العلماء يحولون النفايات البلاستيكية إلى وقود هيدروجيني نظيف

يمكن أن يوفر هذا التقدم طريقًا قابلاً للتطوير للطاقة النظيفة مع جعل إعادة تدوير البلاستيك أكثر فعالية.

يمكن أن تظل الزجاجة أو حقيبة التسوق أو جزء السيارة المهملة في مجرى النفايات لفترة طويلة بعد انتهاء عمرها الإنتاجي. على الرغم من أن البلاستيك موجود في كل مكان في المجتمع الحديث، إلا أن إعادة تدويره تظل صعبة لأن معظم الأنظمة تتطلب فصل أنواع مختلفة أولاً، وهي خطوة مكلفة وتتطلب عمالة مكثفة.

ونتيجة لذلك، يتم إعادة تدوير 9% فقط من النفايات البلاستيكية، بينما يذهب 79% منها إلى مدافن النفايات ويتم حرق 12%، مما يؤدي إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون.

يصبح البلاستيك المختلط هيدروجينًا نظيفًا

شارك الباحثون بقيادة جامعة كاليفورنيا أظهرت كلية سامويلي للهندسة وجامعة Ewha Womans في كوريا الجنوبية عملية كيميائية تحول خليطًا من ثلاثة مواد بلاستيكية مستخدمة على نطاق واسع إلى وقود هيدروجين عالي النقاء. تعمل هذه الطريقة عند درجات حرارة أقل بكثير من التغويز التقليدي وتخزن الكربون كمعدن صلب بدلاً من إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

النتائج التي نشرت في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، يركز على المعالجة الحرارية القلوية (ATT)، حيث يتفاعل هيدروكسيد الصوديوم الساخن مع المواد العضوية لإنتاج الهيدروجين. في مفاعل واحد، تمت معالجة خليط البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET)، والبولي إيثيلين (PE)، والبولي بروبيلين (PP) دون الحاجة إلى فرز المواد البلاستيكية أولاً. تجاوز الهيدروجين الناتج درجة نقاء 90٪.

قال المؤلف المشارك آه هيونج “أليسا” بارك، عميد رونالد وفاليري شوجر في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس سامويلي وأستاذ الهندسة الكيميائية والجزيئية الحيوية: “إننا نحل مشكلتين عالميتين عاجلتين في نفس الوقت”. “تتراكم النفايات البلاستيكية بمعدلات مثيرة للقلق، والهيدروجين النظيف ضروري لإزالة الكربون من الطاقة. وتعالج هذه التكنولوجيا كلا هذين التحديين بطريقة إبداعية وقابلة للتطوير.”

قام المؤلف المشارك لبارك آند ستراي وو-جاي كيم، أستاذ الهندسة الكيميائية وعلوم المواد في جامعة إيوا للسيدات، بتطوير ATT في الأصل باعتباره طريقة خالية من الكربون لتحويل الكتلة الحيوية مثل الأعشاب البحرية إلى غاز الهيدروجين. وقام الباحثون بتكييف هذه الطريقة مع النفايات البلاستيكية واستخدموها في الاختبارات المعملية على PET وPE وPP. لقد أنتج كمية أكبر بكثير من الهيدروجين من PET أثناء التشغيل عند درجات حرارة 300-400 درجة مئوية أقل من تلك المطلوبة لتغويز البخار التقليدي.

التسخين الخفيف يفتح المواد البلاستيكية العنيدة

أنتج البولي إيثيلين والبولي بروبيلين في البداية كمية هيدروجين أقل من مادة PET لأن هياكلها تتكون بالكامل من روابط هيدروجين كربون مستقرة تستجيب بشكل سيئ للمعالجة القلوية.

ولجعل المواد البلاستيكية تفاعلية، أضاف الباحثون معالجة مسبقة للأكسدة الحرارية تعمل على تسخينها لفترة وجيزة في الهواء قبل التفاعل الرئيسي. يقدم هذا مجموعات وظيفية تحتوي على الأكسجين على طول سلاسل البوليمر، مما يشكل مواقع كيميائية يمكن أن يهاجمها هيدروكسيد الصوديوم.

يبقى معظم الكربون خارج الهواء

بعد خطوة التنشيط هذه، تحللت المواد البلاستيكية الثلاثة بكفاءة. يلتقط هيدروكسيد الصوديوم الكربون المنطلق أثناء التفاعل ويحوله إلى كربونات الصوديوم الصلبة بدلاً من السماح له بالخروج على شكل ثاني أكسيد الكربون. وجد التحليل بعد المعالجة أن أكثر من 75% من الكربون الأصلي للمواد البلاستيكية بقي في كربونات مستقرة أو بقايا عضوية سائلة. دخل أقل من 13% إلى الطور الغازي، وأطلق التفاعل كمية ضئيلة من الكربون مباشرةً في الغلاف الجوي.

يمكن لعملية الاسترداد المباشرة بعد ذلك تحويل كربونات الصوديوم إلى كربونات الكالسيوم، وتخزين الكربون بشكل دائم في معدن شائع الاستخدام في الصناعات التي تنتج تقليديًا انبعاثات كربونية كبيرة.

واجهت الطرق السابقة ذات درجات الحرارة المنخفضة لإنتاج الهيدروجين من النفايات البلاستيكية قيودًا كبيرة. يعمل الإصلاح الضوئي والتحويل الكهروكيميائي باستخدام الطاقة الشمسية بشكل عام فقط مع المواد البلاستيكية التي تحتوي على الأكسجين مثل PET، باستثناء البولي إيثيلين والبولي بروبيلين على الرغم من وفرة كلاهما في البلاستيك المهمل. يمكن للتغويز التقليدي عالي الحرارة معالجة الخلائط غير المصنفة، لكنه ينتج انبعاثات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون. هذا هو أول استخدام لطريقة ATT الخاصة بالباحثين والمصممة للتغلب على المشكلات الثلاث معًا.

النطاق التجاري لا يزال غير مثبت

وقال كيم: “من خلال تقليل تكاليف الفرز وتعقيد العمليات التي كانت بمثابة عوائق رئيسية أمام التسويق التجاري، فإن هذه التكنولوجيا لديها القدرة على أن تصبح تكنولوجيا أساسية من الجيل التالي تدعم كلاً من اقتصاد الهيدروجين والاقتصاد الدائري”.

قبل أن يتم استخدام هذه العملية على نطاق تجاري، يجب على الباحثين تحسين أدائها وتحديد ما إذا كانت عملية من الناحية الاقتصادية.

المرجع: “توليد الهيدروجين الانتقائي والمباشر من النفايات البلاستيكية المختلطة عبر المعالجة الحرارية القلوية مع تخزين الكربون المتأصل” بقلم جيون بارك وهيونا كيم وهيرين سيو وجيوون لي وهيونج كيو ليم وونهو جونج وآه هيونج أليسا بارك ووو جاي كيم، 6 يوليو 2026، وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
دوى: 10.1073/pnas.2537552123

تم دعم البحث من قبل المؤسسة الوطنية للبحوث في كوريا.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.