بديل قابل لإعادة تدوير المواد البلاستيكية

أحدثت المواد البلاستيكية تحولاً جذرياً في المجتمع الحديث، إذ توفر مواد خفيفة الوزن ومتينة ومتعددة الاستخدامات، تُستخدم في كل مكان في الحياة اليومية. ومع ذلك، فإن التكلفة البيئية للمواد البلاستيكية الصناعية، المشتقة أساساً من الوقود الأحفوري، والتي غالباً ما تكون غير قابلة للتحلل الحيوي، قد أثارت مخاوف عالمية بشأن التلوث والصحة والاستدامة. واستجابةً لذلك، برزت بدائل المواد البلاستيكية القابلة لإعادة التدوير كحل واعد للتخفيف من هذه المشكلات. يستكشف هذا المقال نشأة المواد البلاستيكية وتاريخها، وإنتاجها واستخداماتها العالمية، والمشاكل المرتبطة بها، ويقدم رؤىً مُفصّلة حول المواد البلاستيكية القابلة لإعادة التدوير والبدائل الواعدة، مدعوماً بإحصاءات ومراجع ببليوغرافية. يقدم كل قسم بيانات وتحليلات موسعة لإثراء النقاش السياسي والصناعي والبيئي.

غلاف الزهور مصنوع من مزيج PLAالحيوي المرن

1. نشأة المواد البلاستيكية وتاريخها.

بدأ تاريخ المواد البلاستيكية مع تطوير مواد طبيعية شبيهة بالبلاستيك مثل المطاط والشيلاك. كان اختراع الباركسين (السليولويد) عام ١٨٥٦ على يد ألكسندر باركس بدايةً للمواد البلاستيكية الصناعية. وفي عام ١٩٠٧، طوّر ليو بايكلاند الباكليت، أول مادة بلاستيكية صناعية بالكامل مصنوعة من الفينول والفورمالديهايد. مكّن اكتشاف عمليات البلمرة من إنتاج البولي إيثيلين (PE) عام ١٩٣٣، والبوليسترين (PS) وكلوريد البولي فينيل (PVC) في ثلاثينيات وأربعينيات القرن العشرين. تسارع استخدام المواد البلاستيكية خلال الحرب العالمية الثانية في التطبيقات العسكرية، وتوسّع بسرعة في أسواق المستهلكين بعد الحرب.

بحلول خمسينيات وستينيات القرن العشرين، ظهرت أنواع جديدة من المواد البلاستيكية مثل البولي بروبيلين (PP) والبولي إيثيلين تيريفثالات (PET). لفتت أزمة الطاقة في سبعينيات القرن العشرين الانتباه إلى اعتماد المواد البلاستيكية على النفط. وشهد أواخر القرن العشرين تنوعاً في التطبيقات، بدءاً من التغليف وصولاً إلى الفضاء. واليوم، تُعدّ المواد البلاستيكية جزءاً لا يتجزأ من الحياة العصرية.

2. تطور المواد البلاستيكية وتطويرها وتقدمها.

تطورت المواد البلاستيكية بفضل التقدم في علوم البوليميرات. تهيمن المواد البلاستيكية ذات التلدُّن الحراري، مثل البولي إيثيلين (PE)، والبولي بروبيلين (PP)، والبولي إيثيلين تيرفثالات (PET)، على الإنتاج العالمي بفضل قابليتها للتشكيل وإعادة التدوير. توفر المواد البلاستيكية ذات التصلُّب الحراري، مثل الإيبوكسي والبولي يوريثان، صلابة ومقاومة كيميائية. عززت التطورات في إضافات البلاستيك الأداء، مثل المثبتات للحماية من الأشعة فوق البنفسجية، والملدنات للمرونة.

في القرن الحادي والعشرين، تشمل ابتكارات المواد البلاستيكية البوليمرات عالية الأداء، والمواد المركبة النانوية، والبوليمرات الناقلة، والمواد الذكية. يستخدم التصنيع الإضافي (الطباعة ثلاثية الأبعاد) الآن خيوطًا حرارية بلاستيكية (مثل بوليمير حمض اللبن PLAوالأكريلونتريل بوتاديين ستايرين ABS). تُعدّ المواد البلاستيكية الحيوية وقابلية إعادة التدوير من أهم التوجهات البحثية.

3. الإنتاج العالمي من المواد البلاستيكية.

قُدِّر الإنتاج العالمي من المواد البلاستيكية بنحو 400.3 مليون طن متري في عام 2022، مرتفعاً من 270 مليون طن متري في عام 2010. ويعزى هذا النمو إلى زيادة الطلب في قطاعات التعبئة والتغليف والبناء والإلكترونيات والسيارات.

أكبر الدول المنتجة للمواد البلاستيكية (2022):

• الصين: 32.1% (128.5 مليون طن)،

• الولايات المتحدة: 14.5% (58 مليون طن)،

• ألمانيا: 6.5% (26 مليون طن)،

• الهند وكوريا الجنوبية: حوالي 4%لكل منهما.

توقعات نمو القطاع:

• معدل النمو السنوي المركب للطلب على للمواد البلاستيكية للتعبئة والتغليف (2028-2023): 5.2%،

• معدل النمو السنوي المركب للمواد البلاستيكية المستخدم في البناء: 4.5%.

4. توزيع الإنتاج العالمي من المواد البلاستيكية.

يتركز إنتاج المواد البلاستيكية إقليمياً نظراً لسهولة الوصول إلى المواد الخام، والقدرة الصناعية، والطلب.

حصص الإنتاج الإقليمية (2022):

• آسيا والمحيط الهادئ: 51.5% (بقيادة الصين والهند واليابان)،

• أوروبا: 15%،

• أمريكا الشمالية: 18%،

• أمريكا اللاتينية: 4%،

• الشرق الأوسط وأفريقيا: 5.5% .

المصدرون الرئيسيون:

• الصين (البوليمرات الخام)،

• المملكة العربية السعودية (مشتقات البتروكيماويات).

5. الاستخدامات والتطبيقات الرئيسية للمواد البلاستيكية.

تُستخدم المواد البلاستيكية في جميع القطاعات تقريباً:

• التغليف (40.5%): الأغشية، والزجاجات، والحاويات؛ وهو المحرك الرئيسي للمواد البلاستيكية أحادية الاستخدام.

• البناء (19%): الأنابيب، والعزل، والكسوة؛ تطبيقات طويلة الأمد.

• السيارات (9%): التصميمات الداخلية، وأنظمة الوقود، والمصدات؛ مما يُقلِّل من وزن المركبات.

• الإلكترونيات (6%): العزل، والأغلفة، والتوصيلات.

• الزراعة (3%): أغشية التغطية، وقطع غيار الري.

• أخرى (22.5%): الأجهزة الطبية، والمنسوجات، والأثاث.

الاتجاهات البارزة:

• ازدياد التجارة الإلكترونية يعزِّز الطلب على مواد التغليف.

• تخفيف الوزن في النقل لتقليل الانبعاثات.

6. المشاكل والقضايا المتعلقة بالمواد البلاستيكية.

تطغى المخاوف البيئية والصحية الخطيرة على فوائد المواد البلاستيكية:

• عدم قابليتها للتحلل البيولوجي: تبقى العديد من المواد البلاستيكية صالحة لمئات السنين.

• الجسيمات البلاستيكية الدقيقة: توجد في المحيطات، والهواء، والمطر، ودم الإنسان.

• السموم: تتسرب الفثالات، وبيسفينول أ (BPA)، وغيرها من المواد المضافة إلى البيئة.

• انبعاثات الكربون: قد تصل انبعاثات غازات الدفيئة من المواد البلاستيكية خلال دورة حياتها إلى 2.8 غيغا طن من ثاني أكسيد الكربون بحلول عام 3050.

التأثير البشري:

• احتمال حدوث خلل في الغدد الصماء، وسرطان نتيجة التعرض.

• يضر البلاستيك في المحيطات بأكثر من 700 نوع بحري.

7. نفايات المواد البلاستيكية: المشاكل والحلول الحالية.

توليد النفايات البلاستيكية عالمياً:

• يُنتج سنوياً حوالي 353مليون طن من نفايات المواد البلاستيكية،

• يُعاد تدوير حوالي 9%فقط، ويُحرق حوالي 19%، ويُدفن حوالي 72% أو يُتسرب.

ممارسات إدارة النفايات الحالية:

• إعادة التدوير الميكانيكي: الفرز، التقطيع، الصهر (منخفض التكلفة، ويقتصر على أنواع معينة)،

• إعادة التدوير الكيميائي: تحويل المواد البلاستيكية إلى مونومرات أو وقود؛ كثيف الاستهلاك للطاقة،

•  الحرق مع استعادة الطاقة: يُستخدم في الاتحاد الأوروبي واليابان. مثير للجدل بسبب الانبعاثات.

القضايا الرئيسية:

•  عدم كفاية فصل النفايات،

• انخفاض القيمة السوقية للمواد القابلة لإعادة التدوير،

•  التلوث في نفايات ما بعد الاستهلاك.

8. مصير المواد البلاستيكية الصناعية ومنتجاتها.

تتراكم المواد البلاستيكية الصناعية عالمياً:

•  حوالي 6.3مليار طن من النفايات البلاستيكية المُنتَجة (1950-2020)،

•  5 مليارات طن لا تزال في مكبات النفايات أو البيئة،

زمن التحلل (تقديرات):

•  شباك الصيد: 600 عام،

•  الحفاضات التي تُستخدَم لمرة واحدة: 500 عام،

•  كوب الستايروفوم: 50 عاماً.

النقاط البيئية الساخنة:

• رقعة نفايات المحيط الهادئ الكبرى (حوالي 1.8 تريليون قطعة)،

• الأنهار الحضرية كممرات لتسرب المواد البلاستيكية.

9. ظهور المواد البلاستيكية القابلة لإعادة التدوير وتاريخها.

معالم إعادة التدوير:

•  سبعينيات القرن الماضي: يوم الأرض يُعزِّز التوعية،

• ثمانينيات القرن الماضي: ظهور برامج إعادة التدوير،

• ١٩٨٨:  طرحت جمعية صناعة المواد البلاستيكية رموز RIC (1-7)،

• الألفينيات: إعادة التدوير على جانب الطريق في المناطق الحضرية.

المواد الشائعة القابلة لإعادة التدوير:

PET • (رقم 1): زجاجات المياه/الصودا،

•  HDPE (رقم 2): عبوات المنظفات،

•  PP (رقم 5): أكواب الزبادي (بنية تحتية محدودة لإعادة التدوير).

أدوات مائدة بلاستيكية قابلة للتحلل الحيوي

10. تعريف المواد البلاستيكية القابلة لإعادة التدوير ومعاييرها ومتطلباتها.

يجب أن تكون المواد البلاستيكية القابلة لإعادة التدوير:

•  مواد بلاستيكية حرارية (قابلة للانصهار وإعادة التشكيل)،

• مفصولة حسب نوع البوليمر مثل PET مقابلHDPE ،

•  خالية من التلوث (مثل الطعام والمواد اللاصقة).

إرشادات التصميم لإعادة التدوير:

•  تجنُّب التغليف متعدد الطبقات،

• استخدام ملصقات وراتنجات موحدة،

• تقليل المواد المضافة التي تعيق إعادة المعالجة.

المعايير الدولية:

ISO 15270 •دليل عمليات إعادة التدوير والتصنيفات

11. إنتاج المواد البلاستيكية القابلة لإعادة التدوير وتوزيعها عالمياً.

إنتاج المواد البلاستيكية القابلة لإعادة التدوير (2023):

•  تم تحديد حوالي 70 مليون طن متري على أنها قابلة لإعادة التدوير،

• تم إعادة تدوير حوالي 36مليون طن فعلياً (بكفاءة 52%).

أهم جهات إعادة التدوير:

•  الصين: أكبر مستورد ومُعيد تدوير،

• ألمانيا: معدل إعادة تدوير حوالي 65%(رائدة في الاتحاد الأوروبي)

•  الولايات المتحدة الأمريكية: معدل إعادة تدوير حوالي 9%.

العوائق:

• حظر التصدير (مثل سياسة السيف الوطني الصينية لعام 2018)

• نقص أسواق إعادة التدوير المحلية.

12. السوق العالمية وتوزيع المواد البلاستيكية القابلة لإعادة التدوير.

تفاصيل السوق (2023) :

•  البولي إيثيلين: 18 مليار دولار،

• البولي إيثيلين تيريفثالات: 12.5مليار دولار،

•  البولي بروبيلين: 8 مليارات دولار.

رؤى إقليمية:

• أوروبا: تُشجّع خطة عمل الاقتصاد الدائري إعادة التدوير،

• آسيا والمحيط الهادئ: تزايد الاستثمار في البنية التحتية لإعادة التدوير،

•  الولايات المتحدة الأمريكية: ظهور شراكات بين القطاعين العام والخاص (مثل شركاء الحلقة المغلقة).

التوقعات:

•  تجاوز السوق 70 مليار دولار بحلول عام 2030.

13. نسبة المواد البلاستيكية القابلة لإعادة التدوير مقارنةً بإجمالي إنتاج المواد البلاستيكية.

على الرغم من تزايد الوعي، لا تزال إعادة التدوير ضئيلة:

• يُعاد تدوير حوالي 9-10%فقط من البلاستيك سنوياً،

•  30-35% من إجمالي المواد البلاستيكية قابلة لإعادة التدوير تقنياً،

• يختلف معدل إعادة التدوير التشغيلي بشكل كبير:

• أوروبا: حوالي 32%،

• الولايات المتحدة الأمريكية: حوالي 9%،

• الهند: حوالي 60%.

•  يختلف معدل إعادة التدوير التشغيلي بشكل كبير: أوروبا (حوالي 32%)، الولايات المتحدة الأمريكية (حوالي 9%)، الهند (حوالي 60%).

•  التحديات:

•  نقص الحوافز الاقتصادية: غالباً ما تكون المواد البلاستيكية الخام أرخص من المواد البلاستيكية المعاد تدويرها بسبب الدعم واقتصادات الحجم في الصناعات القائمة على الوقود الأحفوري الإنتاج.

• الفجوات التكنولوجية في الفرز: تُقلِّل المواد البلاستيكية المختلطة أو الملوثة من كفاءة مسارات إعادة التدوير وجودتها.

•  حيرة المستهلك: يُعقّد نقص الملصقات والبنية التحتية الموحدة عملية التخلص السليمة.

يُبرز هذا التناقض بين إعادة التدوير المحتملة والفعلية الحاجة المُلحة لإصلاح السياسات، والابتكار في تقنيات الفرز وإعادة المعالجة، وتوحيد المعايير عالمياً لسد هذه الفجوة.

14. بدائل المواد البلاستيكية الصناعية الحالية.

تهدف بدائل المواد البلاستيكية الصناعية إلى أن تكون قابلة للتحلل الحيوي، وقابلة للتحويل إلى سماد، أو مشتقة من مصادر متجددة. تشمل الفئات الأكثر واعدة ما يلي:

•  المواد البلاستيكية الحيوية: مصنوعة من الكتلة الحيوية مثل نشاء الذرة، وقصب السكر، والطحالب. ويشمل حمض البولي لاكتيك(PLA) ، وبولي هيدروكسي ألكانوات(PHA)، ومزائج النشاء.

قلم مصنوع من البلاستيك الحيوي (بولي لاكتيد، PLA)

• المواد البلاستيكية القابلة للتحلُّل: مُوثّقة للتحلل تحت تأثير التسميد الصناعي مثل معيار EN 13432)).

•  مواد الميسيليوم: مشتقة من جذور الفطريات، وتُستخدم في التغليف والعزل.

• أغشية السليلوز: أغشية شفافة ومرنة تُستخدم كأغلفة وملصقات.

تغليف الفول السوداني المصنوع من البلاستيك الحيوي (نشاء البلاستيك الحراري)

15. كيمياء المواد البلاستيكية البديلة للمواد البلاستيكية الصناعية الحالية.

يتم تصنيع المواد البلاستيكية الحيوية، مثل PLAوPHA، عن طريق التخمير أو البلمرة:

• PLA: يُنتَج عن طريق تخمير السكريات وتحويلها إلى حمض اللاكتيك، ثم بلمرتها إلى بلاستيك.

التركيب الكيميائي: بوليستر أليفاتي خطي.

الخصائص: قابل للتحلل الحيوي، قابل للتحويل إلى سماد، شفاف.

• بولي هيدروكسي ألكانوات (PHA): يُنتج عن طريق التخمير البكتيري للسكر/الدهون.

• الخصائص: قابل للتحلل الحيوي في البيئات البحرية.

• التحديات: التكلفة العالية، والتنوع.

تشمل البدائل الأخرى:

• سكسينات بولي بوتيلين (PBS): مادة بلاستيكية حرارية قابلة للتحلل الحيوي مصنوعة من حمض السكسينيك و1,4-بيوتانيديول.

• بولي إيثيلين الحيوي، بولي إيثيلين تيريفثالات الحيوي: مطابق كيميائياً لنظيراته القائمة على الوقود الأحفوري، ولكنه مشتق من الإيثانول الحيوي.

16. الجدوى الصناعية للمواد البلاستيكية البديلة للمواد البلاستيكية الحالية.

المواد البلاستيكية الحيوية قابلة للإنتاج بكميات كبيرة بشكل متزايد:

• الطاقة الإنتاجية العالمية للمواد البلاستيكية الحيوية (2024): حوالي 2.2 مليون طن متري.

• مصانع بولي لاكتيك: الولايات المتحدة الأمريكية والصين وتايلاند تقود الإنتاج.

عوائق الجدوى:

• ارتفاع التكاليف (حوالي 20- 100% مقارنةً بالطرائق التقليدية،

• فجوات البنية التحتية للتسميد،

• استخدام الأراضي التنافسي للمحاصيل.

• التطبيقات المجدية:

• PLA: الأدوات، مواد التغليف، المنسوجات،

• PHA: الخيوط الجراحية الطبية، المواد الصديقة للبيئة،

• مزائج النشاء: أغشية التغطية الزراعية.