تجزیه میکروبیِ پلاستیک
از چند دهه گذشته استفاده بی رویه از پلاستیک برای مصارف مختلف من جمله بسته بندی، حمل و نقل، صنعت و کشاورزی در مناطق شهری و روستایی مسئلۀ دفع زباله های پلاستیکی و آلودگی ناشی از آنها را با جدیت مطرح کرده است. تجزیۀ مؤثر کیسه های پلاستیکی در طبیعت حدود هزار سال طول می کشد. پلاستیک نه تنها مشکلات دفع زباله و انباشت شدن روی زمین را افزایش می دهند، بلکه با سوزاندن هم دی اکسید کربن و دی اکسین آزاد می کنند. روش های رایج برای دفع پلاستیک با هدف مدیریت مؤثر زباله های پلاستیکی کافی نیستند و از این رو، نگرانی های فزاینده ای برای استفاده از میکروارگانیسم های مفید در تجزیۀ زیستی پلیمرهای مصنوعی غیرقابل تجزیه وجود دارد. پلیمرهای زیست تخریب پذیر به دلیل توانایی شان در تجزیۀ بیشتر مواد آلی و معدنی من جمله لینگنین، نشاسته، سلولز و همی سلولزها به گونه ای طراحی شده اند که به سرعت توسط میکروب ها تجزیه می شوند. این مقاله به بحث در مورد مکانیسم های فعلی تجزیه زیستی پلاستیک ها، تکنیک هایی برای تفسیر پلاستیک های تجزیه شده و عوامل مؤثر بر تجزیه زیستی آنها می پردازد.
واژۀ "پلاستیک" از کلمۀ یونانی plastikos مشتق شده که به معنای "قابلیت قالب گیری به اشکال مختلف" است. پلاستیک بعنوان پلیمری تعریف می شود که در اثر حرارت متحرک می شود و بنابرابن می تواند در قالب ریخته شود. این پلاستیک از کربن، هیدروژن، سیلیکون، اکسیژن، کلرید و نیتروژن تشکیل شده است. برای استخراج مواد اولیه پلاستیک از نفت، زغال سنگ و گاز طبیعی استفاده می شود. پلاستیک ها از پیوند مونومرها به یکدیگر توسط پیوندهای شیمیایی ساخته شده اند. 64 درصد از پلی اتیلن را پلاستیک تشکیل داده است که یک پلیمر هیدروکربنی خطی است که از زنجیره های بلند مونومرهای اتیلن (C₂H₄) تشکیل شده است. فرمول کلی پلی اتیلن CnH₂n است که در آن n به تعداد اتم های کربن اشاره دارد. ماهیت مقاوم پلاستیک به دلیل وزن مولکولی بالا، ساختار سه بعدی پیچیده و ماهیت آبگریز آن دسترسی به میکروارگانیسم را دشوار می کند. پلاستیک شامل پلی اتیلن، پروپیلن، پلی استایرن، پلی یورتان، نایلون و غیره است. پلی اتیلن (PE) با دو گرید پلی اتیلن چگالی بالا (HDPE) و پلی اتیلن چگالی کم (LDPE) یک پلیمر ترموپلاستیک ساخته شده توسط مونومرهای اتیلن است که بیشتر بعنوان لایه های نازک و ورق های بسته بندی کاربرد دارد. از بین این دو گرید، LDPE قوی، سبک و بادوام است و به همین دلیل، کاربرد گسترده ای دارد. از سه دهه گذشته، استفاده بی رویه از پلاستیک ها برای بسته بندی (مانند فست فود)، حمل و نقل، صنعت و کشاورزی در مناطق روستایی و شهری به مسئلۀ دفع زباله های پلاستیکی و آلودگی ناشی از آنها دامن زده است. اگرچه می توان به وزن سبک، بی اثر بودن، دوام، استحکام و هزینه کم بعنوان مزایای اصلی پلاستیک اشاره کرد؛ اما معایبی نیز دارد همچون زیست تخریب پذیری دشوار و تجزیه طبیعی دشوار. استفاده جهانی از پلاستیک با نرخ 12 درصد در سال جاری رو به رشد است و یالانه 0.15 میلیارد تن پلیمر مصنوعی در سراسر جهان تولید می شود. میزان انباشت زباله های پلاستیکی در محیط زیست 25 میلیون تن در سال است و در نتیجه، یک خطر زیست محیطی جدی محسوب می شود. با توجه به ارزیابی های انجام شده، پلاستیک در امریکا و آلمان شامل 20 درصد از زباله های جامد شهری (MSW)، در غرب اروپا 7.5 درصد و در استرالیا 25 درصد می شود. در ترکیه سالانه 11 میلیون تن پلاستیک دفع می شود. بین سال های 2000-1999، هند بیش از 120.000 تن پلاستیک وارد کرد. هند سالانه 5.6 میلیون متریک تن زباله پلاستیکی تولید می کند که این رقم در دهلی روزانه 689.5 میلیون متریک تن است.
طبق گزارشات هیئت مرکزی کنترل آلودگی (CPCB) هند، کل زباله های پلاستیکی جمع آوری شده و بازیافت شده 9.205 تن در روز (تقریبآ 60 درصد از کل زباله های پلاستیکی) و زباله های جمع آوری نشده 6.137 تن است. چهار شهر دهلی با تولید روزانه 689.5 تن زباله در روز، چنتا (429.4 تن)، کلکته (425.7 تن) و بمبئی (408.3 تن) عامل اصلی تولید زباله در هند محسوب می شوند. این ارقام فقط در مورد مناطقی با تولید انبوه پلاستیک مانند نواحی صنعتی، مسکونی و زاغه نشین ها صدق می کند. تجزیه کامل کیسه های پلاستیکی حدود 1.000 سال طول می کشد. پلاستیک نه تنها دفع زباله را دشوار کرده و باعث پر شده فضای زمین در فرایند دفن زباله می شود، بلکه با سوزاندن آنها دی اکسید کربن و دی اکسین آزاد می شود. سوزاندن ضایعات پلاستیکی گازهای سمی تولید می کند که خطر ابتلا به بیماری های ریوی و سرطان را پس از استنشاق افزایش می دهد. رها کردن زباله های پلاستیکی یا کیسه های بسته بندی اجازۀ نفوذ آب و هوا به داخل زمین را نمی دهد و در نهایت، باعث تخلیه منابع آب زیرزمینی و تهدید زندگی جانداران می شود. علاوه براین، پلاستیک در اثر نور خورشید به ذرات سمی کوچکتر تقسیم می شود که خاک و آب را آلوده می کند؛ حتی ممکن است توسط حیوانات بلعیده شده و از این طریق وارد زنجیره غذایی، به ویژه در جانداران آبزی شود. ضایعات پلی اتیلن برای موجودات آبزی مانند پستانداران، لاک پشت های دریایی و پرندگان دریایی یک خطر جدی محسوب می شود که در صورت بلعیدن باعث انسداد روده می شود. همچنین، حاصل خیزی خاک را تحت تأثیر قرار داده و از تجزیه سایر مواد طبیعی جلوگیری می کند که تهدیدی برای کل کره خاکی است. پلیمرهای زیست تخریب پذیر به دلیل پتانسیل شان در تجزیۀ اکثر مواد آلی و معدنی من جمله لینگنین، نشاسته، سلولز و همی سلولزها به گونه ای طراحی شده اند که به سرعت توسط میکروب ها تجزیه می شوند.
مشکل زباله را تا حدودی می توان با استفاده از پلاستیک های زیست تخریب پذیر حل کرد. پلاستیک های تجزیه پذیر با پایه نشاسته معمولآ برای استفاده در کمپوست سازی بستر چمن، باغ و درختچه ها پیشنهاد می شود که می تواند حجم وارد شده به محل دفن زباله را تا 20 درصد کاهش دهد. در دهه های اخیر، کاربرد پلاستیک های زیست تخریب پذیر در حوزه های بسته بندی، پزشکی، کشاورزی و شیلات افزایش یافته است. با این حال، هیچ یک از پلاستیک های زیست تخریب پذیر در محل دفن زباله به طور کامل تجزیه نمی شوند؛ بنابراین، نمی توان کاربرد گسترده ای برای آنها تعریف کرد. هر گونه تغییر فیزیکی یا شیمیایی در پلیمر بر اثر عوامل محیطی مانند نور، گرما، رطوبت، شرایط شیمیایی و فعالیت بیولوژیکی بعنوان تجزیه پلاستیک نامیده می شوند. در جدول زیر روش های تجزیه زیستی پلاستیک ارائه شده است.
جدول 1:
تجزیه یا تخریب مولکول های آلاینده همراه با آنزیم ترشح شده توسط میکروارگانیسم ها نیز بعنوان تجزیه زیستی شناخته می شود. در شکل زیر نمای کلی از تخریب مولکولی پلاستیک نشان داده شده است.
شکل 1:
بدیهی است که بدون پلاستیک نمی توانیم نیازهای روزمره خود را برآورده کنیم اما با توجه به اثرات منفی آن، بایستی به فرایندی مناسب برای دفع آن نیز دست پیدا کنیم و علاوه براین، مواد جایگزین مانند پلاستیک با پایۀ نشاسته و پلاستیک های مخلوط را نیز کشف کنیم. اگر چه گزارشات زیادی از پتانسیل میکروب های تجزیه کننده پلاستیک وجود دارد، اما کاربرد عملی ندارند. با این حال، غربالگری میکروارگانیسم ها و توسعه فناوری هایی ضرورت دارد که قادر به تجزیه اثربخش پلاستیک بدون تحت تأثیر قرار دادن محیط زیست هستند.
