إعادة تدوير المحيط للمطاط المفلكنة

في أواخر عام 2025، أعلنت شركة بريدجستون والمعهد الوطني للعلوم والتكنولوجيا الصناعية المتقدمة (AIST) في اليابان عن تحقيق تقدم كبير في عملية إعادة التدوير الكيميائي عند درجة حرارة الغرفة التي تم تطويرها بشكل مشترك، متغلبين بنجاح على تحدٍ رئيسي في صناعة إعادة تدوير المطاط المفلكن.

يمكن لهذه التقنية أن تحلل المطاط المفلكن بكفاءة في ظل ظروف معتدلة عند درجة حرارة الغرفة، مما ينتج مواد خام كيميائية عالية القيمة مثل الإيزوبرين والكربون الأسود والبنزين والتولوين والزيلين (BTX)، مما يضخ زخماً جديداً في الاقتصاد الدائري العالمي للمطاط. لا يقتصر هذا الاختراق على تجاوز عقبة تقنية طويلة الأمد في الصناعة فحسب، بل يتماشى أيضاً بدقة مع الاتجاه العالمي لاستخدام الموارد بكفاءة تحت هدف "الكربون المزدوج"، متماشياً مع التوجيهات السياسية للعديد من الدول في بناء أنظمة إعادة تدوير النفايات.

لطالما اعتُبرت إعادة تدوير المطاط المفلكن تحدياً في الصناعة، حيث تكمن المشكلة الأساسية في هيكله المستقر المرتبط بالكبريت. بينما يمكن تحليل البولي إيزوبرين المستخرج من المطاط الطبيعي والمواد الأخرى من خلال تفاعلات التبادل التحفيزي، فإن محتوى الكبريت في البولي إيزوبرين المفلكن الناتج عن إطارات النفايات يعيق هذه التفاعلات، مما يجعل تقنيات إعادة التدوير التقليدية غير فعالة.

في السابق، كانت الطرق الفيزيائية السائدة لإعادة التدوير قادرة فقط على معالجة المطاط النفايات إلى مسحوق مطاط منخفض الجودة، بقيمة مضافة منخفضة للغاية. تتطلب تقنيات إعادة التدوير الكيميائي مثل التحلل الحراري ظروف درجات حرارة عالية تتراوح بين 450-800 درجة مئوية، مما لا يستهلك الطاقة بكثافة فحسب، بل يؤدي أيضاً إلى إنتاج منتجات جانبية ضارة مثل الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات وأكاسيد الكبريت.

وفقاً لأحدث بيانات الصناعة، تجاوز الإنتاج السنوي العالمي للمطاط النفايات 15 مليون طن، حيث تشكل الإطارات أكثر من 70%، لكن معدل إعادة التدوير الإجمالي أقل من 60%. يتم دفن كميات كبيرة من المطاط النفايات أو حرقها، مما يهدر الموارد ويلوث البيئة، ويشكل عقبة كبيرة أمام تطوير الاقتصاد الدائري.

عملية إعادة التدوير الكيميائي ذات المرحلتين التي طورتها بريدجستون، والتي تعتمد على "التحفيز الدقيق + التفاعل اللطيف" كابتكار أساسي، تقلب تماماً النهج التكنولوجي التقليدي. في المرحلة الأولى، من خلال اختيار تركيبات مناسبة من المحفزات والمذيبات، يتم استخدام تفاعلات التبادل لإعادة ترتيب الروابط المزدوجة بين الكربون والكربون، مما يحقق إعادة ترتيب وتقليص السلسلة الجزيئية للبولي إيزوبرين المفلكن.

استفاد فريق البحث بذكاء من التأثيرات التآزرية للتبادل الجزيئي الداخلي والخارجي، مما دفع عملية التحلل من خلال تفاعل البولي إيزوبرين مع المواد المتفاعلة ذات الوزن الجزيئي المنخفض وتقليص السلسلة الجزيئية من خلال التفاعلات الجزيئية الداخلية لتوليد البولي إيزوبرين الحلقي، وإكمال العملية في غضون ساعات قليلة عند درجة حرارة الغرفة.

والأهم من ذلك، قام الباحثون لأول مرة بتوضيح البنية الجزيئية ثلاثية الأبعاد للتترامير الحلقي للإيزوبرين في منتجات التفاعل من خلال تحليل البنية البلورية بالأشعة السينية، مما يوفر دعماً نظرياً دقيقاً على المستوى الجزيئي لتحسين العملية. تحقق المرحلة الثانية استخراجاً فعالاً للمواد الخام الأساسية مثل الإيزوبرين من خلال التحلل الحراري الدقيق للبوليمر السائل، مما يشكل حلقة مغلقة كاملة لإعادة تدوير الموارد.

تمتلك هذه التقنية قيمة اقتصادية وبيئية كبيرة. من الناحية الاقتصادية، يُستخدم الإيزوبرين، كونه مونومر أساسي للمطاط الصناعي، على نطاق واسع في تصنيع الإطارات عالية الجودة. بلغ سوق مطاط الإيزوبرين اللاتكس العالمي 273 مليون دولار في عام 2024، ومن المتوقع أن ينمو بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 4.49% من 2024 إلى 2029، مع زيادة مطردة في الطلب في السوق. الكربون الأسود المعاد تدويره، بعد معالجته إلى كربون أسود صديق للبيئة، يتمتع بأداء مماثل للكربون الأسود البكر ويمكن إعادة استخدامه مباشرة في إنتاج الإطارات.

من الناحية البيئية، تقلل عملية درجة حرارة الغرفة من استهلاك الطاقة بأكثر من 30% مقارنة بالتحلل الحراري التقليدي، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة. تم التحقق من تأثير تقليل الكربون لإعادة تدوير المواد النفايات بشكل موثوق، ويمكن لإعادة التدوير المماثلة للموارد أن تقلل بشكل كبير من كثافة انبعاثات الكربون.

من الناحية السياسية، تتماشى هذه التقنية مع "الآراء التوجيهية بشأن تسريع بناء نظام إعادة تدوير المواد النفايات" في الصين وسياسات الاقتصاد الدائري ذات الصلة في الاتحاد الأوروبي، ومن المتوقع أن تحصل على دعم سياسي من عدة دول.

حالياً، تعمل بريدجستون على تعزيز أبحاث توسيع نطاق العملية، وتخطط لتوسيع التقنية لتشمل مطاط البوتادين وفئات أخرى، واستكشاف سيناريوهات تطبيق جديدة للتتراميرات الحلقية للإيزوبرين.

في الوقت نفسه، تخطط الشركة لبناء مصنع تجريبي لإعادة التحلل الحراري الدقيق لإطارات النفايات لاكتساب الخبرة للتطبيق على نطاق واسع. يشير المطلعون في الصناعة إلى أنه إذا تم تسويق هذه التقنية بالكامل، فإنها ستدفع صناعة المطاط من نموذج خطي "الموارد-المنتج-النفايات" إلى نموذج دائري، مما يقلل الاعتماد على الموارد الأولية، ويدفع ترقيات التكنولوجيا في صناعة إعادة تدوير المطاط العالمية، ويوفر دعماً حاسماً للصناعات ذات الصلة لتحقيق أهداف الحياد الكربوني.