تبلیغات
«أللَّهُمَّ کُن لِوَلیِکَ ألحُجَّةِإبنِ الحَسَن صَلَواتُکَ عَلَیهِ وَعَلی آبَائِهِ فِی هَذِهِ السَّاعَة وَ فِی کُلِّ السَاعَة وَلِیَّاً وَ حَافِظَاًً وقَائِداً وَ نَاصِراً و دَلیلاً وَ عَیناً حَتّی تُسکِنَهُ أَرضَکَ طَوعاً وَ تُمَتِّعَهُ فیهَا طَویلاً » زیست شناسی زیستا - تولید پلاستیک از گیاهان آموزشی - خبری
زیست شناسی زیستا
منوی كاربری

این وبلاگ را صفحه خانگی خود كن !    ایمیل  به مدیر وبلاگ !    این وبلاگ را به لیست علاقه مندی های خود اضافه كنید !

پیغام مدیر : ورود شما را به وبلاگ زیست شناسی زیستا خوش آمد عرض میکنم امیدوارم مطالب این وبلاگ مورد استفاده شما قرار گیرد.

نظرسنجی
دوست دارید چه موضوعاتی به وب لاگ اضافه شود






صفحات وبلاگ
لینكدونی
لوگوی ما
چند خبر
لینكستان
        تولید پلاستیک از گیاهان مقالات ,

تولید پلاستیک از گیاهان 

در انتهاى جاده اى سنگلاخى در ایالت آیواى مركزى، یك كشاورز در افق، به جایى خیره شده است كه تا چشم كار مى كند گیاهان بلند و برگ دار ذرت قرار دارند و زیر نسیم موج مى زنند. او لبخندى مى زند زیرا چیزى در مورد كشتزارش مى داند كه كمتر كسى از آن آگاه است چون نه فقط دانه هاى ذرت در سنبله آن رشد مى كنند بلكه گرانول هاى پلاستیك نیز در ساقه و برگ هاى آن تولید مى شوند.

به نظر مى رسد كه ایده رشد دادن پلاستیك «كه در آینده نزدیك قابل حصول است» جالب تر از ساخت پلاستیك ها در كارخانجات پتروشیمى باشد. در این كارخانجات هر ساله حدود ۲۷۰ میلیون تن نفت و گاز مصرف مى شود. در واقع سوخت هاى فسیلى علاوه بر انرژى، مواد اولیه را نیز براى تبدیل نفت خام به پلاستیك هاى معمولى از قبیل پلى استایرن، پلى اتیلن و پلى پروپیلن فراهم مى كنند. كاربرد پلاستیك ها در تمام شئونات زندگى، گسترده شده است و نمى توان روزى، زندگى بدون پلاستیك را تصور كرد چون از بطرى هاى شیر و نوشابه گرفته تا لباس و قطعات خودرو از پلاستیك هستند، گرچه این تولید زیاد پلاستیك ها اساساً زیر سئوال رفته است. انتظار مى رود منابع شناخته شده ذخیره جهانى نفت تا ۸۰ سال دیگر تمام شوند و این در مورد گاز طبیعى ۷۰ سال و براى زغال ۷۰۰ سال است، اما تاثیرات اقتصادى كاهش این منابع خیلى زودتر فرا خواهد رسید. وقتى منابع كاهش یابد، قیمت ها هر روز بالا خواهد رفت و این واقعیتى است كه نمى تواند از كانون توجه سیاستگزاران خارج شود. چند سال قبل كلینتون رئیس جمهور آمریكا در ماه اوت ۱۹۹۹ یك دستورالعمل اجرایى صادر كرد و طى آن تاكید كرد كه باید كار محققین به سمت جایگزینى سوخت هاى فسیلى با مواد گیاهى به عنوان سوخت و نیز به عنوان مواد خام جهت گیرى شود. با توجه به این نگرانى ها، تلاش مهندسین بیوشیمى براى كشف چگونگى رشد پلاستیك گیاهى از دو جهت سبز است: یكى اینكه قابل ساخت از منابع تجدیدپذیر است و دیگر اینكه اساساً پلاستیك تولیدى پس از دور ریختن قابل تجزیه بیولوژیكى است.

اما تحقیقات اخیر تردیدهایى در مورد صحت این دیدگاه ها به وجود آورده است. اول اینكه، توانایى تجزیه بیولوژیكى داراى «هزینه پنهانى» است. بدین معنى كه با تجزیه پلاستیك ها دى اكسیدكربن و متان تشكیل و متصاعد مى شود كه این گازها، جزء گازهاى به دام افكننده گرما یا گازهاى گلخانه اى هستند كه كوشش هاى امروزه جهانى در جهت كاهش آنها است. علاوه بر این، هنوز به سوخت هاى فسیلى براى ایجاد انرژى مورد نیاز فرایند استخراج پلاستیك از گیاهان نیاز است. براساس محاسبات، این نیاز به انرژى بسیار بیشتر از آن چیزى بود كه فكر مى شد. در اینجا است كه باید گفت تولید موفقیت آمیز پلاستیك هاى سبز در گرو این است كه محققان بتوانند با روش هاى با صرفه، بر موانع مصرف انرژى غلبه كرده در عین حال نیز هیچ بارى بر محیط زیست اضافه نكنند. تولید سنتى پلاستیك ها متضمن مصرف بسیار زیاد سوخت فسیلى است. خودروها، كامیون ها، هواپیماها و نیروگاه ها بیشتر از ۹۰ درصد از مواد تولیدى پالایشگاه ها را مى بلعند، اما پلاستیك ها از بقیه آن استفاده مى كنند كه این مقدار تنها در آمریكا حدود ۸۰ میلیون تن در سال است.

تا به امروز كوشش صنایع بیوتكنولوژیكى و كشاورزى در مورد جایگزینى پلاستیك هاى معمولى با پلاستیك هاى گیاهى به سه دیدگاه منجر شده است كه عبارتند از: تبدیل شكرهاى گیاهى به پلاستیك، تولید پلاستیك در داخل بدن میكروارگانیسم هاى گیاهى، رشد پلاستیك در ذرت و دیگر غلات.

شركت كارگیل (Cargill) یكى از غول هاى صنایع كشاورزى به همراه شركت داو (Dow) برترین شركت شیمیایى جهان، چند سال پیش به توسعه دیدگاه اول همت گماشتند كه به تبدیل شكر حاصل از ذرت و دیگر گیاهان پلاستیكى به نام پلى لاكتید (PLA) منجر شد. در مرحله اول میكروارگانیسم ها شكر را به اسیدلاكتیك تبدیل مى كنند و در مرحله بعدى، به طور شیمیایى مولكول هاى اسید لاكتیك به یكدیگر متصل مى شوند تا زنجیره اى مشابه زنجیره پلى اتیلن ترفنالات (PET) كه پلاستیكى پتروشیمیایى است و در بطرى نوشابه هاى خانواده و در الیاف لباس ها استفاده مى شود، به دست آید. در واقع جست وجوى محصولات جدید از شكر ذرت، جزیى از فعالیت هاى طبیعى شركت كارگیل بود كه با استفاده از كارخانه هاى آسیاى مرطوب دانه هاى ذرت را به محصولاتى از قبیل شربت با فروكتوز بالاى ذرت، اسید سیتریك، روغن نباتى، بیواتانول و غذاهاى حیوانات تبدیل مى كند. در سال ۱۹۹۹ كارخانه هاى این شركت ۳۹ میلیون تن ذرت را فرایند كردند كه این مقدار تقریباً ۱۵ درصد كل برداشت ذرت آمریكا در آن سال بود. در ابتداى سال ۲۰۰۰ مجموعه كارگیل- داو طرحى با سرمایه ۳۰۰ میلیون دلار به منظور تولید انبوه پلاستیك جدیدشان راه اندازى كرد. این طرح با نام تجارى Nature Works و براى تولید انبوه PLA ارائه شد.

دیگر شركت ها از جمله صنایع شیمیایى سلطنتى (ICI) روش هایى براى تولید نوع دوم این پلاستیك ها ابداع كردند. این پلاستیك پلى هیدروكسى آلكانوایت (PHA) نام دارد. PHA شبیه PLA از شكر گیاهى ساخته شده و تجزیه پذیر است. البته در مورد PHA یك باكترى به نام Ralstona eutropha شكر را مستقیماً به پلاستیك تبدیل مى كند. براى تولید PLA یك مرحله شیمیایى خارج از ارگانیسم باید انجام گیرد اما در تولید PHA، این زنجیره به طور طبیعى در داخل میكروارگانیسم تا ۹۰ درصد از جرم سلول منفرد به صورت گرانول تجمع مى كند.

در پاسخ به بحران نفت در دهه ،۱۹۷۰ ICI فرایند تخمیرى در مقیاس صنعتى خود را كه طى آن میكروارگانیسم ها شكر را به PHA تبدیل مى كنند، با ظرفیت چند تن در سال ارائه كرد. شركت هاى دیگرى این پلاستیك را قالب ریزى كرده و از آن اقلام تجارتى مثل تیغ ریش قابل تجزیه بیولوژیكى و بطرى هاى شامپو ساخته و به بازار ارائه كردند. اما این اقلام پلاستیكى اساساً قیمت بالاترى از اقلام با پلاستیك هاى معمولى داشتند و هیچ مزیت عملكردى به غیر از تجزیه پذیرى بیولوژیكى نداشتند. در سال ۱۹۹۵ شركت مونسانتو (Monsanto) فرایند و دستگاه هاى مربوطه را خریدارى كرد، اما سودآورى آن هم مبهم باقى مانده است. بسیارى شركت ها و گروه هاى علمى و نیز شركت مونسانتو كوشش هاى خود را معطوف به سومین دیدگاه تولید PHA یعنى رشد دادن پلاستیك در گیاه كرده اند. با تصحیح ژنتیكى گیاه غله مى توان آن را قادر به سنتز پلاستیك ساخت و در نتیجه فرایند تخمیر را حذف كرد. یعنى به جاى رشد دادن غله، سپس برداشت آن، فرایند كردن آن، تولید شكر و نهایتاً تخمیر شكر و تولید پلاستیك مى توان مستقیماً پلاستیك را در خود گیاه ساخت. بسیارى محققین این دیدگاه را جذاب ترین و با بازده ترین راه حل ساخت پلاستیك از منابع انرژى تجدیدپذیر مى دانند. طى این سال ها گروه هاى زیادى در تعقیب این هدف بوده و هستند.

در اواسط دهه ۱۹۸۰ استیون اسلاتر (Steven C.Salter) عضو گروهى بود كه وظیفه آن جداسازى ژن هاى سازنده پلاستیك از باكترى بود. محققین پیش بینى مى كنند كه قرار دادن این آنزیم ها در داخل یك گیاه مى تواند تبدیل استیل كوآنزیم A (ماده ى كه حین تبدیل نور خورشید به انرژى، به طور طبیعى در گیاه تشكیل مى شود) به نوعى پلاستیك را انجام پذیر سازد. در سال ۱۹۹۲ همكارى بین دانشمندان دانشگاه دولتى میشیگان و دانشگاه جیمز مادیسون با این هدف شروع شد. محققین با انجام مهندسى ژنتیك روى گیاه Arabidopsis Thalianan توانستند نوعى PHA ترد بسازند. دو سال بعد شركت مونسانتو كار براى ساخت نوع انعطاف پذیرتر PHA را روى یك گیاه معمول تر یعنى ذرت شروع كرد. از آنجا كه تولید پلاستیك نمى تواند با تولید غذا رقابت كند، محققین هدف خود را به سوى استفاده از قسمت هایى از گیاه ذرت كه برداشت نمى شود (مثل برگ و ساقه) متوجه ساختند. رشد دادن پلاستیك در برگ و ساقه به كشاورزان هنوز این امكان را مى دهد كه بتوانند با كمباین هاى معمولى میوه ذرت را برداشت كرده و با زیرورو كردن مجدد مزرعه، برگ ها و ساقه هاى حاوى پلاستیك را برداشت كنند. برخلاف تولید PHA و PLA به روش تخمیر كه باید با استفاده از زمین براى تولید ذرت براى دیگر مقاصد رقابت كند، رشد دادن PHA در برگ و ساقه ذرت این امكان را به وجود مى آورد كه بتوان ذرت و پلاستیك را به طور همزمان از یك مزرعه به دست آورد. ضمناً با استفاده از گیاهان مناسب شرایط نامساعد مثل Switch grass مى توان از این تقابل بین تولید پلاستیك و دیگر استفاده ها از زمین جلوگیرى كرد. یعنى لزومى ندارد كه فقط زمین هاى مخصوص كشت ذرت را به این كار اختصاص دهید. محققین به پیشرفت هاى فنى وسیعى در زمینه افزایش میزان پلاستیك در گیاه و همچنین تغییر زنجیره پلاستیك به منظور حصول به خواص مفید، دست یافته اند. گرچه این نتایج وقتى مستقلاً دیده مى شوند تشویق كننده اند ولى حصول به هر دو ویژگى یعنى تركیب مفید و نیز میزان بالاى پلاستیك در گیاه خود یك مشكل است. تاكنون اثبات شده است كه كلروپلاست هاى برگ بهترین مكان براى تولید پلاستیك هستند. اما كلروپلاست ها اعضاى سبزى هستند كه وظیفه شان جذب نور است و این در حالى است كه غلظت بالاى پلاستیك از فتوسنتز جلوگیرى كرده و بازدهى گیاه را كاهش مى دهد. همچنین جداسازى پلاستیك از گیاه خود یك چالش است. ابتدائاً محققین شركت مونسانتو تاسیسات استخراج را به عنوان واحد جانبى كارخانه فرآورى ذرت در نظر گرفتند. اما وقتى این واحد را روى كاغذ طراحى كردند متوجه شدند استخراج و جمع آورى پلاستیك به مقادیر زیادى حلال نیاز دارد كه در نتیجه مى بایست بعداً به منظور استفاده مجدد بازیابى شود. این زیرساختار فرایند از لحاظ اندازه با كارخانه هاى موجود پتروشیمیایى برابرى مى كند و اندازه كارخانه آسیاى ذرت را به شدت افزایش مى دهد. باید توجه داشت كه انجام سرمایه گذارى و گذشت زمان باعث مى شود كه محققین بر این موانع فنى غلبه كنند.

اما اینجا سئوالى كه مطرح مى شود این است كه كدام راه حل ارزشمندتر است؟ وقتى انرژى و ماده خام لازم براى هر مرحله رشد PHA در گیاهان، برداشت، خشك كردن برگ و ساقه، استخراج PHA از برگ و ساقه، تخلیص پلاستیك، جداسازى و بازیایى حلال و تبدیل پلاستیك به رزین را بررسى كنید خواهید دید كه این دیدگاه، انرژى خیلى بیشترى نسبت به تولید مواد پلاستیكى از منابع فسیلى در اغلب روش هاى پتروشیمیایى، مصرف مى كند. در یك تحقیق كه اخیراً تكمیل شده است، محققین متوجه شدند كه ساخت یك كیلوگرم PHA از گیاه ذرت (تصحیح شده ژنتیكى) حدود ۳۰۰ درصد انرژى بیشتر از ۲۹ مگاژول لازم براى ساخت مقدار برابر پلى اتیلن (ساخته شده از سوخت فسیلى) مصرف مى كند. بنابراین ناامیدانه باید گفت مزیت استفاده از ذرت به جاى نفت به عنوان ماده خام، جبران كننده این میزان اختلاف در انرژى مصرفى نیست. براساس الگوهاى امروزى مصرف انرژى در صنایع فرآورى ذرت، براى تولید یك كیلوگرم PHA نیاز به ۶۵/۲ كیلوگرم سوخت فسیلى است. براساس اطلاعات جمع آورى شده توسط جامعه سازندگان اروپایى پلاستیك ها (APME) از ۳۶ كارخانه اروپایى تولید پلاستیك، تخمین زده شد كه براى تولید یك كیلوگرم پلى اتیلن تنها به ۲/۲ كیلوگرم نفت و گاز طبیعى نیاز است كه تقریباً نصف آن در محصول نهایى ظاهر مى شود. این موضوع به این معنى است كه تنها ۶۰ درصد از مقدار نفت و گاز مصرفى یعنى ۳/۱ كیلوگرم از آن به منظور تولید انرژى سوزانده مى شود.

با توجه به این مقایسه، ممكن نیست متقاعد شوید كه رشد دادن پلاستیك در ذرت و سپس استخراج آن توسط انرژى ناشى از سوخت هاى فسیلى باعث حفظ منابع فسیلى مى شود. در واقع با جایگزینى منبع تجدیدپذیر به جاى منبع تجدیدناپذیر، ناگزیر به استفاده از مقدار بیشترى از آن خواهید شد. در مطالعه قدیمى ترى، آقاى «تیلمان جرن جروس» (Tilman Gorngross) كشف كرد كه تولید یك كیلوگرم PHA به وسیله تخمیر میكروبى همان میزان سوخت فسیلى، یعنى ۳۹/۲ كیلوگرم، نیاز دارد. این نتایج مایوس كننده قسمتى از دلایلى بود كه براساس آن شركت مونسانتو، پیشرو تولید PHA از گیاه، سال گذشته اعلام كرد كه توسعه چنین سیستم هاى تولید پلاستیك را متوقف خواهد كرد. هم اكنون تنها پلاستیك كارخانه اى به این روش كه صنعتى شده است، پلاستیك PLAى Cargill- Dow است. این فرایند ۲۰ تا ۵۰ درصد منابع فسیلى كمترى نسبت به ساختن پلاستیك از نفت مصرف مى كند، اما هنوز از دیدگاه انرژى بسیار پرمصرف تر از بسیارى فرایندهاى پتروشیمیایى است. مسئولان شركت انتظار دارند نهایتاً بتوانند میزان انرژى لازم را كاهش دهند. راه دیگر همانا توسعه دیگر منابع شكر گیاهى كه انرژى كمترى براى فرآورى نیاز دارند، (مثل گندم و چغندر) است كه مى تواند استفاده از سوخت هاى فسیلى را كاهش دهد.

در همین زمان، دانشمندان در Cargill- Dow تخمین مى زنند اولین تاسیسات ساخت PLA كه هم اكنون در Blair نبراسكا در حال ساخت است، بتواند براى هر كیلوگرم پلاستیك ۵۶ مگاژول انرژى مصرف كند كه این مقدار ۵۰ درصد بیشتر از انرژى لازم براى PET ولى ۴۰ درصد كمتر از نایلون است.

انرژى لازم براى تولید پلاستیك هاى گیاهى دومین و حتى اولین مشكل زیست محیطى این فرایند است.
نفت اولین منبع براى تولید پلاستیك هاى معمول است، اما ساخت پلاستیك از گیاهان عمدتاً بر زغال و گاز طبیعى تكیه دارد كه براى راه انداختن مزارع ذرت و صنایع فرآورى ذرت مصرف مى شود. به همین دلیل تعدادى از روش هاى گیاهى از سوخت هاى كمیاب (نفت) به سوخت هاى فراوان (زغال) تغییر سوخت داده اند. بعضى متخصصان معتقدند این تغییر سوخت گامى به سمت توسعه پایدار است. موضوع فراموش شده در این منطق، این حقیقت است كه تمامى سوخت فسیلى مصرف شده براى ساخت پلاستیك ها از مواد خام تجدیدپذیر (ذرت) مى بایست سوخته شوند تا انرژى تولید كنند، در حالى كه در فرایندهاى پتروشیمیایى قسمت عمده اى از سوخت به محصول نهایى تبدیل مى شود.

سوزاندن سوخت بیشتر باعث وخیم تر كردن مشكل دیگرى مى شود كه آن افزایش انتشار گازهاى گلخانه اى مثل دى اكسیدكربن است. همچنین به طور طبیعى دیگر انتشارات مرتبط با احتراق سوخت فسیلى، مثل دى اكسید گوگرد نیز افزایش مى یابد. این گاز باعث تولید باران اسیدى مى شود و مورد نگرانى است. باید توجه داشت كه هر فرایندى كه انتشار چنین گازهایى را افزایش دهد، در تقابل با پروتكل كیوتو قرار مى گیرد. این قرارداد ناشى از كوشش بین المللى است كه توسط سازمان ملل به منظور تصحیح كیفیت هوا و محدود كردن گرم شدن جهانى از طریق كاهش دى اكسیدكربن و دیگر گازهاى مسئول در اتمسفر برقرار شده است.
چنین نتیجه گیرى از تحلیل هاى ارائه شده، اجتناب ناپذیر است. مزیت زیست محیطى رشد پلاستیك ها در گیاهان در سایه مضراتى چون افزایش مصرف انرژى و افزایش انتشار گازها قرار گرفته است. به نظر مى آید PLA تنها پلاستیك گیاهى باشد كه بتواند در این زمینه رقابت كند. گرچه این راه حل به اندازه ساخت PHA در گیاه مناسب نیست، اما داراى مزایایى است كه یك فرایند را با بازده جلوه گر مى كند. یعنى نیاز به انرژى كم و درصد بالاى تبدیل (بیش از ۸۰ درصد از هر كیلوگرم از شكر گیاهى در محصول نهایى ظاهر مى شود). اما به رغم PLA بر پلاستیك گیاهى، حین تولید این پلاستیك به ناچار مقادیر بیشترى گاز گلخانه اى نسبت به فرایندهاى پتروشیمیایى مشابه منتشر مى شود.

منبع:

نوشته شده توسط عباس طالبی ساعت 11:05 ق.ظ در روز : یکشنبه 22 اردیبهشت 1387

ویرایش شده در - و ساعت -

لینك ثابت | نظرات ()


مطالب پیشین