تحويل لب النفايات إلى مادة خام جديدة لأغراض الصناعة الكيميائية

استحدث باحثون من جامعة ستيلينبوش في كيب الغربية، جنوب أفريقيا، طريقة لإزالة البوليمرات الفينولية لتحويل لب النفايات إلى مادة خام جديدة لأغراض الصناعة الكيميائية. والباحثون هم هيلين بفوكوا، وندوميسو سيباندا، وهارالد باش.

أخبرونا عن هذه التكنولوجيا

تساعد هذه التكنولوجيا على تحويل اللغنين إلى مركبات ذات كتلة مولية منخفضة وقيّمة. وإنها تكنولوجيا سلسلة وانتقائية وتنتج مركبات عطرية تعتبر عناصر قيّمة في الصناعات الكيميائية والبوليمر.

ما المشكلة التي لا تحلها هذه التكنولوجيا؟

تعتمد الصناعات الكيماوية والبوليمرية بشكل كبير على استخراج المواد الخام من الوقود الأحفوري غير المتجدد مثل البترول والفحم. وإن استخدام هذه المواد الخام ليس مستداماً لأن الاحتياطيات تشهد انخفاضاً ولأن عملية استخراجها وكذلك تحويلها إلى مواد كيميائية وظيفية مرغوبة، لها آثار سلبية على البيئة.

ويعدّ اللغنين، وهو مكون للكتلة الحيوية الخشبية، بديلاً جذاباً لأنه البوليمر العطري الأكثر وفرة، والأهم من ذلك فإنه لا ينافس الاحتياجات المجتمعية.

وباستخدام تكنولوجيات مناسبة وانتقائية مثل إزالة البلمرة المؤكسدة، يمكن تحويل اللغنين إلى مواد كيميائية مفيدة لها وظائف عطرية (المواد الخام لمجموعة واسعة من المنتجات الاستهلاكية). وبشكل عام، تحتوي البوليمرات المصنّعة من مونومرات مشتقة من اللغنين ومشتقاته على مستويات عالية من درجات حرارة التزجج وثبات حراري عالي، إضافة إلى خصائص ميكانيكية جيدة، مما يجعلها بدائل جذابة للستيرين المشتق من الوقود الأحفوري في تركيب المواد البلاستيكية المقاومة لدرجات الحرارة العالية والمركبات والراتنجات المتقدمة.

من أين استلهمتم اختراعكم؟

تنتج صناعة اللب في جنوب إفريقيا ملايين الأطنان من نفايات اللغنين سنوياً. ويُستخدم جزء كبير من هذا اللغنين لإمدادات الطاقة. وفي حين أن استخدام الوقود الحيوي الناجم عن نفايات اللغنين مفيد للغاية في الحد من اعتماد مصنع اللب على الشبكة الكهربائية الوطنية، فإن استخدام اللغنين كمصدر للمواد الكيميائية له فوائد كبيرة. وفي مجتمعنا، نواجه تحديات فيما تتعلق باستنفاد النفط الخام وتراكم النفايات. ومن المهم بحث كيفية استخدام النفايات التي تخلّفها مختلف الصناعات كمواد بديلة محتملة للنفط الخام.

كيف يدعم ابتكاركم المستقبل الأخضر؟

الابتكار مهم لمستقبل أخضر لأنه يقدم طريقة لتحويل ما كان يمكن اعتباره للنفايات، إلى مركبات عطرية ذات قيمة مضافة يمكن استخدامها في الصناعات الكيميائية و/أو صناعات البوليمر. وفي الأساس، تُوسّع سلسلة قيمة من اللغنين، التي تُنتج كنفايات في صناعة واحدة، باستخدامها كمادة خام لصناعة أخرى. وهذا ما يعزز التنمية المستدامة.

كيف تخضع تكنولوجيتكم للحماية؟

لقد أودعنا طلباً للحصول على براءة في جنوب إفريقيا (2019/02602)، ونخطط لحمايتها دولياً في المستقبل القريب من خلال إيداع طلب براءة دولي بموجب معاهدة التعاون بشأن البراءات.

ما هي أهمية حماية المخترعين لأعمالهم بموجب حقوق الملكية الفكرية؟

تكمن تلك الأهمية في تشجيع المزيد من البحث والابتكار لصالح الاقتصاد. وتوفر حماية الملكية الفكرية حافزاً للمخترعين ومبدعين الحلول المبتكرة للابتكار باستمرار من أجل تأثير المجتمعي. والتحسينات التي تجعل الابتكارات تبدو بشكل أفضل أو تعمل بشكل أفضل، تساعد المرخص لهم والشركات على اكتساب ميزة تنافسية في السوق من خلال استبعاد أولئك غير المصرح لهم بالاستغلال التجاري للملكية الفكرية المحمية.

ما هي أكبر التحديات التي واجهتموها في تطوير الاختراع؟

اللغنين من الجزيئات الضخمة المعقد للغاية وله بنية فريدة من نوعها، ويعتمد على المصدر وعلى المعالجة المسبقة. ويشكل رابط β-الأثير (- (β-O-4حوالي 40-60 في المائة من جميع الروابط مما يعني أن معظم تقنيات الأكسدة الخفيفة التي تستهدف هذه الروابط على وجه التحديد وتنتج مركبات تعمل بواسطة الكربونيل أو الكربوكسيل، لا تؤدي إلى تحويل اللغنين تحويلاً كاملاً. ولقد وجدنا أيضاً أنه من المهم التحكم بفعالية في ظروف إزالة البلمرة لتجنب الأكسدة المفرطة التي قد تؤدي إلى هياكل أكثر تعقيداً من اللغنين نفسه.

ما هي دعوتكم للعمل في اليوم العالمي للملكية الفكرية 2020؟

يمكن دعم المستقبل الأخضر في الصناعة الكيميائية إذا عملت الحكومات على وضع وتنفيذ سياسات تشجع الصناعات الكيميائية وصناعات المواد على إدراج التنمية المستدامة في خططها طويلة المدى. وبالتالي، سيشجع ذلك الصناعات على تغيير تركيزها لتقديم منتجات ذات جودة عالية على نحو مستدام بيئياً، بما في ذلك الاستخدام الفعال للمواد الخام المتجددة. وينبغي دمج الفرص الجديدة للبحث التعاوني بين الصناعة والأوساط الأكاديمية لتمكين ذلك. وينبغي تضمين آليات تحفيزية للمستهلكين والصناعات التي تعتمد تلك التدابير في سياسات العلوم والتكنولوجيا والابتكار.

كيف يُستخدم اختراعكم وما هو تأثيرها المحتمل؟

إننا نحاول تسويق التكنولوجيا، فقد اتصلنا بشركة محلية لصناعة اللب والورق (مقرها في جنوب إفريقيا) تريد منا تطبيق التكنولوجيا على نفايات اللغنين (اللغنين المسلفن) التي تخلفها. والهدف من هذا المشروع هو تقييم كفاءة تطبيق التكنولوجيا على اللغنين المسلفن من حيث أنواع المنتجات التي ستُشكّل وكمياتها.