פלסטיק מהווה כיום חלק חשוב בחיינו. הוא נמצא בכל מקום – בסמארטפונים שלנו, במסכי הטלוויזיה והמחשב, במזגנים וברכב, אך גם במוצרים חד-פעמיים כגון שקיות הסופר, אריזות מזון וכלי אוכל חד פעמיים. ייצור הפלסטיק ללא ספק שינה את חייהם של בני אדם בכדור הארץ לטובה בשל היותו זול ועמיד מאוד, אבל לתכונה זו יש גם חיסרון גדול – זמן ההתכלות שלו ארוך במיוחד ותהליך הייצור שלו בחלק גדול מהמקרים מבוסס על הפקת וזיקוק נפט ועל כן כרוך בפליטת גזי חממה ומזהמי אוויר, מים וקרקע.
מחקר סיני מציע אלטרנטיבה מסקרנת ומפתיעה לשימוש בפלסטיק – חומר שנוצר בהשראת התכונות הטבעיות של צדפות אך האם פיתוח כזה באמת יכול לעזור לנו להיגמל משימוש היתר בפלסטיק?
300 מיליון טון פלסטיק מדי שנה
כמות פסולת הפלסטיק שמיוצרת כיום בעולם מדי שנה היא כ-300 מיליון טונות. רוב הפלסטיק נטמן בסופו של דבר באדמה, שם הוא ישהה עד 500 שנה לפני שיתכלה תוך זליגת חומרים ממנו אל מי התהום וזיהומם. חלק גדול מפסולת הפלסטיק מגיעה דרך נהרות לאוקיינוסים, וחוקרים מעריכים שבממוצע, כ-8.8 מיליון טונות של פלסטיק מגיעים בכל שנה לאוקיינוסים, ומסכנים את בעלי החיים בים. ההערכות הן כי למעלה ממיליון עופות ימיים, ויותר מ-100,000 יונקים ימיים מתים מידיי שנה כתוצאה מזיהום הפלסטיק.
המשבר המדאיג שגורם זיהום הפלסטיק לסביבה הטבעית דורש מציאת פתרונות - ומהר. במחקר שפורסם בכתב העת המדעי היוקרתי "Nature", חוקרים מאוניברסיטת המדע והטכנולוגיה של סין (USTC) - אחת מהאוניברסיטאות המובילות בסין ובעולם בכלל - הצליחו לייצר חומר חדש, שעשוי מחומרים טבעיים ידידותיים לסביבה, ואף ניחן בתכונות מכניות ותרמיות טובות יותר מאלו של הפלסטיק הסטנדרטי. החומר הזה, לטענתם, מתאים לייצור המוני ואפילו בעלויות סבירות.
פיתוח החומר החדש הופק על פי עיקרון הביו-מימיקינג, שהוא למעשה ניסיון להתחקות אחר תהליכים ומבנים הקיימים בטבע.
החומר פותח בהשראת מין של צדפה בשם Anodonta woodiana. בהשראת מבנה הצדפה, החוקרים הצליחו לייצר את החומר בעזרת שילוב של ננו-סיבים של תאית (cellulose nanofiber), המצויה בשפע בדופן התא הצמחי ובגזעי עצים, יחד עם קבוצת מינרלים טבעיים בשם "מיקה" (קבוצת הנציצים). אחד המאפיינים הייחודיים של קבוצת מינרלים זו היא הקלות שבה ניתן לפצלם לכדי לוחיות גמישות דקיקות במיוחד. לוחיות אלו משמרות את התכונות הפיזיקליות הבולטות של המיקה, כגון עמידות מצוינת לטמפרטורה והתנגדות חשמלית גבוהה. לאחר תהליך עיבוד כימי, המיקה מצופה בטיטניום אוקסיד וסיבי הננו תאית נקשרים אליה באמצעות הוספה של סידן. ביחד מתקבל הידרו-ג'ל שעובר עיבוד נוסף באמצעות לחץ ומייצר מבנה דו-ממדי המזכיר לבנים ומלט, כאשר המיקה מהווה את הלבנים וסיב התאית הוא המלט המחבר ביניהם.
כיסוי מוצלח לסמארטפון
החומר שיצרו החוקרים בעל תכונות מכניות ותרמיות טובות מאלו של פלסטיק מבוסס נפט, כדוגמת פוליאתילן, PVC, פוליאסטר ועוד. החומר מבוסס הצדפה עמיד יותר לחום, חזק וקשיח יותר, ואף מוליך חום פי שניים טוב יותר מרוב סוגי הפלסטיק הקיימים.
אחד החסרונות של החומר, אומרים החוקרים במאמר, הוא שהקשיחות הרבה שלו מקשה על שינוי הצורה שלו למבנים מורכבים יותר. לכן, כנראה שגם אם יעבור לייצור המוני, לא יוכל להחליף לגמרי את כלל סוגי הפלסטיק. לא ברור, למשל, האם אפשר לייצר בעזרתו שקיות שיחליפו את שקיות הפלסטיק. עם זאת, החוקרים הראו כי הוא יכול להוות תחליף ריאלי למגן לסמארטפון, למשל, וככל הנראה גם למוצרי פלסטיק קשיחים כגון מסגרות של מסכי מחשב או טלוויזיה ועוד. בנוסף, בעבודתם הראו החוקרים כי ניתן לייצר את החומר בצבעים שונים, בעזרת הצבעים השונים של המיקה הקיימים בטבע.
נדרשים שינויים מהותיים בתעשייה
לטענת החוקרים, ייצור המוני של החומר מבוסס הצדפה הוא אפשרי, שכן שיטת הייצור שפיתחו החוקרים מאפשרת לייצר לוחות גדולים שלו. למרות זאת, אין התייחסות לזמן מחזור החיים שלו, כיצד ניתן להתמודד עם הפסולת שנוצרת בתהליך ובסוף חיי המוצר, מהן עלויות הייצור, ומהי מידת הנזק הסביבתי הכולל של ייצור תעשייתי שלו בהשוואה לאלטרנטיבות מפלסטיק.
"ייצור של חומרים העשויים ממבנים ברי קיימא כתחליף יכול להוות פתרון לבעיית הזיהום הנגרמת מפלסטיק המבוסס על נפט ותוצריו", מסביר החוקר שו-הונג יו, שהוביל את המחקר. עם זאת, "על מנת לעבור לתהליכים חדשים ליצור חומרים שיחליפו את השימוש בפלסטיק, נדרשים שינויים מהותיים במפעלים ובתעשייה", מודה יו.
על פי יו, למרות שהמחקר נראה מבטיח, אין הדבר אומר כי העולם באמת ילך לכיוון הזה. כיום בתעשייה, מפעלי הפלסטיק הם יצרני ענק, וכנראה שלא יפנו את מקומם לתחליפים מהר במיוחד, אלא אם תהיה לכך הצדקה כלכלית משמעותית. עם זאת, נוכל לקוות כי פיתוחים דומים נוספים יובילו בסופו של דבר להתקדמות לעבר החלפת הפלסטיק ובמיוחד חומרי האריזות והמוצרים החד-פעמיים בחומרים ממקור טבעי, הפריקים בטבע או שאינם מזיקים לסביבה באופן בו הפלסטיק עושה זאת, ובשל כך ניתן יהיה להפחית את הזיהום הקשה שנובע ממנו.
כתבה זו הוכנה בסיוע "זווית – סוכנות למדע ולסביבה" על ידי סטודנטים הלומדים בבית ספר לפיזיקה ולאסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב, שהשתתפו בפרויקט "מעבדות פיזיקה עם הפנים לקהילה" של מתחברים פלוס
