البلاستيك المستدام من المصادر الطبيعية

تصف "التكنولوجيا الحيوية البيضاء"، المعروفة أيضًا باسم التكنولوجيا الحيوية الصناعية، إنتاج المواد الكيميائية العضوية و/أو المكونات النشطة باستخدام الكائنات الحية الدقيقة المُحسَّنة (الخميرة أو البكتيريا) و/أو الإنزيمات. فهي تقدم عددًا لا يحصى من الفوائد من خلال تمكين العلماء من تطوير حلول مستدامة وفعالة في مختلف الصناعات، كإنتاج الوقود الحيوي الصديق للبيئة، والمواد البلاستيكية الحيوية والمواد الكيميائية الحيوية، والتي تقلل جميعها من اعتمادنا على الوقود الأحفوري ومن التأثير البيئي الخاص به.

إضافةً إلى ذلك، تسهل التكنولوجيا الحيوية البيضاء إنشاء عمليات تصنيع أكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة، مما يؤدي إلى تقليل استهلاك الطاقة وتولد النفايات والاستهلاك العام للموارد. يمتلك هذا المجال في جوانبه، بفضل تطبيقاته المبتكرة، القدرة على دفع التحول نحو اقتصاد أكثر خضرة واستدامة، ومعالجة التحديات العالمية مع تعزيز التقدم التكنولوجي.

تساهم التكنولوجيا الحيوية البيضاء أيضًا في تطوير منتجات استهلاكية أكثر أمانًا وصحةً. وتلعب دورًا محوريًا في إنتاج الإنزيمات المستخدمة في المنظفات والمنسوجات وتصنيع الأغذية، مما يعزز كفاءة هذه العمليات مع تقليل الحاجة إلى المواد الكيميائية القاسية.

لطالما اهتمت GEA بالطُرق الجديدة المبتكرة، خاصةً إذا كانت تساعد في الحفاظ على الموارد وتعزز الإنتاج الصديق للبيئة لبدائل المنتجات الكيميائية التقليدية المعتمدة على البترول. وانطلاقًا من الإيمان بهذه التكنولوجيا الجديدة منذ البداية، كانت موضوعًا للمحادثات الحيوية في المؤتمرات، وفي إعداد الخبرة المشتركة بين الأقسام، وبالطبع في مركز التكنولوجيا الداخلي للشركة حيث يتم اختبار النظريات الجديدة وتنفيذها.

كان التركيز الرئيسي منصبًا على المواد الكيميائية الحيوية والتكرير الحيوي - العمليات التي تستخدم الكائنات الحية الدقيقة لتحويل المواد الخام الطبيعية والمتجددة - مثل النشا والسكر والسليلوز والكتلة الحيوية للنفايات - إلى مجموعة متنوعة من المنتجات الوسيطة والنهائية. وكانت البوليمرات الحيوية ذات أهمية خاصة. للتوضيح، في حين أن البوليمرات العادية تشمل أي فئة من المواد الطبيعية أو الاصطناعية تتكون من جزيئات كبيرة جدًا، فإن أبناء عمومتها "الحيوية" إما يتم تصنيعها كيميائيًا من مادة بيولوجية أو يتم تصنيعها حيويًا بالكامل باستخدام الكائنات الحية. ويمكن استخدام البوليمرات الصديقة للبيئة البديلة لذات الأساس النفطي في صنع مواد بلاستيكية مستدامة، من بين أشياء أخرى. 

نعم للبلاستيك. لا للنفط!

يتم الحصول على البوليمرات الحيوية بشكل دائم من مواد خام متجددة. لكن المصطلح غامض. فمن ناحية، تُستخدَم لإنتاج مواد جديدة قابلة للتحلل كليًا. يُعد هذا أمرًا مرغوبًا للغاية في حالة تغليف الأطعمة الجاهزة أو أكياس الشحن من تجار التجزئة عبر الإنترنت. ومن ناحية أخرى، يجب أن تكون المنتجات مثل تجهيزات السيارات قوية واعتمادية ومرنة لأطول فترة ممكنة. تجعل البوليمرات الحيوية هذا الأمر ممكنًا أيضًا: حيث يمكن استخدامها لصنع مواد بلاستيكية متينة وتفي بنفس معايير السلامة الخاصة بتلك المصنوعة من البوليمرات ذات الأساس النفطي. وهناك ميزة أخرى للبوليمرات الحيوية تتمثل في إمكانية تكييف عمليات الإنتاج الحالية بسهولة من أجل إنتاجها. لطالما اهتم قطاع الأغذية والأعلاف بإنتاج واستخدام الأحماض الأمينية. فالليسين، على سبيل المثال، يُستخدَم كعلف للماشية. حيث يقلل من استهلاك الصويا ووجبات السمك والقمح ويؤدي إلى تغذية متوازنة للحيوانات. تستطيع عمليات التحويل الإنزيمية ربط الأحماض الأمينية مثل الليسين لتكوين البوليمرات الحيوية، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك لإنتاج النايلون بدلًا من علف التغذية.

محطات إنتاج الطاقة الطبيعية: البكتيريا

العملية التي تُنتَج فيها البوليمرات الحيوية هي أيضًا عملية طبيعية. "تفعل الكائنات الحية الدقيقة ذلك من أجلنا"، يوضح مدير مبيعات المنتجات، ينس بورينغ، الخبير في مجال تكنولوجيا الفصل بالطرد المركزي. "في ما يسمى جهاز التخمير، يتم تغذية الكائنات الحية الدقيقة بالسكر أو النشا أولًا ثم إنتاج المنتجات الوسيطة المرغوبة، أو حتى البوليمرات النهائية في بعض الأحيان."

ويضيف زميله خبير الفصل، بوركهارد شيمان: "لتحفيز البكتيريا خاصتنا على إنتاج البوليمرات الحيوية، نقوم أولًا بتوفير الظروف البيئية المثالية. بمعنى آخر، نطعمها الأكسجين والسكر والمعادن. ثم تشعر البكتيريا بالراحة وتتكاثر. عندما يكون هناك ما يكفي من الكائنات الحية في جهاز التخمير، نغير هذه الظروف الإيجابية للغاية من خلال إزالة السكر من وسط النمو أو تغيير الرقم الهيدروجيني لبيئتها."

يؤدي هذا إلى توتر البكتيريا: فهي تدرك أن شيئًا ما قد تغير وأن "الأوقات السيئة" ربما تكون قد حلت عليها الآن. كآلية للتكيف، تقوم الكائنات الحية بتخزين مواد معينة. ويمكن أن تكون هذه المواد المعينة هي البوليمرات، على سبيل المثال. يضيف بوركهارد قائلًا: "بالنسبة للبكتيريا، هي بمثابة مصدر طوارئ للاستعداد لأي شيء قادم؛ ويضيف بوركهارد: "بالنسبة لنا، هو مركب كيميائي قيم ومتعدد الاستخدامات ومثير للاهتمام جدًا". 

قُوة طرد مركزي كاملة لمزيد من الاستدامة

غالبًا ما تلجأ الشركات إلى تكنولوجيا الفصل الخاصة بشركة GEA لتحويل البوليمرات المنتجة بشكل طبيعي إلى منتج تنافسي. يقول ينس بورينغ: "يوفر الطرد المركزي عددًا من المزايا لكي تكون قادرًا على استخدام هذه المصانع الطبيعية بشكل اقتصادي". "باعتبارها عملية ميكانيكية يمكن استخدامها لفصل الكتلة الحيوية - الكمية الإجمالية أو وزن الكائنات الحية في منطقة أو حجم معين - تُعد أجهزة الطرد المركزي صديقة للموارد وتعمل بطريقة فعالة للغاية. سواء كان العمل يخص المواد الخام أو معالجة المنتج الوسيط، تمتلك GEA خبرة كبيرة في هذا المجال وتوفر أيضًا معدات المعالجة النهائية... وصولًا إلى المنتج النهائي."

الفوائد عديدة: "يمتلك عملاؤنا بالفعل معرفةً بالعديد من خطوات العملية الأولية، مثل معالجة المواد والتخمير، ولديهم الخبرة والمعدات المطلوبة. يقول بوركهارد شيمان: "ببضع خطوات إضافية، يُفتَح الباب إلى العميل من أجل الوصول إلى سوق إضافية".

مع ذكر حمض اللاكتيك كمثال. بالإضافة إلى استخدامه التقليدي كعامل محمض في صناعة الأغذية والمشروبات، فإنه يُستخدَم الآن على نطاق واسع كمكون للبلاستيك الحيوي والقابل للتحلل بيولوجيًا المسمى حمض البوليلاكتيك (PLA) بفضل الدعم النشط من GEA.

يقول ينس بورينغ: "يمكننا أيضًا مساعدة عملائنا في تطوير العمليات": "وهذا له العديد من الفوائد لأن العمليات التي تعمل بشكل جيد على نطاق المختبر لا تنقل ذلك دائمًا إلى المعايير الصناعية (أو السعات). ولتجنب المفاجآت غير السارة، يسعدنا تقديم المساعدة بخبرتنا ومعدات GEA المناسبة... لأنه لا يوجد شيء أكثر اقتصاديةً وكفاءةً من عمليات التخطيط المشتركة."