תַקצִיר
חפצים רבים שבהם אנו משתמשים בחיי היומיום עשויים פלסטיק שמקורו בנֵפְט. לא זו בלבד שנפט הוא משאב מוגבל שיסתיים באחד הימים, אלא שפלסטיק שמקורו בנפט מתפרק לאט מאוד בסביבה, כך שהוא גורם לזיהום. זו בעיה מהותית, משום שמוצרי פלסטיק מהסוג הזה מצטברים מאז שבני האדם יצרו אותם לראשונה. במאמר זה נסביר מהו פלסטיק ומה אנו יכולים לעשות כדי להתמודד עם הזיהום שהוא מחולל. אחד הפתרונות עשוי להיות שימוש בבִּיוֹפְּלַסְטִיק. זוהי חלופה מבטיחה לפלסטיק שמקורו בנפט, וניתן להשתמש בה כדי לייצר רבים מהחפצים המיוצרים מהפלסטיק האמור. ביופלסטיק אינו גורם לזיהום משום שהוא יכול להתפרק באופן טבעי על ידי מיקרואורגניזמים בסביבה. מהו זיהום פלסטיק, ומדוע אינו בריא לכדור הארץ שלנו? האם תהיתם אי פעם מדוע זיהום הפלסטיק צריך להדאיג אותנו? האם מאוחר מדי לנסות להגן על עולמנו מפני הפלסטיק? במאמר זה נענה על השאלות הללו, ונציג כמה הצעות לצמצום הבעיה של זיהום פלסטיק.
מהו פלסטיק?
פלסטיק הוא חומר מוצק המורכב משרשראות ארוכות של מולקולות המכילות פחמן, ומכונות פּוֹלִימֶרִים של פחמן. חומרי הבניין שמרכיבים את הפולימרים נקראים מוֹנוֹמֶרִים (איור 1). לכל מונומר המרכיב את סוגי הפלסטיק השונים מבנה כימי ייחודי משלו, אך המרכיב העיקרי בכולם הוא פחמן. ניתן לעצֵּב שרשראות פולימרים של פחמן לכדי פלסטיק עבור מִגוון שימושים.
- איור 1 - מונומרים ופולימרים.
- (A) צעצועים ופריטים אחרים העשויים פלסטיק מורכבים משרשראות ארוכות של פולימרֵי פחמן. (B) פולימרי פחמן מורכבים משרשראות של אבני בניין בשם מונומרים. (C, D) סוגים שונים של מונומרים יכולים ליצור פולימרים של פלסטיק.
ניתן לסווג פולימרים לשני סוגים, בהתבסס על סוגי המונומרים שהם מכילים. הוֹמוֹפּוֹלִימֶרִים מכילים רק סוג אחד של מונומר. סוגי פלסטיק כגון פּוֹלִיאֶתִילֶן, פּוֹלִיפְּרוֹפִּילֶן ופּוֹלִיסְטִירֶן הם הומופולימרים. בניגוד לכך, קוֹפּוֹלִימֶרִים מורכבים מיוֹתר מסוג אחד של מונומר. סוגי פלסטיק כמו פּוֹלִיאֶתִילֶן טֶרֶפְתָאלְט ופּוֹלִיבּוּטִילֶן סוּקְסִינָט הם קופולימרים. לסוגי פלסטיק הומופולימרים יש תכונות קבועות כמו קושי, גמישוּת ועמידוּת לחום. תכונותיהם של הקופולימרים נקבעות לפי סוגי המונומרים המרכיבים אותם. מאפיין זה מאפשר לנו ליצור סוגי פלסטיק בעלי תכונות המתאימות לצרכינו, על ידי שינוי סוגי המונומרים שהפלסטיק מכיל. זה נהדר, משום שכך ביכולתנו לייצר סוגים שונים של פלסטיק כדי ליצור מוצרי פלסטיק נפוצים כמו צעצועים; בקבוקי מים; אריזות למזון ושקיות לקניות. כיום, אנו משתמשים בפלסטיק לכל כך הרבה מטרות בחיי היומיום, שכמעט קשה לדמיין את החיים בלעדיו!
האם מזיק להשתמש בפלסטיק שמקורו בנפט?
פלסטיק שמקורו בנפט מיוצר בתהליך כימי לקבלַת פולימרים של פחמן מנפט. נפט הוא תערובת נוזלית של שְׁמָנִים ושל תרכובות פחמן שמקורן במאובנים קבורים. אנו משתמשים בפלסטיק שמקורו בנפט בעיקר לאריזה ולשמירה, אך ניתן להשתמש בו גם לייצור מגוון חפצים שנמצאים בכל מקום סביבנו. למשל, טלפונים סלולריים; מַחשבים; מקררים; מכוניות; טלוויזיות; עטים וצעצועים. חשוב מאוד לזכור כי נפט אינו מקור מתחדש, כלומר, כַּמּוּתוֹ בעולם מוגבלת. היות שמשתמשים בנפט גם לייצור מוצרים אחרים כמו בֶּנְזִין (חומר דֶּלֶק), נפט מזוקק ודִיזֶל (חומר המשמש למנוֹעי בעירה פנימית על ידי נפט וסוֹלֶר, שהוא דלק נוזלי בעל מרקם סמיך), נצליח לייצר פלסטיק מנפט רק עד שמשאב זה יתכַּלֶּה. כיוון שפלסטיק שמקורו בנפט הוא מוצר מעשה ידי-אדם, הוא לא מתפרק בקלות בסביבה.
עקב הדרישה הגבוהה, מייצרים טונות של מוצרי פלסטיק שמקורו בנפט. רבים מהמוצרים הללו מיועדים לשימוש חד-פעמי. לאחר מכן הם נזרקים ומצטברים כמעט בכל המערכות האקולוגיות בעולם. כתוצאה מכך נגרם זיהום פלסטיק, שלעיתים קרובות מכונה ’זיהום לבן’ [1, 2], המשפיע לרעה על הסביבה. לדוגמה, פלסטיק שהושלך שלא כראוי בטבע, כמו למשל ביערות, בשדות, בנהרות ובאוקיינוס, יכול להישאר במערכות האקולוגיות הללו במשך שנים, משום שהן הסביבה הטבעית והן החיות לא מסוגלות לפרֵק אותו. למרבה הצער, חיות יכולות לאכול פלסטיק, אך אינן מסוגלות לְפָרְקוֹ, מה שלעיתים עלול לגרום להן לחלות ולמות.
מה ביכולתנו לעשות כדי להפחית את זיהום הפלסטיק?
אנו יכולים לעשות מִגוון דברים כדי להגן על עולמנו. ישנן שתי אסטרטגיות עיקריות להגנה על הסביבה מפני זיהום פלסטיק. הראשונה היא ליישׂם את כלל שלושת ה-R (reduce, reuse, and recycle – הפחתה, שימוש חוזר, מִחְזוּר): צַמצמו את כמות מוצרי הפלסטיק שאתם קונים, ושבהם אתם עושים שימוש יומיומי. עֲשׂוּ שימוש חוזר בכך שתשתמשו במוצרי פלסטיק יותר מפעם אחת, או שתנצלו אותם למטרות אחרות. מַחזרו מוצרי פלסטיק כך שניתן יהיה להמיס אותם ולעצבם שוב למוצרים חדשים. כְּלל זה ניתן ליישׂם בבתינו, בבתי הספר שלנו ובעסקים שלנו. זהו צעד ראשון פשוט שֶׁקַּל להסתגל אליו, וכולם יכולים להיעזר בו כדי לצמצם את זיהום הפלסטיק. האסטרטגיה השנייה היא להשתמש בפלסטיק מסוג בִּיוֹפְּלַסְטִיק, שיכול להחליף את כל הפלסטיק שמקורו בנפט. הַמשיכו לקרוא ותגלו עוד על אודותיו!
מהו ביופלסטיק?
ביופלסטיק אינו חומר חדש, כפי שאתם עשויים לחשוב. הוא התקיים בטבע לפני שהתחלנו לייצר פלסטיק שמקורו בנפט. ממש כמו פלסטיק שמקורו בנפט, גם ביופלסטיק עשוי פולימרים של פחמן. אולם במקרה זה הם נוצרים בתהליך של סִינְתֵּזָה (מיזוג רכיבים ליצירת מהות חדשה תוך שמירה על היסודות) על ידי מיקרואורגניזמים שנמצאים בסביבה. מיקרואורגניזמים אלה משתמשים בחומרים אורגניים (חומרים מבוססי-פחמן שנוצרים בטבע), בִּמקום בנפט. כיוון שביופלסטיק עשוי חומרים אורגניים, אבני הבניין המרכיבות את החומרים הללו לא יאזלו באופן שבו הפלסטיק שמקורו בנפט יתכַּלֶּה בסופו של דבר.
בטבע, מיקרואורגניזמים מייצרים ביופלסטיק כדרך לאחסן אנרגיה, ואז הם יכולים לצרוך אותו בתהליך המכונה הִתְכַּלּוּת. זהו תהליך דומה לעיכול [3, 4]. התכלוּת של ביופלסטיק יוצרת את האנרגיה הדרושה למיקרואורגניזמים כדי לנשום, ומייצרת פחמן, שבו הם יכולים להשתמש לתהליכים אחרים.
לביופלסטיק ישנן תכונות דומות למוצרי פלסטיק שמקורו בנפט המיוצרים כיום. בדיוק כמו בפלסטיק שמקורו בנפט, ניתן לשנות את תכונות הביופלסטיק על ידי שינוי המונומרים שמהם הוא מורכב. לביופלסטיק יתרון בולט נוסף – הוא ידידותי לסביבה ולא מזהם אותה, על אף שביופלסטיק ופלסטיק שמקורו בנפט נראים אותו הדבר וניתן להשתמש בהם באותם אֳפָנִים. כאשר אנו משליכים ביופלסטיק, מיקרואורגניזמים בסביבה מסוגלים לְפָרְקוֹ בתהליך אורגני של התכּלוּת [3, 4]. כתוצאה מכך, ביופלסטיק אינו תורם לזיהום שנגרם על ידי הפלסטיק, מה שהופך אותו לחלופה נפלאה הן עבור חֲבָרוֹת והן עבור אנשים פרטיים המשתמשים במוצרי פלסטיק. כיום, משתמשים בביופלסטיק כדי לייצר אריזות; חלקי גוף מלאכותיים; ציפוי חיצוני לתרופות; עור ואיברים מלאכותיים, ואפילו לייצור בגדים [3, 4].
זִכרו שבטבע מיקרואורגניזמים מזהים ביופלסטיק בקלות, וּמְכַלִּים אותו בקלות. למרבה הצער, בניגוד אליהם, אין ביכולת בני האדם להבדיל בין ביופלסטיק ובין פלסטיק שמקורו בנפט, ועָלֵינו להשתמש בבדיקות מעבדה כדי לזהות חומר זה. לכן, בדרך כלל מְסמנים מוצרים שעשויים ביופלסטיק כדי שנוכל לזהותם בקלות. פעולה זו מקילה עלינו להעדיף מוצרים אלה על פני מוצרים מפלסטיק שמקורו בנפט, ולִבְחֹר להשתמש בהם.
סיכום
כעת אתם יודעים כי ביופלסטיק הוא חלופה ידידותית לסביבה לפלסטיק שמקורו בנפט. בעזרת היֶּדע הזה אנו יכולים לצרף אות R נוספת לכלל שלושת ה-R, כך שיתייחס ל: הפחתה, שימוש חוזר, מִחְזוּר והחלפה (replace). החלפַת פלסטיק שמקורו בנפט בביופלסטיק עשויה להיות המפתַּח למניעת זיהום פלסטיק נוסף. המדע ממשיך להתקדם ולגלות מִגוון רחב של ביופלסטיק. בקרוב, נוכל כולנו לשמֵּר את הסביבה ולהגן עליה באמצעות שימוש מרובה בביופלסטיק, והעדפתו על פני פלסטיק שמקורו בנפט.
מימון
פרויקט זה זכה לעזרה במימון מטעם CONACYT חזית המדע CF-2019/74876, ומלגת CONACYT מספר 669264.
מילון מונחים
פּוֹלִימֶרִים (Polymers): ↑ חומרים המורכבים מיחידות דומות בשם ’מונומרים’ (רְאו להלן במילון המונחים), הקשורות יחד וחוזרות מספר רב של פעמים.
מוֹנוֹמֶרִים (Monomers): ↑ אבני הבניין, או היחידות, אשר יוצרות את הפולימר. הן בעלות מבנה כימי מסוים המורכב בעיקר מפחמן.
הוֹמוֹפּוֹלִימֶרִים (Homopolymers): ↑ פולימרים המכילים רק יחידת מונומר אחת שחוזרת על עצמה.
קוֹפּוֹלִימֶרִים (Copolymers): ↑ פולימרים המכילים יותר ממונומר אחד שחוזר על עצמו.
פלסטיק שמקורו בנפט (Petroleum-derived Plastics): ↑ פלסטיק המיוצר מפולימרים שמקורם בתרכובות נפט.
בִּיוֹפְּלַסְטִיק (Bioplastic): ↑ פלסטיק מתכלה המיוצר על ידי מיקרואורגניזמים תוך שימוש בחומרים אורגניים (רְאו להלן במילון המונחים).
חומרים אורגניים (Organic Materials): ↑ חומרים העשויים בעיקר מפחמן. הם נוצרים בטבע ומתכּלים בטבע.
הִתְכַּלּוּת (Biodegradation): ↑ תהליך ביולוגי המתבצע על ידי מיקרואורגניזמים, של פירוק חומרים אורגניים לאנרגיה ולפחמן שניתן להשתמש בהם למטרות אחרות.
תודות
המחבּרים מודים ל-César Arturo Cuautle Hernández, Gurusamy Kutralam-Muniasamy ול-Víctor German Rodríguez García עבור הצעות העריכה שלהם.
הצהרת כלי בינה מלאכותית
טקסט חלופי הנלווה לאיורים במאמר זה נוצר על ידי פרונטירז בסיוע כלי בינה מלאכותית, ונעשו מאמצים על מנת להבטיח את דיוקו, כולל בדיקה על ידי כותבי המאמר כאשר הדבר התאפשר. אם ברצונכם לדווח על בעיה, אנו צרו איתנו קשר.
הצהרת ניגוד אינטרסים
המחברים מצהירים כל המחקר נערך בהעדר כי קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.
מקורות
[1] ↑ Ali, S. S., Elsamahy, T., Koutra, E., Kornaros, M., El-Sheekh, M., Abdelkarim, E. A., et al. 2021. Degradation of conventional plastic wastes in the environment: a review on current status of knowledge and future perspectives of disposal. Sci. Total Environ. 771:144719. doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.144719
[2] ↑ Raddadi, N., and Fava, F. 2019. Biodegradation of oil-based plastics in the environment: existing knowledge and needs of research and innovation. Sci. Total. Environ. 679:148–58. doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.04.419
[3] ↑ Kalia, V. C., Singh Patel, S. K., Shanmugam, R., and Lee, J. K. 2021. Polyhydroxyalkanoates: trends and advances toward biotechnological applications. Bioresour. Technol. 326:124737. doi: 10.1016/j.biortech.2021.124737
[4] ↑ Shahid, S., Razzaq, S., Farooq, R., and Nazli, Z. H. 2021. Polyhydroxyalkanoates: next generation natural biomolecules and a solution for the world’s future economy. Int. J. Biol. Macromol. 166:297–321. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.10.187