English

Contact us

نظر دهید

تماس با ما

فارسی

اخبار

آرشیو مقالات

ارمغان بيوتكنولوژى براى محيط زيست

پلاستيك هاى زيستى

اطرافمان انباشته از پلاستيك شده است. هر كارى كه انجام مى دهيم و هر محصولى را كه مصرف مى كنيم، از غذايى كه مى خوريم تا لوازم برقى به نحوى با پلاستيك سروكار داشته و حداقل در بسته بندى آن از اين مواد استفاده شده است. در كشورى مثل استراليا سالانه حدود يك ميليون تن پلاستيك توليد مى شود كه ۴۰ درصد آن صرف مصارف داخلى مى شود. در همين كشور هرساله حدود ۶ ميليون بسته يا كيسه پلاستيكى مصرف مى شود. گرچه بسته بندى پلاستيكى با قيمتى نازل امكان حفاظت عالى از محصولات مختلف خصوصاً مواد غذايى را فراهم مى كند ولى متاسفانه معضل بزرگ زيست محيطى حاصل از آن گريبان گير بشريت شده است. اكثر پلاستيك هاى معمول در بازار از فرآورده هاى نفتى و ذغال سنگ توليد شده و غيرقابل بازگشت به محيط هستند و تجزيه آنها و برگشت به محيط چند هزار سال طول مى كشد. به منظور رفع اين مشكل، محققان علوم زيستى در پى توليد پلاستيك هاى زيست تخريب پذير از منابع تجديدشونده مثل ريزسازواره ها و گياهان هستند.

واژه زيست تخريب پذير يا Biodegradable به معنى موادى است كه به سادگى توسط فعاليت موجودات زنده به زيرواحدهاى سازنده خود تجزيه شده و بنابراين در محيط باقى نمى مانند. استانداردهاى متعددى براى تعيين زيست تخريب پذيرى يك محصول وجود دارد كه عمدتاً به تجزيه ۶۰ تا ۹۰ درصد از محصول در مدت دو تا شش ماه محدود مى شود. اين استاندارد در كشورهاى مختلف متفاوت است. اما دليل اصلى زيست تخريب پذير نبودن پلاستيك هاى معمولى، طويل بودن طول مولكول پليمر و پيوند قوى بين مونومرهاى آن بوده كه تجزيه آن را توسط موجودات تجزيه كننده با مشكل مواجه مى كند.

با اين حال توليد پلاستيك ها با استفاده از منابع طبيعى مختلف، باعث سهولت تجزيه آنها توسط تجزيه كنندگان طبيعى مى شود. 

براى اين منظور و با هدف داشتن صنعتى در خدمت توسعه پايدار و حفظ زيست بوم هاى طبيعى، توليد نسل جديدى از مواد اوليه مورد نياز صنعت بر اساس فرآيندهاى طبيعى در دستور كار بسيارى از كشورهاى پيشرفته قرار گرفته است. به طور مثال دولت آمريكا طى برنامه اى بنا دارد تا سال ،۲۰۱۰ توليد مواد زيستى را با استفاده از كشاورزى و با بهره بردارى از انرژى خورشيد با درآمد تقريبى ۱۵ تا ۲۰ ميليارد دلار انجام دهد. در اين بين توليد پليمرهاى زيستى جايگاه خاصى دارند. توليد اينگونه پليمرها توسط طيف وسيعى از موجودات زنده مثل گياهان، جانوران و باكترى ها صورت مى گيرد. چون اين مواد اساس طبيعى دارند، بنابراين توسط ساير موجودات نيز مورد مصرف قرار مى گيرند و تجزيه كنندگان از جمله مهم ترين اين موجودات زنده در موضوع مورد بحث ما هستند. براى بهره بردارى از اين پليمرها در صنعت دو موضوع بايد مورد توجه قرار گيرد:
الف - ديد محيط زيستى: اين مواد بايد سريعاً در محيط مورد تجزيه قرار گيرند، بافت خاك را بر هم نزنند و به راحتى با برنامه هاى مديريت زباله و بازيافت مواد از محيط خارج شوند.

ب - ديد صنعتى: اين مواد بايد خصوصيات مورد انتظار صنعت را از جمله دوام و كارايى داشته باشند و از همه مهم تر، پس از برابرى يا بهبود كيفيت نسبت به مواد معمول، قيمت تمام شده مناسبى داشته باشند.
در هر دو بخش، مخصوصاً بخش دوم، استفاده از مهندسى توليد مواد براى دستيابى به اهداف مورد انتظار ضرورى است.
همانطور كه ذكر شد، توليد پليمرهاى تجديدشونده با بهره بردارى از كشاورزى، يكى از روش هاى توليد صنعتى پايدار است. براى اين منظور دو روش اصلى وجود دارد: نخست استخراج مستقيم پليمرها از توده زيستى گياه است. پليمرهايى كه از اين روش توليد مى شوند عمدتاً شامل سلولز، نشاسته، انواع پروتئين ها، فيبرها و چربى هاى گياهى هستند كه به عنوان شالوده مواد پليمرى و محصولات طبيعى كاربرد دارند. دسته ديگر موادى هستند كه پس از انجام فرآيندهايى مانند تخمير و هيدروليز مى توانند به عنوان مونومر پليمرهاى مورد نياز صنعت استفاده شوند.
مونومرهاى زيستى همچنين مى توانند توسط موجودات زنده نيز به پليمر تبديل شوند كه مثال بارز آن  پلى هيدرو كسى آلكانوات ها هستند.

باكترى ها از جمله موجوداتى هستند كه اين دسته از مواد را به صورت گرانول هايى در پيكره سلولى خود توليد مى كنند. اين باكترى به سهولت در محيط كشت رشد داده شده و محصول آن برداشت مى شود.

رهيافت ديگر جداسازى ژن هاى درگير در اين فرآيند و انتقال آن به گياهان است كه پروژه هايى در اين زمينه از جمله انتقال ژن هاى باكتريايى توليد PHA به ذرت انجام شده است. نكته اى كه نبايد از نظر دور داشت اين است كه به رغم قيمت بالاتر توليد پلاستيك هاى زيست تخريب پذير، چه بسا قيمت واقعى آنها بسيار كمتر از پلاستيك هاى سنتى باشد؛ چرا كه بهاى تخريب محيط زيست و هزينه بازيافت پس از توليد هيچ گاه مورد محاسبه قرار نمى گيرد. در ادامه مبحث، توليد پلاستيك هاى زيست تخريب پذير PHA به طور اختصاصى مورد بررسى قرار مى گيرد. تقريباً تمامى پلاستيك هاى معمول در بازار از محصولات پتروشيمى كه غيرقابل  برگشت به محيط هستند، به دست مى آيند. راه حل جايگزين براى اين منظور، بهره بردارى از باكترى هاى خاكزى مانند Ralstonia eutrophus است كه تا ۸۰ درصد از توده زيستى خود قادر به انباشتن پليمرهاى غيرسمى و تجزيه پذير پلى هيدروكسى  آلكانوات (PHA) هستند. PHAها عموماً از زيرواحد بتاهيدروكسى آلكانوات و به واسطه مسيرى ساده با سه آنزيم از استيل-كوآنزيم A ساخته شده و معروف ترين آنها پلى هيدروكسى بوتيرات (PHB) است. در خلال دهه ۸۰ ميلادى شركت انگليسى ICI فرآيند تخميرى را طراحى و اجرا كرد كه از آن طريق PHB و ساير PHAها را با استفاده از كشت E.coli اصلاح ژنتيكى شده كه ژن هاى توليد PHA را از باكترى هاى توليدكننده اين پليمرها دريافت كرده بود، توليد مى كرد.

متاسفانه هزينه توليد اين پلاستيك هاى زيست تخريب پذير، تقريباً ۱۰ برابر هزينه توليد پلاستيك هاى معمولى بود. با وجود مزاياى بى شمار زيست محيطى اين پلاستيك ها مثل تجزيه كامل آنها در خاك طى چند ماه، هزينه بالاى توليد آنها باعث اقتصادى نبودن توليد تجارتى در مقياس صنعتى بود. با اين وجود بازار كوچك و پرسودى براى اين محصولات ايجاد شد و از پلاستيك هاى زيست تخريب پذير براى ساخت بافت هاى مصنوعى بهره بردارى شد. با وارد كردن اين پلاستيك ها در بدن، آنها به تدريج تجزيه شده و بدن بافت طبيعى را در قالب پلاستيك وارد شده دوباره سازى مى كند. در اين كاربرد تخصصى پزشكى، قيمت اينگونه محصولات زيستى قابل مقايسه با كاربردهاى كم ارزش اقتصادى پلاستيك در صنايع اسباب بازى، توليد خودكار و كيف نيست.

هزينه توليد PHAها با توليد آنها در گياهان اصلاح ژنتيكى شده و كشت وسيع در زمين هاى كشاورزى، به نحو قابل ملاحظه اى كاهش خواهد يافت. اين موضوع باعث شد كه شركت مونسانتو در اواسط دهه ۹۰ ميلادى امتياز توليد PHA را از شركت ICI كسب كند و به انتقال ژن هاى باكترى به گياه منداب بپردازد. مهيا كردن شرايط براى تجمع PHAها در پلاستيد به جاى سيتوسل، امكان برداشت محصول پليمرى را از برگ و دانه ايجاد كرد. مهم ترين مشكل لاينحل باقى مانده در بخش فنى اين پروژه، نحوه استخراج اين پليمر از بافت هاى گياهى با روشى كم هزينه و كارآمد است.

مشكل ديگر در زمينه PHB است كه در حقيقت مهم ترين گروه از PHAها بوده ولى متاسفانه شكننده بوده و در نتيجه براى بسيارى از كاربردها مناسب نيست. بهترين پلاستيك هاى زيست تخريب پذير، كوپليمرهاى پلى هيدروكسى بوتيرات با ساير PHAها مثل پلى هيدروكسى والرات هستند. توليد اينگونه كوپليمرها در گياهان اصلاح ژنتيكى شده بسيار سخت تر از توليد پليمرهاى تك مونومر است. در سال ۲۰۰۱ اين مشكلات به همراه مسائل مالى شركت مونسانتو باعث شد تا اين شركت امتياز توليد PHA اصلاح ژنتيكى شده را به شركت Metabolix واگذار كند. شركت Metabolix در قالب يك پروژه مشاركتى با وزارت انرژى آمريكا به ارزش تقريبى ۸/۱۴ ميليون دلار، براى توليد PHA در گياهان اصلاح ژنتيكى شده تا پايان دهه ۲۰۱۰ ميلادى تلاش مى كند. گروه هاى ديگرى نيز براى توليد PHA در گياهانى مثل نخل روغنى تلاش مى كنند. بايد منتظر بود تا سرانجام شاهد توليد اقتصادى اين محصولات دوستدار محيط زيست در آينده اى نزديك بود.

Hand book of Plant Biotechnology(2004) Paul Christou and Haraly Klee, WILEY. 
PHA production, from bacteria to plants(1999) Valentine et al, Int J Biol Macromol 25: 303-6. 
Bacteria and other biological systems for Steinbuchel polyester production(1998) and Fuchtenbusch, Trends Biotechnol 16: 419-27.

 

كسرى اصفهانى

شرق

آخرین مقالات

LEIBNITZ'S MONADS & JAVADI'S CPH

General Science Journal

World Science Database

Hadronic Journal

National Research Council Canada

Journal of Nuclear and Particle Physics

Scientific Journal of Pure and Applied Science

Sub quantum space and interactions from photon to fermions and bosons

مرز بین ایمان و تجربه  

نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی

اختر فیزیک

اجتماعی

الکترومغناطیس

بوزونها

ترمودینامیک

ذرات زیر اتمی

زندگی نامه ها

کامپیوتر و اینترنت

فیزیک عمومی

فیزیک کلاسیک

فلسفه فیزیک

مکانیک کوانتوم

فناوری نانو

نسبیت

ریسمانها

سی پی اچ

 فیزیک از آغاز تا امروز

زندگی نامه