يطور العلماء طريقة جديدة لمعالجة مشكلتين عالميتين كبيرتين في وقت واحد: التلوث البلاستيكي والطلب على الطاقة النظيفة. باستخدام ضوء الشمس، يجدون طرقًا لتحويل البلاستيك المهمد إلى وقود مفيد.

تدرس دراسة حديثة أجرتها مرشحة الدكتوراه في جامعة أديلايد، شياو لو، كيف يمكن للأنظمة التي تعمل بالطاقة الشمسية تحويل النفايات البلاستيكية إلى هيدروجين وغاز التخليق ومواد كيميائية صناعية أخرى. يمكن أن يساعد هذا النهج في خلق اقتصاد دائري أكثر استدامة من خلال إعطاء قيمة جديدة للمواد التي يتم التخلص منها عادة.

يتم إنتاج أكثر من 460 مليون طن من البلاستيك في جميع أنحاء العالم كل عام، وتنتهي كميات كبيرة منه بتلويث الأرض والمحيطات. في الوقت نفسه، أدت الحاجة إلى الابتعاد عن الوقود الأحفوري إلى تكثيف البحث عن بدائل طاقة أنظف.

يظهر البحث، المنشور في Chem Catalysis، أن البلاستيك، الغني بالكربون والهيدروجين، يمكن معالجته كمورد بدلاً من مجرد نفايات.

قالت السيدة لو: "غالبًا ما يُنظر إلى البلاستيك على أنه مشكلة بيئية كبيرة، لكنه يمثل أيضًا فرصة كبيرة. إذا تمكنا من تحويل النفايات البلاستيكية بكفاءة إلى وقود نظيف باستخدام ضوء الشمس، فيمكننا معالجة تحديات التلوث والطاقة في نفس الوقت."

تعتمد الطريقة، التي تسمى إعادة التشكيل الضوئي بالطاقة الشمسية، على مواد حساسة للضوء تُعرف باسم المحفزات الضوئية. تستخدم هذه المواد ضوء الشمس لتحطيم البلاستيك في درجات حرارة منخفضة نسبيًا.

من خلال هذه العملية، يمكن تحويل البلاستيك إلى هيدروجين، وهو وقود نظيف لا ينبعث منه أي انبعاثات عند نقطة الاستخدام، بالإضافة إلى مواد كيميائية صناعية قيّمة أخرى.

بالمقارنة مع تقسيم الماء التقليدي لإنتاج الهيدروجين، يمكن أن يكون هذا النهج أكثر كفاءة في استخدام الطاقة. البلاستيك أسهل في الأكسدة، مما يجعل التفاعلات تتطلب طاقة أقل ويزيد من إمكانية الاستخدام على نطاق واسع.

وفقًا للمؤلف الرئيسي البروفيسور شياوغوانغ دوان من كلية الهندسة الكيميائية بجامعة أديلايد، فقد أسفرت التجارب الأخيرة عن نتائج قوية.

أبلغ الباحثون عن مستويات عالية من إنتاج الهيدروجين، بالإضافة إلى إنشاء حمض الأسيتيك وحتى الهيدروكربونات في نطاق الديزل. عملت بعض الأنظمة بشكل مستمر لأكثر من 100 ساعة، مما يدل على تحسين الاستقرار والأداء.

على الرغم من هذا التقدم، يجب معالجة العديد من العقبات قبل أن يتم اعتماد التكنولوجيا على نطاق واسع.

قال البروفيسور دوان: "إحدى العقبات الرئيسية هي تعقيد النفايات البلاستيكية نفسها. تتصرف الأنواع المختلفة من البلاستيك بشكل مختلف أثناء التحويل، ويمكن للإضافات مثل الأصباغ والمثبتات أن تتداخل مع العملية. لذلك فإن الفرز الفعال والمعالجة المسبقة ضروريان لتعظيم الأداء وجودة المنتج."

هناك مشكلة رئيسية أخرى تتعلق بالمحفزات الضوئية نفسها. يجب أن تكون هذه المواد انتقائية للغاية ومتينة، وقادرة على العمل في ظل ظروف كيميائية صعبة دون فقدان الفعالية. يمكن أن تتحلل الإصدارات الحالية بمرور الوقت، مما يحد من موثوقيتها على المدى الطويل.

قال البروفيسور دوان: "لا تزال هناك فجوة بين النجاح المختبري والتطبيق الواقعي. نحن بحاجة إلى محفزات أكثر قوة وتصميمات أنظمة أفضل لضمان أن تكون التكنولوجيا فعالة وقابلة للتطبيق اقتصاديًا على نطاق واسع."

يمثل فصل المنتجات النهائية أيضًا تحديًا. غالبًا ما تنتج التفاعلات مزيجًا من الغازات والسوائل، والتي يجب فصلها من خلال عمليات كثيفة الاستهلاك للطاقة. يمكن أن يقلل هذا من الفوائد البيئية الإجمالية.

للتغلب على هذه المشكلات، يؤكد الباحثون على الحاجة إلى استراتيجية أكثر تكاملاً. يتضمن ذلك تحسينات في تصميم المحفزات وهندسة المفاعلات والتحسين العام للنظام. تشمل الأفكار الجديدة التي يتم استكشافها المفاعلات ذات التدفق المستمر، والأنظمة التي تجمع بين الطاقة الشمسية والطاقة الحرارية أو الكهربائية، وأدوات المراقبة المتقدمة لتحسين الكفاءة.

بالنظر إلى المستقبل، أوضح الفريق خطوات لتوسيع نطاق التكنولوجيا. تشمل أهدافهم تعزيز كفاءة الطاقة وتمكين التشغيل الصناعي المستمر على مدى العقود القادمة.

قال البروفيسور دوان: "هذا مجال مثير وسريع التطور."