من الإسفنجات المستخدمة في المطبخ إلى مقاعد السيارات، تعتبر الرغوات المعتمدة على البترول موجودة في كل مكان في الحياة الحديثة. الآن، وجد الباحثون في جامعة ولاية واشنطن طريقة لاستبدال بعض هذه المواد المعتمدة على الوقود الأحفوري ببديل غير متوقع: أشجار الصنوبر.
تأتي هذه الاكتشافات في وقت حرج لسوق البولي يوريثان العالمي الذي تبلغ قيمته 75 مليار دولار، حيث يسعى المصنعون للبحث عن بدائل مستدامة للمنتجات المعتمدة على البترول التي قد تستغرق قرونًا لتتحلل.
مكونات الطبيعة الأساسية
يقول شياو زانغ، أستاذ في مدرسة جين وليندا فويلاند للهندسة الكيميائية والهندسة الحيوية بجامعة ولاية واشنطن: “إنه أمر جديد تمامًا من حيث المادة التي ننتجها والعملية التي نتبعها”. “الليجنين المستخرج لدينا يقدم فئة جديدة من الكتل الأساسية القابلة للتجديد لتطوير منتجات ذات قيمة مضافة تعتمد على البيولوجيا.”
نجح فريق البحث في استبدال 20% من المواد الكيميائية التقليدية المعتمدة على البترول ببديل نباتي مع الحفاظ على قوة ومرونة الرغوة. تم نشر النتائج في ACS Sustainable Chemistry and Engineering.
تفكيك العلم
تكمن مفتاح الابتكار في الليجنين، وهو ثاني أكثر مصادر الكربون المتجددة وفرةً على الأرض. بينما يشكل الليجنين حوالي 30% من الكربون غير الأحفوري، كان تاريخيًا من الصعب استخراجه دون تلوث أو تدهور. ينتهي معظم الليجنين بالحرق كوقود أو استخدامه في منتجات ذات قيمة منخفضة مثل إضافات الأسمنت.
“إنها ببساطة حالة لا فوز فيها إذا كنت تستخدم البلاستيك المعتمد على البترول”، يشير زانغ. “الحل النهائي هو استبداله بالمواد المستمدة بشكل طبيعي.”
عملية أنظف
طور الباحثون عملية مذيب صديقة للبيئة لاستخراج الليجنين عالي الجودة من خشب الصنوبر. تحافظ طريقتهم على الخصائص الطبيعية للمادة، مما ينتج عنه منتج متجانس ذو استقرار حراري جيد - وهي خصائص حاسمة لإنتاج مواد عالية القيمة.
عند الاختبار، أدت الرغوة القائمة على البيولوجيا أداءً مماثلاً للرغوة التقليدية المصنوعة من البوليمر الصناعي فيما يتعلق بالخصائص الميكانيكية والاستقرار. وهذا يشير إلى أنها قد تكون قابلة للاستخدام التجاري في المنتجات بدءًا من وسائد الأثاث إلى مواد التعبئة والتغليف.
من المختبر إلى غرفة المعيشة
قد يكون التوقيت مثاليًا لهذا الابتكار. مع استمرار معدلات إعادة تدوير البلاستيك تحت 20% وغالبًا ما تنتج البلاستيك المعاد تدويره منتجات ذات جودة أقل، يبحث المصنعون بنشاط عن بدائل مستدامة.
لقد لفت البحث بالفعل انتباه الصناعة. يعمل فريق زانغ الآن بالتعاون مع شركاء صناعيين لتحسين وزيادة إنتاج رغوة البوليمر القائمة على الليجنين الخاصة بهم.
النظر إلى المستقبل
بينما قد يبدو استبدال 20% من المواد المعتمدة على البترول أمرًا متواضعًا، إلا أنه يمثل خطوة كبيرة نحو المزيد من المنتجات الاستهلاكية المستدامة. مع تحسين عمليات التصنيع، يمكن أن تزيد هذه النسبة مما قد يحول كيفية إنتاجنا للأشياء اليومية بدءاً من التعبئة والتغليف وصولاً إلى الأثاث.
This research was supported by the National Science Foundation’s Industry-University Cooperative Research Center for Bioplastics and Biocomposites, the USDA National Institute of Food and Agriculture programs, and WSU’s Office of Commercialization.
If you found this piece useful, please consider supporting our work with a small, one-time or monthly donation…
