sey
عضو جدید
اطرافمان انباشته از پلاستیك شده است. هر كاری كه انجام می دهیم و هر محصولی را كه مصرف می كنیم، از غذایی كه می خوریم تا لوازم برقی به نحوی با پلاستیك سروكار داشته و حداقل در بسته بندی آن از این مواد استفاده شده است. با این حال تولید پلاستیك ها با استفاده از منابع طبیعی مختلف، باعث سهولت تجزیه آنها توسط تجزیه كنندگان طبیعی می شود.
▪ دید محیط زیستی: این مواد باید سریعاً در محیط مورد تجزیه قرار گیرند، بافت خاك را بر هم نزنند و به راحتی با برنامه های مدیریت زباله و بازیافت مواد از محیط خارج شوند.
▪ دید صنعتی: این مواد باید خصوصیات مورد انتظار صنعت را از جمله دوام و كارایی داشته باشند و از همه مهم تر، پس از برابری یا بهبود كیفیت نسبت به مواد معمول، قیمت تمام شده مناسبی داشته باشند.
در هر دو بخش، مخصوصاً بخش دوم، استفاده از مهندسی تولید مواد برای دستیابی به اهداف مورد انتظار ضروری است.
همانطور كه ذكر شد، تولید پلیمرهای تجدیدشونده با بهره برداری از كشاورزی، یكی از روش های تولید صنعتی پایدار است. برای این منظور دو روش اصلی وجود دارد:
نخست استخراج مستقیم پلیمرها از توده زیستی گیاه است. پلیمرهایی كه از این روش تولید می شوند عمدتاً شامل سلولز، نشاسته، انواع پروتئین ها، فیبرها و چربی های گیاهی هستند كه به عنوان شالوده مواد پلیمری و محصولات طبیعی كاربرد دارند.
دسته دیگر موادی هستند كه پس از انجام فرآیندهایی مانند تخمیر و هیدرولیز می توانند به عنوان مونومر پلیمرهای مورد نیاز صنعت استفاده شوند. مونومرهای زیستی همچنین می توانند توسط موجودات زنده نیز به پلیمر تبدیل شوند كه مثال بارز آن پلی هیدروكسی آلكانوات ها هستند.
باكتری ها از جمله موجوداتی هستند كه این دسته از مواد را به صورت گرانول هایی در پیكره سلولی خود تولید می كنند. این باكتری به سهولت در محیط كشت رشد داده شده و محصول آن برداشت می شود.
رهیافت دیگر جداسازی ژن های درگیر در این فرآیند و انتقال آن به گیاهان است كه پروژه هایی در این زمینه از جمله انتقال ژن های باكتریایی تولید PHA به ذرت انجام شده است.
نكته ای كه نباید از نظر دور داشت این است كه به رغم قیمت بالاتر تولید پلاستیك های زیست تخریب پذیر، چه بسا قیمت واقعی آنها بسیار كمتر از پلاستیك های سنتی باشد؛ چرا كه بهای تخریب محیط زیست و هزینه بازیافت پس از تولید هیچ گاه مورد محاسبه قرار نمی گیرد.
تقریباً تمامی پلاستیك های معمول در بازار از محصولات پتروشیمی كه غیرقابل برگشت به محیط هستند، به دست می آیند. راه حل جایگزین برای این منظور، بهره برداری از باكتری های خاكزی مانند Ralstonia eutrophus است كه تا ۸۰ درصد از توده زیستی خود قادر به انباشتن پلیمرهای غیرسمی و تجزیه پذیر پلی هیدروكسی آلكانوات (PHA) هستند.
PHAها عموماً از زیرواحد بتاهیدروكسی آلكانوات و به واسطه مسیری ساده با سه آنزیم از استیل-كوآنزیم A ساخته شده و معروف ترین آنها پلی هیدروكسی بوتیرات (PHB) است بامطالعات انجام شده اين نتيجه حاصل شد كه از طریق PHB و سایر PHAها را با استفاده از كشت E.coli اصلاح ژنتیكی شده كه ژن های تولید PHA را از باكتری های تولیدكننده این پلیمرها دریافت كرده بود، تولید می كرد.
جداسازى ژن هاى سازنده پلاستیک از باکترى يكي ازمراحلي است كه بايدانجام شود. محققین پیش بینى مى کنند که قرار دادن این آنزیم ها در داخل یک گیاه مى تواند تبدیل استیل کوآنزیم A (ماده ى که حین تبدیل نور خورشید به انرژى، به طور طبیعى در گیاه تشکیل مى شود) به نوعى پلاستیک را انجام پذیر سازد. محققین با انجام مهندسى ژنتیک روى گیاه Arabidopsis Thalianan توانستند نوعى PHA ترد بسازند.
کار براى ساخت نوع انعطاف پذیرتر PHA روى یک گیاه معمول تر یعنى ذرت شروع شد. از آنجا که تولید پلاستیک نمى تواند با تولید غذا رقابت کند، محققین هدف خود را به سوى استفاده از قسمت هایى از گیاه ذرت که برداشت نمى شود (مثل برگ و ساقه) متوجه ساختند. رشد دادن پلاستیک در برگ و ساقه به کشاورزان هنوز این امکان را مى دهد که بتوانند با کمباین هاى معمولى میوه ذرت را برداشت کرده و با زیرورو کردن مجدد مزرعه، برگ ها و ساقه هاى حاوى پلاستیک را برداشت کنند.
برخلاف تولید PHA و PLA به روش تخمیر که باید با استفاده از زمین براى تولید ذرت براى دیگر مقاصد رقابت کند، رشد دادن PHA در برگ و ساقه ذرت این امکان را به وجود مى آورد که بتوان ذرت و پلاستیک را به طور همزمان از یک مزرعه به دست آورد.
ضمناً با استفاده از گیاهان مناسب شرایط نامساعد مثل Switch grass مى توان از این تقابل بین تولید پلاستیک و دیگر استفاده ها از زمین جلوگیرى کرد. یعنى لزومى ندارد که فقط زمین هاى مخصوص کشت ذرت را به این کار اختصاص دهید.
گرچه این نتایج وقتى مستقلاً دیده مى شوند تشویق کننده اند ولى حصول به هر دو ویژگى یعنى ترکیب مفید و نیز میزان بالاى پلاستیک در گیاه خود یک مشکل است. تاکنون اثبات شده است که کلروپلاست هاى برگ بهترین مکان براى تولید پلاستیک هستند. اما کلروپلاست ها اعضاى سبزى هستند که وظیفه شان جذب نور است و این در حالى است که غلظت بالاى پلاستیک از فتوسنتز جلوگیرى کرده و بازدهى گیاه را کاهش مى دهد.
همچنین جداسازى پلاستیک از گیاه خود یک چالش است استخراج و جمع آورى پلاستیک به مقادیر زیادى حلال نیاز دارد که در نتیجه مى بایست بعداً به منظور استفاده مجدد بازیابى شود. این زیرساختار فرایند از لحاظ اندازه با کارخانه هاى موجود پتروشیمیایى برابرى مى کند و اندازه کارخانه آسیاى ذرت را به شدت افزایش مى دهد.
باید توجه داشت که انجام سرمایه گذارى و گذشت زمان باعث مى شود که محققین بر این موانع فنى غلبه کنند.
▪ دید محیط زیستی: این مواد باید سریعاً در محیط مورد تجزیه قرار گیرند، بافت خاك را بر هم نزنند و به راحتی با برنامه های مدیریت زباله و بازیافت مواد از محیط خارج شوند.
▪ دید صنعتی: این مواد باید خصوصیات مورد انتظار صنعت را از جمله دوام و كارایی داشته باشند و از همه مهم تر، پس از برابری یا بهبود كیفیت نسبت به مواد معمول، قیمت تمام شده مناسبی داشته باشند.
در هر دو بخش، مخصوصاً بخش دوم، استفاده از مهندسی تولید مواد برای دستیابی به اهداف مورد انتظار ضروری است.
همانطور كه ذكر شد، تولید پلیمرهای تجدیدشونده با بهره برداری از كشاورزی، یكی از روش های تولید صنعتی پایدار است. برای این منظور دو روش اصلی وجود دارد:
نخست استخراج مستقیم پلیمرها از توده زیستی گیاه است. پلیمرهایی كه از این روش تولید می شوند عمدتاً شامل سلولز، نشاسته، انواع پروتئین ها، فیبرها و چربی های گیاهی هستند كه به عنوان شالوده مواد پلیمری و محصولات طبیعی كاربرد دارند.
دسته دیگر موادی هستند كه پس از انجام فرآیندهایی مانند تخمیر و هیدرولیز می توانند به عنوان مونومر پلیمرهای مورد نیاز صنعت استفاده شوند. مونومرهای زیستی همچنین می توانند توسط موجودات زنده نیز به پلیمر تبدیل شوند كه مثال بارز آن پلی هیدروكسی آلكانوات ها هستند.
باكتری ها از جمله موجوداتی هستند كه این دسته از مواد را به صورت گرانول هایی در پیكره سلولی خود تولید می كنند. این باكتری به سهولت در محیط كشت رشد داده شده و محصول آن برداشت می شود.
رهیافت دیگر جداسازی ژن های درگیر در این فرآیند و انتقال آن به گیاهان است كه پروژه هایی در این زمینه از جمله انتقال ژن های باكتریایی تولید PHA به ذرت انجام شده است.
نكته ای كه نباید از نظر دور داشت این است كه به رغم قیمت بالاتر تولید پلاستیك های زیست تخریب پذیر، چه بسا قیمت واقعی آنها بسیار كمتر از پلاستیك های سنتی باشد؛ چرا كه بهای تخریب محیط زیست و هزینه بازیافت پس از تولید هیچ گاه مورد محاسبه قرار نمی گیرد.
تقریباً تمامی پلاستیك های معمول در بازار از محصولات پتروشیمی كه غیرقابل برگشت به محیط هستند، به دست می آیند. راه حل جایگزین برای این منظور، بهره برداری از باكتری های خاكزی مانند Ralstonia eutrophus است كه تا ۸۰ درصد از توده زیستی خود قادر به انباشتن پلیمرهای غیرسمی و تجزیه پذیر پلی هیدروكسی آلكانوات (PHA) هستند.
PHAها عموماً از زیرواحد بتاهیدروكسی آلكانوات و به واسطه مسیری ساده با سه آنزیم از استیل-كوآنزیم A ساخته شده و معروف ترین آنها پلی هیدروكسی بوتیرات (PHB) است بامطالعات انجام شده اين نتيجه حاصل شد كه از طریق PHB و سایر PHAها را با استفاده از كشت E.coli اصلاح ژنتیكی شده كه ژن های تولید PHA را از باكتری های تولیدكننده این پلیمرها دریافت كرده بود، تولید می كرد.
جداسازى ژن هاى سازنده پلاستیک از باکترى يكي ازمراحلي است كه بايدانجام شود. محققین پیش بینى مى کنند که قرار دادن این آنزیم ها در داخل یک گیاه مى تواند تبدیل استیل کوآنزیم A (ماده ى که حین تبدیل نور خورشید به انرژى، به طور طبیعى در گیاه تشکیل مى شود) به نوعى پلاستیک را انجام پذیر سازد. محققین با انجام مهندسى ژنتیک روى گیاه Arabidopsis Thalianan توانستند نوعى PHA ترد بسازند.
کار براى ساخت نوع انعطاف پذیرتر PHA روى یک گیاه معمول تر یعنى ذرت شروع شد. از آنجا که تولید پلاستیک نمى تواند با تولید غذا رقابت کند، محققین هدف خود را به سوى استفاده از قسمت هایى از گیاه ذرت که برداشت نمى شود (مثل برگ و ساقه) متوجه ساختند. رشد دادن پلاستیک در برگ و ساقه به کشاورزان هنوز این امکان را مى دهد که بتوانند با کمباین هاى معمولى میوه ذرت را برداشت کرده و با زیرورو کردن مجدد مزرعه، برگ ها و ساقه هاى حاوى پلاستیک را برداشت کنند.
برخلاف تولید PHA و PLA به روش تخمیر که باید با استفاده از زمین براى تولید ذرت براى دیگر مقاصد رقابت کند، رشد دادن PHA در برگ و ساقه ذرت این امکان را به وجود مى آورد که بتوان ذرت و پلاستیک را به طور همزمان از یک مزرعه به دست آورد.
ضمناً با استفاده از گیاهان مناسب شرایط نامساعد مثل Switch grass مى توان از این تقابل بین تولید پلاستیک و دیگر استفاده ها از زمین جلوگیرى کرد. یعنى لزومى ندارد که فقط زمین هاى مخصوص کشت ذرت را به این کار اختصاص دهید.
گرچه این نتایج وقتى مستقلاً دیده مى شوند تشویق کننده اند ولى حصول به هر دو ویژگى یعنى ترکیب مفید و نیز میزان بالاى پلاستیک در گیاه خود یک مشکل است. تاکنون اثبات شده است که کلروپلاست هاى برگ بهترین مکان براى تولید پلاستیک هستند. اما کلروپلاست ها اعضاى سبزى هستند که وظیفه شان جذب نور است و این در حالى است که غلظت بالاى پلاستیک از فتوسنتز جلوگیرى کرده و بازدهى گیاه را کاهش مى دهد.
همچنین جداسازى پلاستیک از گیاه خود یک چالش است استخراج و جمع آورى پلاستیک به مقادیر زیادى حلال نیاز دارد که در نتیجه مى بایست بعداً به منظور استفاده مجدد بازیابى شود. این زیرساختار فرایند از لحاظ اندازه با کارخانه هاى موجود پتروشیمیایى برابرى مى کند و اندازه کارخانه آسیاى ذرت را به شدت افزایش مى دهد.
باید توجه داشت که انجام سرمایه گذارى و گذشت زمان باعث مى شود که محققین بر این موانع فنى غلبه کنند.