در دنیای که بیش از ۸ میلیارد انسان شبانه‌روزی در حال تولید زباله هستند، نیاز به فناوری‌هایی وجود دارد که این زباله‌ها را به مواد ارزشمندی تبدیل کنند تا هم از منظر اقتصادی بهره‌ای به دنبال داشته باشد و هم از نظر اقتصاد چرخه‌ای، با بازیافت بخشی از این پسماندها بتوان بخشی از فشار وارد شده به محیط زیست را کاهش داد. فناوری‌نانو طی سال‌های گذشته به عنوان ابزاری برای کمک به این کیمیاگری از زباله‌ها مورد استفاده قرار گرفته است.
«زبـالــه» را با فناوری، «کیـمـیـا» کنیم!
بسته‌بندی‌های پلاستیکی در همه‌جا دیده می‌شوند، از بسته‌بندی مواد غذایی تا کیسه‌های خرید، همه از جنس پلاستیک هستند و این مواد پلاستیکی به جایی نمی‌روند و روانه طبیعت می‌شوند و تجزیه آنها در محل دفن زباله صدها سال طول خواهد کشید. پلاستیک‌ها به عنوان یکی از بلاهایی محیط‌زیست، منبع مناسبی برای تولید نانومواد هستند.
تبدیل پلاستیک و لاستیک‌های مستعمل خودرو به نانومواد
می‌توان پلاستیک‌ها را به نانولوله‌های کربنی تبدیل کرد. پیرولیز پلاستیک منجر به تولید نانولوله‌هایی می‌شود که در صنعت پیل سوختی و بسیاری دیگر از صنایع قابل استفاده است. همچنین از پلاستیک‌ها می‌توان گرافن تولید کرد. با تولید مستقیم گرافن از زباله‌های پلاستیکی، می‌توان هزینه تولید گرافن را کاهش داد. گرافن می‌تواند طی چند ماه تجزیه شود، که بسیار سریع‌تر از سایر پلاستیک‌های معمول است، بنابراین علاوه‌بر کاهش هزینه‌های تولید گرافن، استفاده از پلاستیک برای تولید گرافن دارای تأثیرات زیست‌محیطی قابل توجهی نیز است. همچنین از لاستیک‌های کهنه می‌توان گرافن تولید کرد. در حال حاضر مشکلات قابل توجهی در بازیافت لاستیک‌های زائد یا تایرهای کهنه وجود دارد. در واقع، لاستیک‌های ضایعاتی یکی از مشکل‌سازترین منابع ضایعات در جهان هستند، زیرا حجم زیادی دارند و همچنین حاوی طیف وسیعی از اجزای خطرناک زیست‌محیطی هستند. سوزاندن لاستیک‌های کهنه برای دفع، دود زیادی تولید می کند که مواد شیمیایی سمی مانند مونوکسید کربن و اکسیدهای گوگرد را روانه اتمسفر می‌نماید. استفاده از این لاستیک‌ها برای تولید گرافن یک فرصت تجاری برای بازار ایجاد می‌کند. از پسماندهای لاستیک برای تولید کفپوش نیز استفاده شده است. در واقع لاستیک‌های مستعمل را به سرعت می‌توان وارد محصولات فعلی کرد و زمان وارد شدن آنها را به عنوان زباله در طبیعت، به تاخیر انداخت.
استفاده از همه ظرفیت‌ها؛ از هسته خرما تا پوست گوجه فرنگی
تولید گرافن تنها به چنین پسماندهایی محدود نمی‌شود و از پسماندهای غذایی نظیر هسته خرما نیز می‌توان گرافن تولید کرد. علاوه بر هسته خرما، مواد غذایی دیگری را هم می‌توان در این حوزه استفاده کرد. استفاده از مواد زیستی به عنوان جمع‌کننده مواد با ارزش از زباله‌ها، یکی از این راهبردها است، به این معنا که محصولات زائد مانند ذرت، تفاله چوب، پنبه و پوست گوجه‌فرنگی که اغلب در محل‌های دفن زباله قرار می‌گیرند را به ذرات میکرو یا نانومقیاس تبدیل کرد و در ادامه از آنها برای استخراج عناصر کمیاب خاکی از زباله‌های الکترونیکی استفاده نمود. برای مثال از طریق برهمکنش الکترواستاتیک بین این نوع مواد با بار منفی در مقیاس میکرو و نانو، با یون‌های نئودیمیم با بار مثبت در زباله‌های الکترونیکی، می‌توان نئودیمیم را از زباله‌ها جدا کرد.
خودروسازان هم وارد گود می‌شوند
فورد قطعات فرسوده خودرو را به نانومواد با ارزش تبدیل می‌کند. این شرکت موفق شده تا قطعات پلاستیکی وانت‌های فرسوده F۱۵۰ خود را به گرافن تبدیل کرده و این گرافن را دوباره برای تولید قطعات جدید مورد استفاده قرار دهد. مقادیر زیادی پلاستیک در خودروهای فرسوده یافت می‌شود و بازیافت مسئولانه آن بسیار مهم است، زیرا ممکن است برای مدت طولانی در محل دفن زباله بماند. البته باتری‌های مستعمل نیز گزینه مناسبی برای تولید نانومواد هستند.
اتحادیه اروپا پروژه‌ای را آغاز کرده که در آن به دنبال تبدیل زباله‌های شهری به نانومواد و دیگر ترکیبات مفید و کاربردی است. این پروژه که تحت حمایت کمیسیون اروپا است، شامل ۱۱ شریک از پنج کشور اروپایی (از جمله اسپانیا، ایتالیا، دانمارک، فرانسه و آلمان) بوده که به‌دلیل مقیاس اجرای آن یک نقطه عطف برای کل اروپا است. مصر هم قدم‌های بلندی در این مسیر برداشته است. این کشور در قالب یک پروژه صنعتی، به دنبال تبدیل زباله به سوخت و گرافن است.
برای بازیافت پنل‌های خورشیدی آماده باشیم
در بیشتر صفحات خورشیدی که به‌طور روزافزون در حال تولید هستند، از سیلیکون استفاده می‌شود، صفحاتی که معمولا عمر آنها بین ۲۵ تا ۳۰ است که با گذشت زمان میزان تولید انرژی آنها کمتر شده و دچار زوال ساختاری می‌شوند. در نتیجه طی دهه‌های آتی، به سرعت میزان زباله‌های سیلیکون رو به افزایش خواهد رفت و موضوع بازیافت سیلیکون به یک موضوع داغ تبدیل خواهد شد. اگر ما کاری برای بازیافت سیلیکون انجام ندهیم، در نهایت تا سال ۲۰۵۰ با ۶۰ میلیون تن پنل فتوولتائیک استفاده شده روبه‌رو هستیم. تبدیل سیلیکون به نانوذرات اکسیدسیلیکون یک راهکار بسیار جالب توجه است که پیامدهای زیست‌محیطی این زباله‌ها را به حداقل می‌رساند و در عین حال منبع جدیدی برای تولید نانوذرات ایجاد می‌کند. پنل‌های استفاده شده با کمک سنتز هیدروترمال در یک محیط آبی می‌تواند به نانوذرات تبدیل شوند.
تبدیل ماسک به مواد نانویی در دوره کرونا
زمانی که کرونا در سراسر جهان شیوع پیدا کرد، استفاده از ماسک در بسیاری کشورها اجباری شد؛ بازیافت ماسک‌ها و دستکش‌ها نیز به دغدغه‌ای تبدیل شده بود. برخی از این ماسک‌ها برای تولید محصولات مختلف استفاده می‌کردند، اکسید گرافن یکی از ترکیباتی بود که از ماسک‌های مستعمل ساخته شد. حتی در تقویت بتن نیز از نانومواد تولید شده از این ماسک‌ها استفاده شد. گزارش‌های متعددی از به کارگیری نانومواد تولید شده از زباله‌ها در تقویت بتن و انواع پلیمرها منتشر شده است. از دیگر کاربردهای نانومواد به دست آمده از زباله، می توان تقویت آسفالت ارا نام برد. در بریتانیا این نوع آسفالت‌های تقویت شده با گرافن و ترکیبات بازیافت شده از پلاستیک در حال گسترش است.
نانوکاتالیست، زباله را به روغن موتور تبدیل می‌کند
یکی از حوزه‌های جذاب در بخش بازیافت زباله، تولید نانوکاتالیست‌هایی است که قابلیت تجزیه پسماند و زباله را به مواد ارزشمند دارند. این کاتالیست‌ها با الهام از آنزیم‌های داخل بدن، امکان تجزیه زنجیره‌های بلند مولکولی را دارند. چنین کاتالیست‌هایی قادر هستند مواد موجود در زباله را به حدی تجزیه کنند که بتوان از آن، ترکیبات مهم صنعتی تولید کرد؛ حتی می‌توان از این روش برای تولید روغن موتور نیز استفاده کرد.
از نانومواد مثل چوب ماهیگیری استفاده کنیم!
یک راهبرد جالب دیگر، استفاده از نانومواد برای استخراج عناصر با ارزش است. برای مثال، با افزودن گرافن به پسماندهایی که حاوی مقادیر بسیار کمی طلا هستند، می‌توان این حجم کم از طلا را از میان زباله‌ها بیرون کشید. با یک گرم گرافن (قیمت هرگرم: یک دهم دلار) می‌توان دو گرم طلا (قیمت هر گرم: هفتاددلار) به دست آورد. این روش، امکان استخراج طلا از زباله‌های حاوی مقادیر کمی طلا (تا میلیاردم درصد) را فراهم می‌کند. طلا در بسیاری از صنایع از جمله لوازم الکترونیکی مصرفی (تلفن‌های همراه، لپ‌تاپ و غیره) استفاده می‌شود و زمانی که محصولات در نهایت دور ریخته می شوند، مقدار کمی از زباله‌های الکترونیکی بازیافت می‌شود. فرآیند مبتنی بر گرافن با ظرفیت استخراج و گزینش‌پذیری بالا می‌تواند نزدیک به ۱۰۰ درصد طلا را از زباله‌های الکترونیکی بازیابی کند. این فرآیند راه حل فریبنده‌ای برای رسیدگی به مشکل پایداری طلا و چالش‌های زباله الکترونیکی ارائه می‌دهد.
استفاده از گرافن برای بازیافت، تنها به این موارد محدود نیست. از گرافن می‌توان برای بازیافت لیتیم موجود در باتری‌ها استفاده کرد. این فناوری به شرکت‌های فعال در حوزه بازیافت مواد باتری اجازه می‌دهد تا لیتیم موجود در باتری را در سراسر جهان بازیافت کنند. این قابلیت می‌تواند به طور قابل توجهی ردپای زیست محیطی تولید لیتیوم برای خودروهای الکتریکی را بهبود دهد.
پانوشت: لسان الغیب از آنان که خاک را به نظر کیمیا می‌کنند، خواسته بود تا با گوشه چشمی، دردی را دوا کنند. فعالان حوزه فناوری‌نانو نیز می‌توانند با نوآوری و ایده‌های نو، به تبدیل زباله و پسماند، به موادی با ارزش کمک کنند و از این طریق به حل یکی از چالش‌های زیست‌محیطی کمک نمایند. چنین نوآوری‌هایی، فرصت‌های جدید کسب و کار را برای کارآفرینان به ارمغان می‌آورند.
نویسنده: داود قرایلو
