ما كان بداخل البالة الأصلية، كما أنهم استبعدوا صراحةً الكتلة النهائية والأبعاد الدقيقة من المخطوطة، موضحين أنه لم يتم استنتاج أي قيم من التجارب السابقة. علاوة على ذلك، وبينما تضمنت الأبحاث الأوسع عينة مياه مستقلة أظهرت نتائج تحت حدود الكشف لمركبات PFAS محددة، ذكرت الدراسة صراحةً أن هذه النتيجة لا تثبت نسبة خفض PFAS، أو كفاءة تدمير PFAS، أو تمعدن PFAS؛ إذ يتطلب إثبات تلك النتائج أخذ عينات متطابقة قبل وبعد المعالجة وتحقيق توازن كامل لكتلة الملوثات، وهو ما لم يكن جزءاً من تجربة التوحيد هذه. وبينما بدا أن الكتلة الصلبة واعدة، تنص الدراسة صراحةً على أنها لا تثبت أن العملية آمنة بيئياً فيما يتعلق بالانبعاثات السامة أو أن المنتج النهائي قوي بما يكفي لكل الاستخدامات. كما فصل العمل بين مسألة تنظيف البلاستيك ومسألة صهره؛ حيث ركز الباحثون فقط على التوحيد الفيزيائي، تاركين تحليل الملوثات والغازات المتطايرة للأجزاء الأخرى من برنامجهم البحثي الأوسع.

إن ما تقدمه هذه الورقة في نهاية المطاف هو لمحة عن طريقة مختلفة للتعامل مع النفايات. فهي تقترح أننا قد لا نحتاج دائماً إلى تحويل كل قطعة من القمامة إلى مكون نظيف ومثالي قبل أن نتمكن من استخدامها مرة أخرى. فمن خلال التعامل مع كتلة بلاستيكية كبيرة وفوضوية كوحدة واحدة وطهيها بلطف تحت الضغط، من الممكن إنشاء مادة صلبة تحافظ على شكلها. وتؤكد الأبحاث أن هذا التحول الفيزيائي ممكن على نطاق واسع، لكنها تحذر أيضاً من أن الرحلة من كومة فوضوية إلى منتج موثوق لا تزال طويلة. وتتطلب الخطوات التالية قياسات أكثر دقة لدرجة الحرارة، واستهلاك الطاقة، وقوة المادة لمعرفة ما إذا كان بإمكان هذه الطريقة الانتقال من مجرد تجربة ناجحة إلى حل عملي لمشكلة البلاستيك في العالم.