«به‌یافت»(Upcycling) نوعی روش برای بازیافت است که ماده پسماند را با کیفیت بهتر از ماده مهم اراعه می‌دهد. این روش امکان پذیر بتواند به اصلاح نزدیک به ۴۵۰ میلیون تن پلاستیک پشتیبانی کند که سالانه در سراسر جهان دور ریخته خواهد شد و تنها ۹ درصد آنها بازیافت را پشت سر می‌گذارند. بقیه پلاستیک‌ها در محل‌های دفن زباله سوزانده خواهد شد یا به اقیانوس‌ها و مکان‌های دیگر راه می‌یابند.

به نقل از فیز، شیمیدانان «آزمایشگاه ملی اوک ریج»(ORNL) یک روش دیگر را در پیش گرفته‌اند که امکان پذیر با تنظیم مجدد عناصر سازنده پلیمری برای سفارشی‌سازی کردن ویژگی‌های پلاستیک، سرنوشت محیطی آن را تحول دهد. زیر واحدهای مولکولی برای تشکیل زنجیره‌های پلیمری به هم متصل خواهد شد که می‌توانند از طریق مولکول‌های متقاطع خود به یکدیگر متصل گردند و پلاستیک‌های چندمنظوره را راه اندازی دهند. ساختار زنجیره‌های پلیمری تعیین می‌کند که این پلاستیک‌ها چه مقدار محکم، سفت و مقاوم در برابر حرارت خواهند می بود.

ویرایش مولکولی آن قدر امیدوارکننده به نظر می‌رسد که پایه دو جایزه نوبل شیمی بوده است. در سال ۲۰۰۵، این جایزه به گسترش‌دهندگان «عکس العمل متاتز»(metathesis reaction) تعلق گرفت که می‌شکند و پیوندهای دوگانه را بین اتم‌های کربن در حلقه‌ها و زنجیره‌ها تشکیل می‌کند تا واحدهای فرعی آنها بتوانند برای تشکیل مولکول‌های تازه با هم عوض شوند. در سال ۲۰۲۰، جایزه نوبل به گسترش‌دهندگان فناوری ویرایش ژن «کریسپر»(CRISPR) رسید که همانند یک قیچی ژنتیکی برای ویرایش رشته‌های DNA حاوی رمز زندگی است.

«جفری فاستر»(Jeffrey Foster) سرپرست این پژوهش او گفت: این روش همانند فناوری کریسپر برای ویرایش پلیمرهاست. با این تفاوت که به جای ویرایش رشته‌های ژن، زنجیره‌های پلیمری را ویرایش می‌کند.

پژوهشگران آزمایشگاه ملی اوک ریج به طور دقیق پلیمرهای حاضر در زباله‌های پلاستیکی را ویرایش کردند. فاستر او گفت: این یک جریان زباله است که در واقع اصلا بازیافت نمی‌شود. ما با این فناوری به قسمت مهمی از جریان زباله می‌پردازیم. این کار، تأثیر زیاد بسیاری را بر نگه داری جرم و انرژی موادی خواهد داشت که اکنون به محل‌های دفن زباله می‌روال.

انحلال پلیمرهای ضایعاتی، اولین قدم در تشکیل مواد افزودنی قطره‌ای برای تشکیل پلیمر است. پژوهشگران در این پروژه، «پلی‌بوتادین»(polybutadiene) مصنوعی یا تجاری و «آکریلونیتریل بوتادین استایرن»(acrylonitrile butadiene styrene) را در یک حلال به نام «دی‌کلرومتان»(dichloromethane) غوطه‌ور کردند تا یک عکس العمل شیمیایی را در دمای پایین(۴۰ درجه سلسیوس) به زمان کمتر از دو ساعت انجام بدهند.

یک کاتالیزور روتنیوم، روال پلیمریزاسیون یا افزودن پلیمر را تسهیل کرد. شرکت‌های صنعتی از این کاتالیزور برای ساخت پلاستیک‌های مقاوم و تبدیل زیست‌توده همانند روغن‌های گیاهی به سوخت و دیگر ترکیبات آلی باارزش منفعت گیری کرده‌اند که پتانسیل منفعت گیری از آن را در افزایش به‌یافت شیمیایی برجسته می‌کند.

پژوهشگران ضایعات پلاستیکی را با به کارگیری دو فرآیند پشت سر هم به‌یافت کردند. یک فرآیند به نام «پلیمریزاسیون متاتز باز کردن حلقه»، حلقه‌های کربن را باز می‌کند و آنها را به طور یک زنجیره بلند درمی‌آورد. فرآیند دیگر به نام «متاتز متقاطع»، زنجیره‌ای از زیرواحدهای پلیمری را از یک زنجیره پلیمری به زنجیره پلیمری دیگر داخل می‌کند.

بازیافت سنتی نمی‌تواند قیمت پلاستیک‌های دور ریخته‌شده را نگه داری کند چون پلیمرهایی را به کار می‌گیرد که بعد از تجزیه، قیمت کمتری دارند. در روبه رو، نوآوری پژوهشگران آزمایشگاه ملی اوک ریج از عناصر سازنده حاضر برای ترکیب جرم و ویژگی‌های مواد زائد و اراعه کارکرد و قیمت افزوده منفعت گیری می‌کند.

فاستر او گفت: این فرآیند تازه، اقتصاد اتمی بالایی دارد. این بدان معناست که ما می‌توانیم تقریبا همه موادی را که مورد منفعت گیری قرار داده‌ایم، بازیافت کنیم.

پژوهشگران در این پروژه نشان دادند فرآیندی که انرژی کمتری را مصرف می‌کند و انتشار کردن کربن کمتری نسبت به بازیافت سنتی دارد، به طور کارآمد مواد زائد را بدون به خطر انداختن کیفیت پلیمر یکپارچه‌سازی می‌کند.

فاستر او گفت: چشم‌انداز پژوهش ما این است که مفهوم آن را می‌توان به همه پلیمرهای دارای نوعی گروه عملکردی برای عکس العمل نشان دادن تعمیم داد.

اگر این روش برای منفعت گیری از افزودنی‌های دیگر گسترش داده شود، می‌توان انواع بیشتری از عناصر سازنده زباله‌ها را استخراج کرد که اثرات زیست‌محیطی دیگر پلاستیک‌های سخت‌فرآوری را به‌ طور چشمگیری افت می‌دهد. با این روش، اقتصاد دایره‌ای که در آن مواد زائد به جای دور ریخته شدن، تحول کاربری خواهند داد، به یک مقصد واقعی‌تر تبدیل خواهد شد.

این پژوهش در «Journal of the American Chemical Society» به چاپ رسید.