پژوهش جدیدی نشان می دهد که افزودنی های پلاستیک یکی از مهم ترین و در عین حال کمتر مطالعه شده ترین بخش های علم بازیافت هستند و شکاف های قابل توجه در دانش موجود درباره آن ها، تحقق اهداف اقتصاد چرخشی را با چالش مواجه کرده است. بر اساس مطالعه ای که در نشریه Engineering منتشر شده است، افزودنی های پلاستیک، یعنی موادی شیمیایی که به پلیمرها رنگ، انعطاف پذیری، مقاومت در برابر شعله و پایداری می بخشند، یکی از بزرگ ترین نقاط کور در علم بازیافت به شمار می روند. با وجود پژوهش های گسترده درباره بازیافت پلیمرهای تک ماده ای و مخلوط های پلیمری، رفتار و تاثیر این اجزای کم مقدار در طول چرخه عمر چرخشی پلاستیک ها هنوز به خوبی شناخته نشده است و همین موضوع مانع مهمی بر سر راه دستیابی به اقتصاد چرخشی واقعی در صنعت پلاستیک محسوب می شود.

ظروف و بسته بندی های پلاستیکی مواد غذایی هزاران ماده مختلف را در خود جای داده اند که در فرآیند تولید به آن ها افزوده می شوند؛ موادی مانند پایدار کننده ها، پوشش ها، رنگدانه ها و نرم کننده ها. علاوه بر این، آلاینده های دیگری نیز ممکن است در جریان بازیافت، به دلیل تفکیک نادرست، قرار گرفتن در معرض محیط یا الگوهای مصرف قبلی وارد جریان مواد شوند.

این مقاله توسط Ali Gooneie و Kim Ragaert از دانشگاه Maastricht تهیه شده است. نویسندگان، بر اساس استاندارد اروپایی EN 17615:2022، افزودنی ها را موادی شیمیایی تعریف می کنند که به صورت عمدی به پلاستیک های نو یا بازیافتی اضافه می شوند تا ویژگی های محصول نهایی را تغییر دهند. این تعریف، پرکننده های معدنی و اجزایی مانند جوهرهای چاپ یا لایه های اتصال را شامل نمی شود، اما تاکید می کند که تولید و تجزیه افزودنی ها می تواند به تشکیل موادی منجر شود که به طور عمدی به پلاستیک اضافه نشده اند (NIAS) و همین موضوع فرآیند بازیافت را پیچیده تر می کند.

نمایی شماتیک از تعامل میان افزودنی ها و چرخه عمر پلاستیک

در تصویربالا، درجه تجمع افزودنی ها و پیچیدگی تعامل آن ها با یکدیگر و با پلیمرها در مراحل مختلف چرخه عمر پلاستیک نمایش داده شده است. همچنین نشان داده می شود که در برخی مراحل، احتمال نشت افزودنی ها به محیط زیست بیشتر از سایر مراحل است.

چرخه عمر پلاستیک

چالش اصلی از انباشت تدریجی افزودنی ها در طول چرخه عمر پلاستیک ناشی می شود. باقی مانده های فرآیند سنتز، قطعات تخریب شده ناشی از فرآوری و تجزیه بیشتر در زمان مصرف، همگی مخلوط های پیچیده ای از گونه های شیمیایی فعال را در پسماندهای پس از مصرف ایجاد می کنند.

اگرچه فرآیندهای جمع آوری و تفکیک می توانند انواع پلیمرها را از یکدیگر جدا کنند، اما قادر نیستند تنوع افزودنی ها را در داخل یک گروه پلیمری مشخص از بین ببرند. علاوه بر این، برخی افزودنی ها ممکن است حتی پیش از آغاز بازیافت، در مرحله شست وشو از پلاستیک خارج شوند.

هر یک از فناوری های رایج بازیافت نیز با چالش های خاص خود در مواجهه با افزودنی ها روبه رو هستند. بازیافت مکانیکی، با وجود مصرف انرژی کمتر، قادر به حذف یا خنثی کردن این ترکیبات نیست و در نتیجه، مواد ناخواسته به تدریج در پلاستیک بازیافتی تجمع پیدا می کنند.

پژوهشگران می نویسند:رقیق کردن مواد بازیافتی با پلاستیک نو تا حدی این مشکل را کاهش می دهد، اما این راهکار سهم پلاستیک بازیافتی در محصول نهایی را محدود کرده و اهداف اقتصاد چرخشی را تضعیف می کند.

در بازیافت شیمیایی، پلیمرها به مونومرها یا مواد اولیه تجزیه می شوند و امکان جداسازی افزودنی ها از طریق فرآیندهای خالص سازی وجود دارد. با این حال، فرآیندهایی مانند پیرولیز نسبت به برخی عناصر و ترکیبات حساس هستند و این مواد می توانند واکنش ها را مختل کنند، به تجهیزات آسیب برسانند یا محصولات جانبی سمی ایجاد کنند.

در مقابل، بازیافت مبتنی بر حلال که فناوری نوظهورتری محسوب می شود، پلیمرها را به صورت انتخابی حل می کند تا افزودنی ها و آلاینده ها جدا شوند و حتی امکان بازیابی برخی افزودنی های ارزشمند را نیز فراهم می سازد. با این حال، انتخاب حلال مناسب، پیچیدگی فرآیند جداسازی و ملاحظات زیست محیطی و اقتصادی، محدودیت های مهم این فناوری هستند.

محدودیت های روش های تحلیلی

به گفته پژوهشگران، محدودیت های موجود در روش های تحلیل نیز این چالش ها را تشدید می کند. بسیاری از افزودنی ها در غلظت های بسیار پایین حضور دارند و با روش های رایج آزمایشگاهی یا سامانه های پایش برخط به سختی قابل شناسایی هستند. این موضوع، رهگیری مواد، رعایت الزامات قانونی و طراحی مناسب فرآیندهای بازیافت را دشوار می سازد.

Gooneie و Ragaert همچنین اشاره می کنند که شفافیت محدود درباره فرمولاسیون افزودنی ها، که اغلب به عنوان اطلاعات محرمانه تجاری محافظت می شوند، همراه با وجود افزودنی های قدیمی و ترکیبات NIAS، نگرانی هایی درباره سلامت انسان و محیط زیست ایجاد کرده است؛ از جمله احتمال نشت این مواد به اکوسیستم ها و زنجیره غذایی.

پژوهشگران تاکید می کنند که افزودن ساده افزودنی های جدید به پلاستیک های بازیافتی، بدون بررسی نظام مند اثرات زنجیره ای آن ها، راهکاری پایدار نخواهد بود.

آن ها در پایان نتیجه گیری می کنند:ضروری است مشخص شود که ترکیبات NIAS در چه مراحلی وارد جریان پلاستیک می شوند و چگونه با فرمولاسیون افزودنی های عملکردی تعامل دارند. همچنین باید افزودنی های جدید یا ترکیب های هم افزای افزودنی های موجود توسعه یابند که عملکرد بهتری در بازیافت داشته باشند و این تعاملات پیچیده را نیز در نظر بگیرند.

مسیر پیش رو

از دیدگاه پژوهشگران، اولویت های اصلی تحقیقات آینده عبارت اند از:

  • ترسیم مسیر حرکت و تعامل افزودنی ها در فناوری های مختلف بازیافت.
  • شناسایی سازوکارهای تخریب و اثرات متقابل میان گروه های مختلف افزودنی ها.
  • توسعه روش های سریع تر و دقیق تر برای شناسایی افزودنی ها با کمک علم داده و هوش مصنوعی.

آن ها تاکید می کنند که شناخت این موضوع که کدام افزودنی ها، از جمله افزودنی های تخریب شده، هنگام اختلاط محصولات حاصل از کاربردهای مختلف ممکن است با یکدیگر تداخل داشته باشند، برای بهبود عملکرد بازیافت اهمیت اساسی دارد.

در نهایت، پژوهشگران معتقدند افزایش شفافیت در سراسر زنجیره ارزش، یکی از عوامل کلیدی برای ارتقای ایمنی مواد، بهبود عملکرد و تحقق اقتصاد چرخشی در بازیافت پلاستیک ها خواهد بود. با گسترش رویکرد اقتصاد چرخشی، درک و مدیریت این پازل پیچیده مربوط به افزودنی ها، نقشی تعیین کننده در دستیابی به اهداف پایداری صنعت پلاستیک ایفا خواهد کرد.