نجح فريق بحثي مشترك من جامعتي نانجينغ للغابات وتسينغهوا في الصين في تطوير طريقة مبتكرة لتحويل النفايات البلاستيكية إلى مركب كيميائي عالي الجودة يقترب في خصائصه بشكل كبير من وقود الطائرات.

وتأتي أهمية هذا الإنجاز من قدرة العملية الجديدة على إنتاج هذا الوقود بكفاءة أعلى وتكلفة أقل مقارنة بالمحاولات السابقة، فضلاً عن تميزها بإمكانية التشغيل المستمر بدلاً من نظام الدفعات المتقطعة، واعتمادها على درجات حرارة وضغوط منخفضة نسبياً في وجود الهيدروجين.

وتعتمد آلية العمل على مسار ترادفي يتكون من خطوتين متتاليتين، تبدأ الأولى بمرحلة الانحلال الحراري التي يتم فيها تسخين النفايات البلاستيكية عند درجات حرارة تتجاوز 460 درجة مئوية لتكسير سلاسل البلاستيك الطويلة إلى قطع هيدروكربونية أصغر. تليها المرحلة الثانية وهي التولد الهيدروجيني، حيث تُمرر القطع الناتجة من الخطوة الأولى فوق محفزات خاصة تتكون من مواقع روثينيوم معزولة ومشتتة ذرياً على أكسيد الكوبالت والألومنيوم، وذلك عند درجة حرارة منخفضة تبلغ 160 درجة مئوية وضغط يقارب الضغط المحيط، مما يؤدي إلى تحويل الوسائط الناتجة بكفاءة إلى جزيئات هيدروكربونية كثيفة ومحددة بدقة مثل الإيثيل سيكلوهكسان والألكانات الحلقية التي تقع تماماً في نطاق وقود الطائرات وبخصائص ممتازة.

وتتفوق هذه الطريقة على المعالجات التقليدية التي تعتمد على صهر البلاستيك؛ إذ ينتج عن الطرق القديمة عادةً مزيج معقد يصعب التحكم فيه من الغازات والشمع والزيت والقطران والفحم، حيث لا تتعدى نسبة الوقود المفيد في ذلك المزيج كمية ضئيلة جداً. وتكمن المشكلة الأساسية في الطرق التقليدية في ضعف الانتقائية الكيميائية، وهو التحدي الذي تغلبت عليه الدراسة الجديدة عبر تصميم مواقع التفاعل على المستوى الذري، مما أتاح توجيه عملية تفكيك البلاستيك بدقة نحو الجزيئات المرغوبة ومنع عشوائية النواتج.

وقد وقع اختيار البحث على مادة البوليسترين كنموذج للتطبيق نظراً لتوفرها الهائل كنفايات ناتجة عن مواد التغليف والأكواب والأطباق ذات الاستخدام الواحد، ولتميزها بالتحلل النظيف نسبيًا عند التسخين مقارنة بغيرها.

ومن الناحية التجارية، أظهرت التجارب الأولية لتوسيع النطاق نجاحاً واعداً في إعداد المحفز الذري وتحمل خطوة الهدرجة، حيث أشار التحليل التكنولوجي الاقتصادي إلى أن الحد الأدنى التنافسي لسعر بيع هذا الوقود المشتق من البلاستيك يتراوح بين دولار واحد و1.8 دولار أمريكي للكيلوجرام الواحد، وهو رقم يمنحه قدرة تنافسية حقيقية في السوق، ويتطلع العمل المستقبلي إلى تحسين استقرار المحفز الهيكلي عند إنتاجه بكميات تجارية ضخمة وتطوير نظام تغذية صلب ومستمر للمفاعلات لتطوير سير العمل كيميائياً واقتصادياً.

نشرت الدراسة في مجلة nature energy.