شهدت المواد البلاستيكية نمواً هائلاً منذ تسويقها في منتصف القرن العشرين. ففي عام 2022، تجاوز الإنتاج العالمي لهذه المواد 390 مليون طن، وهي زيادة كبيرة من 348 مليون طن في عام 2017. يتم استهلاك أكثر من نصف هذا الإنتاج في آسيا، والصين هي المنتج الرائد.

بين أكبر مستهلكي المواد البلاستيكية تأتي صناعات التعبئة والتغليف (36٪ من إجمالي الاستخدام)، تليها صناعة البناء (16٪)، وصناعة السيارات (7٪)، وصناعة الإلكترونيات (6٪). تعتمد كل من هذه الصناعات بشكل كبير على أنواع معينة من المواد البلاستيكية مثل:

أ. البولي إيثيلين (PE): يستخدم في الأكياس والعبوات والتغليف.

ب. البولي بروبيلين (PP): يوجد في حاويات الطعام وأجزاء السيارات والمنسوجات.

ت. البولي فينيل كلورايد (PVC): يستخدم بشكل أساسي في الأنابيب والكابلات ومواد البناء.

ث. البوليستارين (PS): شائع في أدوات المائدة التي تستخدم لمرة واحدة والعزل والتغليف.

ج. بولي إيثيلين تيريفثالات (PET): يستخدم على نطاق واسع في عبوات المشروبات والمنسوجات.

يعكس حجم الإنتاج بشكل عميق اعتماداً كاملاً على المواد البلاستيكية عبر الصناعات المختلفة.

الإيجابيات:

المتانة: تقاوم المواد البلاستيكية التحلُّل والتآكل.

خفة الوزن: تُقلّل من تكاليف النقل واستهلاك الوقود.

فعّالة من حيث التكلفة: إنتاجها رخيص ومتعددة الاستخدامات.

صحية: ضرورية للأدوات الطبية وسلامة الغذاء.

السلبيات:

الديمومة البيئية: قد تستغرق المواد البلاستيكية التقليدية قروناً حتى تتحلّل.

التلوث: تساهم في تلوث الأرض والمحيط والهواء أثناء الإنتاج والتخلص منها.

المخاطر الصحية: تتسلّل المواد البلاستيكية الدقيقة إلى سلاسل الغذاء، مما يشكل مخاطر صحية على البشر والحياة البرية.

لقد ارتفع الطلب على المواد البلاستيكية التي تستخدم لمرة واحدة بسبب ملاءمتها. ومع ذلك، فإن النفايات الناتجة، والتي تقدر بأكثر من 300 مليون طن سنوياً، تطغى على أنظمة إدارة النفايات الحالية. وتتأثر المحيطات بشكل خاص، حيث تُشكّل المواد البلاستيكية 80٪ من الحطام البحري. وتواجه الدول النامية، التي تفتقر إلى البنية التحتية الكافية لإعادة التدوير، عواقب بيئية وخيمة.

لمواجهة أزمة المواد البلاستيكية، تم تقديم مواد بديلة، مثل الورق والزجاج والمعادن والبوليميرات القابلة للتحلّل البيولوجي. ومع ذلك، فإن هذه البدائل تأتي مع تحدياتها.

أ. الورق.

الإيجابيات: مصدر قابل للتحلّل البيولوجي ومُتجدّد.

السلبيات: استهلاك كبير للمياه والطاقة أثناء الإنتاج؛ يساهم في إزالة الغابات.

ب. الزجاج.

الإيجابيات: قابل لإعادة التدوير، غير سام.

السلبيات: عملية إنتاج ثقيلة كثيفة الطاقة.

ت. المعادن.

الإيجابيات: متانة، قابلية إعادة التدوير.

السلبيات: يضر التعدين والتكرير بالنظم البيئية وينبعث منهما غازات الاحتباس الحراري.

ث. البوليميرات القابلة للتحلل البيولوجي.

الإيجابيات: تتحلّل بشكل أسرع في ظل ظروف معينة؛ تُقلّل من الاعتماد على الوقود الأحفوري.

السلبيات: تتطلب مرافق التخمير الصناعي؛ قد تترك وراءها جسيمات بلاستيكية دقيقة؛ وغالباً ما ينطوي الإنتاج على استخدام كبير للموارد.

تتطلب العديد من بدائل المواد البلاستيكية المزيد من الطاقة والموارد لإنتاجها، مما ينفي بعض الفوائد البيئية. على سبيل المثال، يجب إعادة استخدام الأكياس الورقية عدة مرات للتعويض عن بصمتها الكربونية الأعلى مقارنة بالأكياس البلاستيكية. وبالمثل، في حين أن العبوات الزجاجية متينة، فإن وزنها يزيد من انبعاثات النقل.

تُمثّل المواد البلاستيكية القابلة للتحلّل الحيوي والمواد القائمة على المواد البيولوجية آفاقاً واعدة. يتم استخلاص المواد البلاستيكية القابلة للتحلّل الحيوي من مصادر متجددة مثل الذرة أو قصب السكر أو الطحالب، وهي مُصمّمة للتحلّل في بيئات خاضعة للرقابة. في عام 2023، بلغ الإنتاج العالمي من المواد البلاستيكية القابلة للتحلّل الحيوي حوالي 2 مليون طن، وهو جزء بسيط من إجمالي إنتاج المواد البلاستيكية ولكنه ينمو باطراد.

التحديات:

البنية الأساسية: مرافق محدودة للتخمير الصناعي.

التكلفة: تظل المواد البلاستيكية القابلة للتحلّل الحيوي أكثر تكلفة من المواد البلاستيكية التقليدية.

الوعي: يُعدّ فهم الجمهور للتخلص السليم من النفايات منخفضاً.

يركز البحث الإبداعي على تطوير المواد البلاستيكية التي لا تترك أي أثر على البيئة، مثل البوليميرات المتحللة بواسطة الإنزيمات والمواد التي تحتوي على ألياف طبيعية.

يعتمد مستقبل المواد البلاستيكية على إيجاد التوازن بين فائدتها التي لا يمكن إنكارها والحاجة الملحة للتخفيف من آثارها البيئية. تشير الاتجاهات الناشئة إلى التحوّل نحو حلول مبتكرة تعطي الأولوية للاستدامة، ومنها:

أ. نماذج الاقتصاد الدائري.

يؤكد نهج الاقتصاد الدائري على تصميم المواد البلاستيكية لإعادة الاستخدام وإعادة التدوير وإعادة التصنيع. تعمل الحكومات والصناعات على تطوير أنظمة من أجل:

زيادة قابلية إعادة تدوير المنتجات البلاستيكية.

تعزيز مسؤولية المنتج الممتدة (extended producer responsibility EPR)، حيث يدير المصنّعون دورة حياة منتجاتهم.

تقديم تقنيات إعادة التدوير الكيميائية لتفكيك المواد البلاستيكية إلى مكوناتها الجزيئية لإعادة الاستخدام.

ب. المواد المتقدمة.

يُمهّد البحث في المواد المتقدمة الطريق للجيل القادم من المواد البلاستيكية التي تُظهر:

الشفاء الذاتي: إطالة دورة حياة المنتجات البلاستيكية.

المواد المركبة خفيفة الوزن: تقليل التكاليف البيئية في الصناعات مثل صناعة السيارات والفضاء الجوي.

ت. السياسة والتنظيم.

تتبنى العديد من الحكومات قوانين أكثر صرامة، مثل حظر المواد البلاستيكية للاستخدام مرة واحدة، وفرض الضرائب على إنتاج المواد البلاستيكية، لتشجيع التحوّل نحو البدائل المستدامة. وتهدف المعاهدات العالمية مثل جهود الأمم المتحدة لإبرام اتفاقية ملزمة قانوناً بشأن تلوث المواد البلاستيكية بحلول عام 2024 إلى ضمان المساءلة الجماعية.

المواد البلاستيكية الصديقة للبيئة، وخاصة البوليميرات القابلة للتحلّل البيولوجي، هي جزء أساسي من الحل. تهدف هذه المواد إلى الاحتفاظ بوظائف المواد البلاستيكية التقليدية مع تقليل الضرر البيئي.

البوليميرات القابلة للتحلّل البيولوجي.

تم تصميم البوليميرات القابلة للتحلّل البيولوجي لتتحلّل إلى عناصر طبيعية، مثل الماء وثاني أكسيد الكربون والكتلة الحيوية، في ظل ظروف محددة. غالباً ما يتم تصنيعها من مصادر متجددة مثل:

حمض البولي لاكتيك (PLA): مُشتق من نشاء الذرة أو قصب السكر، ويستخدم في التعبئة والتغليف والغرسات الطبية.

بولي هيدروكسي ألكانوات (PHA): يتم إنتاجها عن طريق التخمير الميكروبي، ومناسبة للاستخدامات الطبية والزراعية.

مزائج النشاء: يتم دمجها مع المواد البلاستيكية التقليدية لتحسين قابلية التحلّل البيولوجي.

تُمثّل البوليميرات القابلة للتحلّل البيولوجي حالياً حوالي 1-2٪ من إنتاج المواد البلاستيكية العالمي، أي ما يقرب من 2,2 مليون طن سنوياً في عام 2023. يتركز الإنتاج في أوروبا وأمريكا الشمالية وآسيا، مع وجود شركات تصنيع رئيسية مثل NatureWorks وNovamont في المقدمة.

التحديات في التوسُّع:

التكلفة: تظل البوليميرات القابلة للتحلّل البيولوجي أغلى بنسبة 20-50٪ من المواد البلاستيكية التقليدية.

البنية الأساسية: ما تزال مرافق التخمير الصناعي نادرة، والعديد من البوليميرات القابلة للتحلّل البيولوجي لا تتحلّل بشكل فعّال في البيئات الطبيعية.

المواصفات: يؤدي الافتقار إلى العلامات والمواصفات الواضحة إلى إرباك المستهلكين بشأن التخلص السليم.

على الرغم من هذه العقبات، تكتسب البوليميرات القابلة للتحلّل البيولوجي زخماً في تطبيقات مثل تغليف المواد الغذائية، والمنتجات وحيدة الاستخدام، والرقائق الزراعية، مما يعكس الطلب المتزايد على الخيارات المستدامة.

إن مكافحة التلوث البلاستيكي معقّدة، ولا يوجد حل واحد لها. ورغم تطوير بدائل للمواد البلاستيكية، فإن العديد منها يأتي مع مقايضات بيئية. ويكمُن المفتاح في موازنة فوائد المواد البلاستيكية مع تكاليفها البيئية، وتشجيع إعادة التدوير، والاستثمار في الابتكارات المستدامة. ومن الممكن أن تؤدي الاختراقات المستقبلية في البوليميرات القابلة للتحلّل البيولوجي والصديقة للبيئة إلى إحداث ثورة في الصناعات والحد من الاعتماد العالمي على المواد البلاستيكية التقليدية. ومع ذلك، يتطلب تحقيق هذه الرؤية التعاون العالمي والسياسات القوية والتوعية العامة.

من خلال تقييم المواد البلاستيكية وبدائلها بعناية، يمكن رسم مسار نحو مستقبل أكثر استدامة وصديقاً للبيئة.

يمثل تطوير البوليميرات الصديقة للبيئة خطوة حاسمة نحو الحد من البصمة البيئية لأنماط الحياة الحديثة. ومن خلال التركيز على المواد القابلة للتحلّل البيولوجي، وأنظمة إعادة التدوير، وطرائق الإنتاج المبتكرة، يمكن للمجتمع الانتقال من الاعتماد على المواد البلاستيكية التقليدية إلى بدائل أكثر استدامة.

سوف يعتمد مستقبل المواد البلاستيكية على التعاون العالمي بين الصناعات والحكومات والمستهلكين لتعزيز الوعي، والاستثمار في البحث، وبناء البنية الأساسية اللازمة للمواد المستدامة. ورغم استمرار التحديات، فإن تطور المواد البلاستيكية الصديقة للبيئة يوفّر الأمل في كوكب أنظف وأكثر مرونة.