زیستتخریبپذیری: بازیافت طبیعت
زیستتخریبپذیری چیست و چگونه کار میکند؟
همهٔ ما دیدهایم که یک برگ یا پوست میوه پس از مدتی که روی زمین میافتد، نرم شده و به تدریج محو میشود. این یک نمونهٔ ساده از زیستتخریبپذیری است. در مقابل، یک بطری پلاستیکی ممکن است دهها یا حتی صدها سال بدون تغییر در محیط باقی بماند. اما چه چیزی این تفاوت را ایجاد میکند؟ پاسخ در ساختار مولکولی مواد و وجود موجودات ذرهبینی به نام میکروارگانیسم است.
باکتریها و قارچها، که با چشم غیرمسلح دیده نمیشوند، در خاک، آب و حتی هوا زندگی میکنند. این موجودات ریز برای رشد و تولیدمثل به مواد غذایی نیاز دارند. آنها از برخی مواد آلی7 (مانند بقایای گیاهان و جانوران) به عنوان منبع کربن و انرژی استفاده میکنند. آنزیمهای ترشحشده از سوی این میکروارگانیسمها مانند قیچیهای مولکولی عمل کرده و مولکولهای پیچیده را به قطعات کوچکتری میشکنند که قابل جذب و مصرف هستند. محصول نهایی این فرآیند، معمولاً گازهایی مانند $CO_2$ (دیاکسید کربن) و $CH_4$ (متان)، آب و مواد معدنی است.
مقایسه مواد زیستتخریبپذیر و غیرقابل تجزیه
برای درک بهتر، میتوان مواد مختلف را بر اساس قابلیت تجزیهپذیری آنها توسط میکروبها دستهبندی کرد. جدول زیر برخی از رایجترین مواد را نشان میدهد.
| نمونه ماده | نوع | مدت زمان تخمینی برای تجزیه | وضعیت |
|---|---|---|---|
| پوست موز | طبیعی | 2 تا 5 هفته | زیستتخریبپذیر سریع |
| کاغذ | طبیعی (فرآوریشده) | 2 تا 5 ماه | زیستتخریبپذیر |
| پارچه پنبهای | طبیعی | 1 تا 5 ماه | زیستتخریبپذیر |
| بطری پلاستیکی (PET)8 | مصنوعی (نفتی) | 450 تا 1000 سال | غیرتخریبپذیر/آهسته |
| قوطی آلومینیومی | فلزی | 80 تا 200 سال (خوردگی) | تجزیه فیزیکی/شیمیایی |
| پلاستیک نشاستهای (زیستی) | مصنوعی (برپایه گیاهی) | 3 تا 6 ماه در شرایط کمپوست | زیستتخریبپذیر |
نقش باکتریها: سربازان نامرئی پاکسازی
باکتریها، به عنوان اصلیترین بازیگران فرآیند زیستتخریب، بسیار متنوع هستند. برخی در حضور اکسیژن کار میکنند (هوازی9) و برخی در نبود اکسیژن (بیهوازی10). آنها با استفاده از آنزیمهای تخصصی، پیوندهای شیمیایی خاصی را در مواد هدف میشکنند. برای مثال، باکتریهای سودوموناس و باسیلوس در تجزیه نفتخیزها و آلایندههای نفتی مشهورند. این فرآیند، زیستپالایی11 نام دارد و برای پاکسازی خاک و آبهای آلوده به کار میرود.
یک مثال ساده: وقتی شما یک سیب را گاز میزنید و قسمت گاززده را رها میکنید، پس از مدتی قهوهای و نرم میشود. بخشی از این تغییر به دلیل فعالیت آنزیمهای خود سیب است، اما پس از آن، کپکها (که نوعی قارچ هستند) و باکتریها بر روی آن رشد کرده و شروع به تجزیهٔ بافت میوه میکنند تا سرانجام به خاک بازگردد.
پلاستیکهای زیستتخریبپذیر: راهحلی نوین
با توجه به مشکل بزرگ زبالههای پلاستیکی، دانشمندان در حال توسعهٔ انواعی از پلاستیکها هستند که زیستتخریبپذیر باشند. این پلاستیکها به دو دستهٔ اصلی تقسیم میشوند:
۱. پلاستیکهای زیستی12: از منابع طبیعی تجدیدپذیر مانند نشاستهٔ ذرت ($(C_6H_{10}O_5)_n$)، نیشکر یا سلولز ساخته میشوند. معروفترین آنها PLA13 است. این مواد در شرایط مناسب کمپوست توسط میکروبها تجزیه میشوند.
۲. پلاستیکهای تخریبپذیر اکسایشی14: اینها همان پلاستیکهای معمولی (مانند پلیاتیلن) هستند که با افزودنیهای خاصی مخلوط شدهاند. این افزودنیها باعث میشوند پلاستیک در معرض نور و حرارت، به قطعات ریزتری شکسته شود و سپس این قطعات ریز در معرض حملهٔ میکروبی قرار گیرند. بحثهای علمی زیادی دربارهٔ کامل بودن فرآیند تجزیه و تاثیر این قطعات ریز (ریزپلاستیک15) بر محیط زیست وجود دارد.
کمپوست کردن: یک کارخانهٔ زیستتخریب در حیاط خانه
کمپوست کردن عملی است که در آن شما میتوانید فرآیند زیستتخریب را مدیریت و تسریع کنید. با جمعآوری زبالههای آشپزخانه (مانند پوست میوه، تفالهٔ چای، پسماند سبزیجات) و مواد گیاهی (برگ خشک، چمنزنی) در یک مخزن، شرایط ایدهآلی برای فعالیت باکتریها و قارچهای هوازی فراهم میکنید. این موجودات با مصرف مواد، حرارت تولید میکنند و مواد زائد را به خاکی غنی و تیره به نام کمپوست تبدیل مینمایند که یک کود عالی برای باغچه است. این یک مثال عالی از بازیافت طبیعی است.
سوالات متداول و اشتباهات رایج
خیر، لزوماً اینطور نیست. برای مثال، چوب یک مادهٔ طبیعی است. اما اگر به آن روغن، رنگ یا چسب غیرقابل تجزیه زده شود، یا اگر به شکل خاصی فرآوری شود (مثل چوب اشباعشده)، ممکن است در برابر حملهٔ میکروبی مقاوم شده و تجزیهٔ آن بسیار کند شود. ساختار فیزیکی و شیمیایی نهایی ماده تعیینکننده است.
نه همیشه. در برخی موارد، محصولات جانبی فرآیند تجزیه میتوانند مضر باشند. به عنوان مثال، تجزیهٔ بیهوازی مواد آلی در محلهای دفن زباله، گاز متان ($CH_4$) تولید میکند که یک گاز گلخانهای قوی است. همچنین، تجزیهٔ نامناسب برخی محصولات صنعتی ممکن است مواد شیمیایی سمی به محیط رها کند. مدیریت صحیح زباله کلید بهرهگیری از مزایای این فرآیند است.
زنجیرههای مولکولی بلند و محکم پلاستیکهای معمولی (مانند پلیاتیلن) برای باکتریها «غذای» ناشناخته و غیرقابل هضم است. آنزیمهای طبیعی میکروارگانیسمها در طول تکامل، برای شکستن چنین پیوندهای مصنوعی و پیچیدهای طراحی نشدهاند. به همین دلیل، این مواد برای صدها سال در محیط باقی میمانند و تنها به تدریج و تحت تاثیر نور خورشید و عوامل فیزیکی خرد میشوند (نه تجزیهٔ کامل میکروبی).
پاورقی
1زیستتخریبپذیری (Biodegradation): تجزیهٔ مواد توسط فعالیت موجودات زنده، عمدتاً میکروارگانیسمها.
2میکروارگانیسم (Microorganism): موجودات زندهٔ بسیار ریز که فقط با میکروسکوپ دیده میشوند، مانند باکتری، قارچ و پروتوزوا.
3زیستتوده (Biomass): مواد آلی تشکیلشده از موجودات زنده یا بقایای آنها.
4مکانیسم (Mechanism): شیوهٔ کار یا فرآیند انجام یک پدیده.
5کمپوست (Compost): خاک غنیشدهای که از تجزیهٔ کنترلشدهٔ مواد آلی به دست میآید.
6آنزیم (Enzyme): مولکولهای پروتئینی که سرعت واکنشهای شیمیایی در موجودات زنده را افزایش میدهند.
7مواد آلی (Organic Matter): موادی که در ساختار خود اتم کربن دارند و معمولاً منشأ حیاتی دارند.
8PET (Polyethylene Terephthalate): پلیاتیلن ترفتالات، نوعی پلیمر پلاستیکی رایج برای ساخت بطری.
9هوازی (Aerobic): نیازمند به اکسیژن.
10بیهوازی (Anaerobic): بدون نیاز به اکسیژن.
11زیستپالایی (Bioremediation): استفاده از موجودات زنده برای پاکسازی آلایندههای محیطی.
12پلاستیکهای زیستی (Bioplastics): پلاستیکهای ساختهشده از منابع طبیعی تجدیدپذیر.
13PLA (Polylactic Acid): پلیلاکتیک اسید، یک پلیمر زیستتخریبپذیر ساختهشده از منابعی مانند ذرت.
14تخریبپذیر اکسایشی (Oxo-degradable): موادی که در معرض اکسیژن و نور UV به قطعات کوچکتر میشکنند.
15ریزپلاستیک (Microplastic): ذرات بسیار ریز پلاستیک (معمولاً کوچکتر از 5 میلیمتر) که در محیط پراکنده میشوند.
