البوليسترين هو نوع من البلاستيك يُستخدم في العديد من التطبيقات، بما في ذلك الألعاب ومعدات الحدائق والإلكترونيات والأجهزة المنزلية، وبالمناسبة، حشو أكياس الفاصوليا. ولكن هل يمكن إعادة تدوير البوليسترين؟ دعونا نكتشف ذلك.
هل يمكن للديدان الخارقة أن تأكل الستايروفوم؟
يقول المعرفة العامة أن البلاستيك هو شيء يبقى في الأرض إلى الأبد ولا يتحلل. ذلك لأننا نُخبر بأن الطبيعة ليس لديها طريقة لمعالجته أو استخراج الطاقة منه. ولكن الأبحاث الجديدة تقول إن هذا الرأي ليس صحيحًا تمامًا. يتضح أن نوعًا معينًا من يرقات الجعران يمكنه تحطيم البوليسترين إلى منتجات ثانوية غير ضارة، مما يوفر حلاً محتملاً لأزمة البلاستيك المستمرة على الكوكب. وجد العلماء الذين نشروا في مجلة "Science of the Total Environment" مؤخرًا أن يرقات نوع من الخنافس يسمى Zophobas atratus يمكنها أكل الستايروفوم كغذاء وحيد لها. تقوم البكتيريا في أمعائها بتحليل البوليسترين وتحويله إلى مزيج من المعادن والطاقة وثاني أكسيد الكربون. تضيف هذه الأبحاث الجديدة إلى النتائج السابقة التي وجدت أن نوعًا آخر، وهو ديدان الوجبة، يمكنه أيضًا هضم البلاستيك.
أخبار جيدة للمصنعين
"الخبر بأن هذه اليرقات، التي تُسمى أحيانًا بالديدان الخارقة، يمكنها تناول المنتجات القائمة على البوليسترين هو خبر مرحب به لدى مصنعي المنتجات البلاستيكية. يُعتبر البوليسترين واحدًا من أكثر أنواع البلاستيك استخدامًا عالميًا ومصدرًا رئيسيًا محتملاً للتلوث الصناعي والاستهلاكي. ومع ذلك، فإن دودة صغيرة تحتوي على بكتيريا قادرة على تحلل هذا المادة تعتبر ذات أهمية قصوى للبيئة العالمية. يعني ذلك أن عدد أنواع البلاستيك التي يمكن للطبيعة تحللها أصبح الآن أكبر بكثير مما كان يتخيله العلماء سابقًا، مما يوفر الأمل لكل من النظام البيئي والمصنعين الذين يستخدمون البلاستيك. السبب في قدرة زوفوباس أتراتوس على تحلل البوليسترين يتعلق بالتاريخ التطوري للدودة. في الماضي البعيد، كان على الديدان إيجاد طرق لهضم مكونات الخشب - أحد مصادر الغذاء في بيئتها. كانت بعض هذه المكونات صعبة التحلل بشكل خاص بسبب خصائصها الهيكلية. في الواقع، قد تكون العملية التطورية لتطوير الأدوات اللازمة قد استغرقت الحياة ملايين السنين لتتطور. ولكن في النهاية، نجحت العديد من الأنواع في الحفاظ على هذه الصفات، وجلبتها إلى العصر الحديث. عبر المقاييس الزمنية التطورية، طورت الحشرات والديدان الطحلبية والديدان الخارقة جميعها القدرة على البحث عن الطاقة المستمدة من الخشب الصعب الحصول عليها، مما خلق التربة التي نراها حولنا."
كيف تأكل الديدان الخارقة البوليسترين؟
في عام 2015، اكتشف فريق مقره في كلية علوم الحياة في معهد بكين للتكنولوجيا في الصين أن نوعًا من خنفساء الديدان الطحلبية، تينيبريو موليتور، يمكنه تحلل وتعدين الستايروفوم. أشارت الأبحاث إلى أنهم يمتلكون نوعًا من البكتيريا المعوية التي تحتوي على إنزيم يحلل البلاستيك. ومع ذلك، كانت الديدان نفسها صغيرة، وبالتالي كان معدل تغذيتها منخفضًا. تحت ظروف المختبر، تمكنوا من تحطيم المنتجات المحتوية على البوليسترين، ولكن استغرق الأمر وقتًا طويلاً. بسبب هذا، أراد الفريق معرفة ما إذا كانت الديدان الأكبر حجمًا التي تحتوي على نفس البكتيريا المعوية يمكنها القيام بعمل أفضل. كان زوفوباس أتراتوس هو المرشح المثالي، حيث كان حجمه أكبر بحوالي أربع مرات من تينيبريو موليتور. بدأ فريق بكين في تصميم تجربة لمعرفة ما إذا كانت هذه الديدان الفائقة تقوم بعمل أفضل من ديدان الطحين في تحطيم البلاستيك. قاموا بتقسيم الديدان إلى مجموعتين ووضعوها في حاضنات زجاجية مختلفة مزودة بسدادات مطاطية مملوءة بالهواء المضغوط، باستثناء ثاني أكسيد الكربون. حصلت مجموعة واحدة على الستايروفوم كغذاء وحيد لها، بينما حصلت الأخرى على نظام غذائي طبيعي من النخالة البرية، تم تغذيتهما لمدة 28 يومًا. أنتجت كلا المجموعتين ثاني أكسيد الكربون خلال فترة الدراسة، لذا قام العلماء بطرح الكمية المنتجة من قبل مجموعة التحكم من الكمية المنبعثة من مجموعة البلاستيك."
التجربة العلمية
وجدت التجربة أن الديدان الخارقة يمكنها تناول كميات أكبر بكثير من البوليسترين يوميًا مقارنة بالديدان الطحلبية في دراسة عام 2015. وقد أشارت التقديرات إلى أن كل دودة كانت قادرة على معالجة حوالي 0.58 ملغ من البوليسترين خلال فترة أربع وعشرين ساعة - أي حوالي أربعة أضعاف كمية تينيبريو موليتور. ووجد الباحثون أن مجموعة الستايروفوم نجحت في تحويل 36.7 في المائة من البوليسترين إلى ثاني أكسيد الكربون. وكشفت التحليلات العلمية بعد التجربة أن البكتيريا الموجودة في أمعاء الديدان يمكنها تحطيم السلاسل الطويلة لجزيئات البوليسترين وتحويلها إلى منتجات أصغر ذات وزن جزيئي منخفض. لاختبار ما إذا كانت البكتيريا في أمعاء الديدان هي التي تقوم بالعمل الشاق، قام الباحثون بإطعامها مضادات حيوية لقتل الفلورا المعوية لديها. وعندما فعلوا ذلك، وجدوا أن الديدان لم تعد قادرة على استخلاص الطاقة من تناول البلاستيك.
الخطة
الخطة الآن هي جمع البكتيريا من الديدان ثم إدخالها في الحشرات أو حتى استخدامها لإعادة تدوير البوليسترين في منشآت خاصة. حاليًا، تمتلك الديدان الخارقة نطاقًا محدودًا في البيئة الطبيعية، مما يعني أنها قد لا تقوم بتفكيك البلاستيك على نطاق أوسع. علاوة على ذلك، مع مرور الوقت، تتحول إلى خنافس، مما يعني أن وقتها في البيئة عادة ما يكون قصيرًا جدًا. لهذه الأسباب، يرغب الباحثون في إدخال البكتيريا المهضمة للبوليسترين في أنواع أخرى، بما في ذلك الحشرات، ثم جعلها تقوم بعمل التنظيف بمرور الوقت. كما أبرز الباحثون في بكين إمكانية عزل الإنزيمات البكتيرية لتفكيك البلاستيك والمطاط على نطاق صناعي. وقالوا إنه من الممكن اختبار مجموعة من البكتيريا القادرة على تحلل البلاستيك لمعرفة ما إذا كانت قادرة على حل مشاكل النفايات البلاستيكية الحالية والمستقبلية. قالت فدريكا بيرتوكيني، وهي عالمة بيولوجيا تقع في مركز مارغريتا سالاس للأبحاث البيولوجية في مدريد (والتي لم تكن جزءًا من الدراسة)، إن نتائج فريق بكين جعلت من المرجح أن يجد الباحثون إنزيمًا قادرًا على تحلل البلاستيك. وتأمل في النهاية أن يصبح أداة مفيدة في مجموعة الأدوات البيوتكنولوجية الحالية."
كيف يؤثر ذلك على الديدان؟
من المثير للاهتمام أن الديدان التي تأكل البوليسترين تبدو بصحة جيدة تمامًا مثل تلك التي تتغذى على نظام غذائي طبيعي. في السابق، وجدت الدكتورة أنجا مالاوي براندون، طالبة دكتوراه في جامعة ستانفورد غير المشاركة في الدراسة التي أجريت في بكين، أن ديدان الوجبة يمكنها معالجة الفوم المحمل بمثبطات اللهب. بينما تعتبر مركبات مثل الهكسابرو مو سايكلودوديكين سامة للبشر، وجدت براندون أن ديدان الوجبة التي تأكلها كانت بصحة جيدة تمامًا مثل تلك التي تتبع النظام الغذائي العادي. علاوة على ذلك، وجدت براندون أن الجمبري الذي يتغذى على مثبطات اللهب السامة والفوم أيضًا يبدو أنه بحالة جيدة. لم تتراكم المواد الكيميائية في أنسجتها بمرور الوقت. تقول براندون إن العلماء ليسوا متأكدين مما إذا كانت البكتيريا تطور القدرة على هضم البلاستيك أم أنها كانت تمتلكها طوال الوقت. سيحتاج الباحثون إلى تحديد تاريخ الجينات المحددة المعنية لتجميع هذا اللغز معًا. لكن حقيقة أن البكتيريا تبدو وكأنها تحتوي على إنزيم يمكنه تحطيم البلاستيك واستخلاص الطاقة منه هو أمر محظوظ. إنه يشير إلى أن الطبيعة لديها بالفعل اللبنات الأساسية للتعامل مع مشكلة البلاستيك. قد يمثل البلاستيك في البيئة مكانة بيولوجية جديدة ومهمة للأنواع. وبطبيعة الحال، مع مرور الوقت، قد تستفيد الأنواع منها. هناك بالتأكيد دافع تطوري لإيجاد وسائل كيميائية لكسر الروابط البلاستيكية واستخلاص طاقة عالية من التفاعلات الناتجة. ولكن قلة من الباحثين كانوا يعتقدون أن القدرة على تحلل البلاستيك ستكون منتشرة بهذا الشكل."
هل يمكن إعادة تدوير البوليسترين؟
البوليسترين يمكن إعادة تدويره، ولكن القيام بذلك مليء بالتحديات. لا يتم إعادة تدوير البوليسترين عبر جمع النفايات من الرصيف في معظم البلدان لأنه مكلف ومنطقيًا يمثل تحديًا لبناء آلات إعادة تدوير الستايروفوم. علاوة على ذلك، هناك صعوبات عملية. صعوبات مثل حقيقة أن الستايروفوم يتطاير بسهولة بفعل الرياح مما يجعل جمعه من الرصيف أكثر تحديًا. تتطلب إعادة تدوير البوليسترين عملية من ثلاث خطوات: التحبيب، الضغط والتكثيف. خلال التحبيب، يقوم المعيدون بتغذية نفايات البوليسترين عبر آلة تسمى المحبب. هذا يكسر البلاستيك إلى حبيبات صغيرة ويمزجها مع حبيبات بوليسترين جديدة. الخطوة التالية هي ضغط البوليسترين - وهو شيء مطلوب لأشكال البلاستيك الأكثر كثافة. تقوم آلة بضغط الحبيبات وتخلق بالة سميكة وكثيفة من البوليسترين. ثم يقوم المعيدون بتغذية هذا المنتج عبر آلة تمزيق لإنشاء حبيبات بوليسترين متعددة الأغراض."
التكثيف
تسمى العملية النهائية بالتكثيف. هنا، يقوم المعيدون بتغذية البوليسترين الموسع من خلال آلة تكثيف الرغوة. تعرض المادة الممزقة لحرارة وضغط عاليين، مما يشكلها في عجينة تبرد لتصبح كتلة صلبة مع استخراج كل الهواء منها. يمكن للمعيدين بعد ذلك تمزيق هذه الكتل وتحويلها إلى حبيبات متعددة الأغراض، كما كان الحال من قبل. هناك العديد من الاستخدامات للبوليسترين المعاد تدويره. يستخدم المصنعون الحبيبات لخدمات التخزين والنقل. إنها تلعب دورًا هامًا في الصناعات التي تتطلب معايير عالية للنظافة بسبب الخصائص المعقمة للبلاستيك. بشكل حاسم، يمكن للمعيدين تفكيك البلاستيك المعاد تدويره إلى شكل حبيبات. ثم يعيدون استخدامها مرة أخرى، مما يمنعها من العودة إلى البيئة. تشمل الاستخدامات الثانوية الشائعة التغليف، وصواني الثلاجات، والألعاب، والرغوة والأكواب. بعض البائعين يدرجون أيضًا البوليسترين المعاد تدويره في الأثاث البلاستيكي ومواد البناء، بما في ذلك ألواح الأسوار وبلاط الأسقف. ومع تحسن التكنولوجيا، تتوسع حالات استخدام البوليسترين المعاد تدويره. بينما تُعرف عمليات إعادة التدوير للبوليسترين جيدًا، لا يزال من الصعب على السلطات المحلية جمعها ومعالجتها. لهذا السبب، يوصي معظمهم بأن يضع الناس البلاستيك في سلة النفايات العامة الخاصة بهم فقط."
ماذا عن اللوجستيات؟
"البوليسترين صعب المعالجة بشكل رئيسي لأسباب لوجستية واقتصادية عدة. نظرًا لأنه ضخم ومنتشر، فإن جمعه ونقله يمثل تحديًا. كما أن الآلات المطلوبة لمعالجته مكلفة، خاصة إذا كانت تحتوي على ملوثات كيميائية غير مرغوب فيها. يجب أن يكون البوليسترين المخصص لإعادة التدوير خاليًا من مثبطات اللهب قبل معالجته. إضافة آلات وعمليات إضافية لإزالة هذه المواد يزيد من التكلفة. ومع ذلك، تقوم الشركات عمومًا بعمل أفضل في إعادة تدوير البوليسترين مقارنة بالسلطات العامة. تجمع الشركات البوليسترين الخالي من الملوثات بكميات كبيرة وترسله إلى شركات إعادة التدوير بكميات هائلة، خاصة في الجانب التجاري. ومع ذلك، يفضل كل من الشركات والأفراد تجنب الحاجة إلى إعادة التدوير. قد تكون البكتيريا والإنزيمات قادرة على تحلل البلاستيك وإزالته تمامًا من البيئة. من نواحٍ عديدة، من المؤسف أن يكون البوليسترين صعب إعادة التدوير. إنتاج البوليسترين هو نشاط منخفض الانبعاثات الكربونية نسبيًا مقارنة بالعديد من أنواع البلاستيك الأخرى. نظرًا لأن الكثير من المنتج هو هواء، أكثر من 98 في المائة في بعض الحالات، فإن إعادة تدويره على نطاق أوسع وإزالته من البيئة بعد الاستخدام يمكن أن يكون فائدة كبيرة للبيئة العالمية."
اختتام
"إن الأخبار التي تفيد بأن الديدان الخارقة يمكنها تحلل البوليسترين مرحب بها، نظرًا لصعوبة إعادة تدوير هذه المادة. تشير التقديرات إلى أن العالم أنتج حوالي 359 مليون طن من البوليسترين في عام 2018. لكن المعاد تدويرها كان فقط حوالي 33 مليون طن. يعتبر البوليسترين صعب التحلل بسبب هيكله الجزيئي الكبير الخاص. لا يمكن لأي نظام صناعي أو طبيعي تحليله بسهولة. وبالتالي، فإنه يميل إلى التراكم في البيئة، متزايدًا كل عام. ومع ذلك، فإن الأمور تتغير. يبدو أن عددًا أكبر من الكائنات الحية يستخدم تناول البلاستيك كفئة خاصة، ويتعلم استهلاك مادة الطاقة. تعتبر زوفوباس أتراتوس مجرد الأحدث في سلسلة طويلة من الكائنات التي تظهر دراسات مختلفة أنها يمكن أن تحلل البلاستيك وتحوله إلى منتجات طبيعية غير ضارة. في المستقبل، قد يكون من الممكن إدخال بكتيريا هاضمة للبلاستيك في المزيد من الأنواع أو استخراج إنزيمات تحلل البلاستيك واستخدامها في المعالجة الصناعية، متجاوزة الحاجة إلى إعادة التدوير تمامًا. في النهاية، قد يصبح البلاستيك "طبيعيًا" مثل أي مصدر غذائي آخر في البيئة. بالنسبة لمصنعي أكياس الفاصوليا، فإن هذه التطورات مرحب بها بشكل خاص. الآن نعرف الإجابة على الأسئلة: 'هل يمكن إعادة تدوير البوليسترين؟' و 'هل يمكن للديدان الخارقة أكل الستايروفوم؟' يبدو أن مصنعي أكياس الفاصوليا سيتمكنون من الاستمرار في استخدام حشوات بلاستيكية حديثة - مطمئنين إلى وجود طرق طبيعية قادرة على تحللها."
