پلیمر زیست تخریب پذیر و محیط زیست

پلاستیک های آینده؟ تاثیر پلیمرهای زیست تخریب پذیر بر محیط زیست و جامعه

در سال های اخیر، زباله های پلاستیکی و مشکلات ناشی از ماندگاری آنها در محیط زیست به کانون اصلی تحقیقات تبدیل شده است. پلیمرهای زیست تخریب پذیر مانند پلی لاکتیک اسید بعنوان جایگزین مناسبی برای پلاستیک های کامودیتی محسوب می شوند. با این حال، پلی لاکتیک اسید اساسا در آب دریا تجزیه ناپذیر است. به طور مشابه، نرخ تجزیه سایر پلیمرهای زیست تخریب پذیر نیز به طور اساسی به محیطی که نهایتا در آن قرار می گیرند مانند خاک یا آب دریا، یا زمانی که در تجهیزات زیست پزشکی استفاده می شوند بستگی دارد. در این بررسی کوتاه، ما بیان می کنیم که آزمایشات تجزیه زیستی انجام شده در محیط های مصنوعی فاقد قابلیت انتقال به شرایط واقعی هستند و با این حال، ضرورت وجود شرایط آزمایش میدانی معتبر و مرتبط با محیط زیست را نشان می دهد. علاوه براین، بر پیامدهای اکوتوکسیکولوژیکی پلیمرهای زیست تخریب پذیر متمرکز هستیم. ما همچنین جنبه های اجتماعی این موضوع را نیز در نظر می گیریم و این سوال را مطرح می کنیم که چگونه پلیمرهای زیست تخریب پذیر بر رفتار مصرف کننده و مدیریت پسماند شهری تاثیر می گذارند؟ در کل، این مطالعه یک ابزار کمکی در ارزیابی پتانسیل پلیمرهای زیست تخریب پذیر بعنوان مواد جایگزین برای پلاستیک های کامودیتی است.

در ژانویه 2018، اتحادیه اروپا (EU) چشم انداز خود را برای صنعت پلاستیک پایدارتر که تا سال 2030 محقق خواهد شد، منتشر کرد. علاوه بر ترویج بازیافت پلاستیک، این استراتژی فرصت ها و خطرات پلاستیک های زیستی تجزیه پذیر را بررسی می کند. توسعه پلیمرهای تجزیه پذیر زیستی چندین سال است که رو به افزایش است زیرا نوید بخش راه حلی برای مشکلات امروزی هستند. این پلیمرها در مهندسی بافت و پزشکی استفاده می شوند. در اینجا، ما از آنها بعنوان حامل در سیستم دارورسانی استفاده می کنیم که دارو را به اندام هدف می رسانند و پس از یک محرک خاص، دارو را آزاد می کنند. این کار استفاده از دوزهای کمتر دارو را ممکن می کند و عوارض جانبی کمتری را در پی دارد. پلیمرهای زیست تخریب پذیر نیز جایگزین امیدوارکننده ای برای پلیمرهای کامودیتی تجدید ناپذیر با هدف غلبه بر مشکلات زیست محیطی ناشی از زباله های پلاستیکی محسوب می شوند. سالانه بیش از 250 میلیون تن پلاستیک کامودیتی (عمدتا پلی اولفین) در سراسر جهان تولید می شود. این پلیمرها ماندگاری بالایی دارند و این ماندگاری بالا در بسیاری از کاربردها (مانند پاپینگ، هواپیما و غیره) یک مزیت عالی است. با این حال، اگر پلاستیک ها بدون کنترل و نظارت دقیق دور ریخته شوند، تا چندین دهه در طبیعت روی هم انباشت می شوند (برای مثال چرخه حیات بطری ساخته شده از پلی اتیلن ترفتالات (PET) در طبیعت با جذب 100 درصدی رطوبت نسبی از 27 به 93 سال افزایش یافته است). افزایش بسته بندی (بسته بندی راحت) و دیگر کاربردهای "کوتاه مدت" و تاثیر ناشی از زباله های پلاستیکی بر محیط زیست در سال های اخیر به مبحث چالش برانگیزی تبدیل شده است. پلاستیک ها به دلیل ماندگاری بالا در محیط جمع می شوند؛ سپس به قطعات کوچکتری تجزیه می شوند (که به آنها میکروپلاستیک گفته می شود) و از طریق رودخانه ها به اقیانوس ها مهاجرت می کنند. در اقیانوس ها هم روی هم انباشت شده و لکه های زباله اقیانوسی را تشکیل می دهند.

با نگاه مثبت تر می توان گفت پلیمرها و پلاستیک ها همچنین می توانند بعنوان منبع انرژی، نه تنها در فرایند بازیافت بلکه از طریق سوزاندن استفاده شوند. همانطور که می دانیم زباله های پلاستیکی می توانند از راه های مختلفی به محیط زیست وارد شوند. علاوه بر زباله های معمولی که به راحتی می توان از تجمع آنها جلوگیری کرد، سایر حالت های رود غیرعمدی شامل نشت از محل های دفن زباله، ضایعات در سایت های تولید، میکروپلاستیک های آزاد شده از پارچه و سایش لاستیک ها می شود (کاملا واضح است هر کدام از این حالت ها تاثیر کلی متفاوتی دارد). در کشورهای آسیای جنوب شرقی همچون اندونزی یا تایلند که بیشترین سهم را در تولید پلاستیک های دریایی دارند، به تازگی دست به اجرای زیرساخت های مناسبی با هدف مدیریت زباله زده اند. در همین حال، واکنش عمومی تاکنون منجر به اقدامات و ابتکارات زیادی من جمله ممنوعیت استفاده از کیسه های پلاستیکی در برخی کشورها، ممنوعیت استفاده از میکروبید ها در محصولات آرایشی بهداشتی در ایالات متحده و بریتانیا، پاکسازی سواحل، کمپین های آگاهی رسانی و استراتژی های پیچیده تر همچون استراتژی پلاستیک اتحادیه اروپا شده است. علاوه بر مصرف و استفاده پایدار از پلاستیک و همچنین بهبود بازیافت و مدیریت ضایعات، یافتن جایگزین های زیست تخریب پذیر گزینه ای امیدوارکننده به منظور غلبه بر مسئله زباله های پلاستیکی در سراسر جهان ضرورت دارد. منع استفاده از چند محصول پلاستیکی یا مبادله پلیمر کامودیتی با کاغذ یا پلیمر زیست تخریب پذیر ممکن است دور از تصور باشد اما ارزیابی های اقتصادی و اکولوژیکی چنین اقداماتی همچنان مبهم است. برخلاف اکثر پلیمرهای صنعتی، انتظار می رود پلیمرهای زیست تخریب پذیر پس از کانی سازی به آب، دی اکسید کربن و زیست توده تبدیل شوند. با افزایش آگاهی از آلودگی پلاستیک، نیاز به پلاستیک های تجزیه پذیر به ویژه پلی لاکتیک اسید (PLA) قابل کمپوست افزایش یافته است و امروزه، این پلاستیک ها در مقیاس تن تولید می شوند.

پلیمرهای زیست تخریب پذیر اغلب آنطور که ادعا می کنند "زیست تخریب پذیر" نیستند؛ که البته این امر به محیط اطراف آنها مربوط می شود. رطوبت، دما یا غلظت میکروارگانیسم ها در محیط های مختلف متفاوت است و در نتیجه، نرخ تجزیه بیولوژیکی نیز متفاوت خواهد بود. بعنوان مثال، پلی لاکتید مهم ترین نمایندۀ پلاستیک های زیست تخریب پذیر است که در آب تجزیه نمی شود. برای طراحی پلیمرهای جدید زیست تخریب پذیر افزایش یافته در محیط های طبیعی، بایستی محققان با دیگر دانشمندان در سایر زمینه ها همکاری کنند. دانش عمیق تر از میکرو ارگانیسم های موجود در محیط های مختلف و نحوه عملکرد آنها در تجزیه زیستی به آرایش ماکرومولکولی جدید قابل دسترسی برای تجزیه زیستی میکروبی کمک می کند. در عین حال، زمانی که پلیمرهای زیست تخریب پذیر برای مصارف خاص انتخاب می شوند، باید عوامل کلیدی را نیز در تجزیه زیستی مد نظر قرار داد. پلیمرها باید (براساس ارزیابی ریسک) در محیطی تجزیه شوند که چرخه حیات آنها به احتمال زیاد در آن به پایان می رسند. یک راه حل مناسب "از همه لحاظ" برای بیو پلیمرهای منفرد که به سرعت در هر نوع اکوسیستم تجزیه می شوند، بعید به نظر می رسد زیرا ضروریات آنها در کاربردهای خاص (برای مثال ظروف نوشیدنی) با تجزیه زیستی سریع در برخی از محیط ها (مانند آب دریا) در تضاد هستند. این امر توسعه پلیمرهای زیست تخریب پذیر جدید براساس چرخه حیات یا ارزیابی ریسک را اجتناب ناپذیر می کند. لیبل "زیست تخریب پذیر" باید همیشه یک علامت مشخص از محیطی باشد که آزمایشات در آن انجام شده است. از طرف دیگر، پیشنهاد می کنیم که اصطلاح "زیست تخریب پذیر" را منحصرا به پلیمرهایی اختصاص دهیم که کانی سازی کامل به CO₂، H₂O، زیست توده و نمک های معدنی در محیط های طبیعی مختلف در یک بازه زمانی معقول (و بدون تولید محصولات با تجزیه سمی) را نشان می دهند. تنها این مواد می توانند حداقل تاثیر پلاستیک را بر محیط زیست تضمین کنند. با نگاهی به آینده، پلیمرهای زیست تخریب پذیر می توانند به پلاستیک های کامودیتی تبدیل شوند اما احتمالا فقط برای کاربردهایی که قابلیت تجزیه پذیری جدای از عملکرد باشد.