فیبر کربن دوباره متولد می‌شود: انقلاب بیوتکنولوژی در بازیافت این ماده‌ی حیاتی!

تحولات نوین در بازیافت فیبر کربن

این روزها، مواد فیبر کربن تقریباً توی همه‌ی صنایع پیشرفته‌ی دنیا به کار می‌رن و از چوب هاکی گرفته تا هواپیماهای مسافربری، همه‌جا پیداشون می‌کنید. با تولید صدها هزار تن فیبر کربن در سراسر جهان توی هر سال، دانشمندا دنبال راه‌های کاربردی و به‌صرفه برای بازیافت این ماده هستن. اما فیبر کربن — رشته‌هایی از اتم‌های کربن که توی یه ماتریس به هم چسبیدن — بازگردوندنش به مواد جدید و مفید واقعاً یه چالش بزرگه.

برل اوکلی، استاد برجسته‌ی زیست‌شناسی مولکولی در دانشگاه کانزاس، می‌گه: «این ماده معمولاً یه بافته‌ست که با یه ماتریس ترکیب شده، و معمولاً از اپوکسی یا پلی‌استایرن ساخته میشه که اینا رو در کنار هم نگه می‌دارن. شما ترکیبی از الیاف و ماتریس دارید، پس هدف اینه که الیاف رو برای استفاده‌ی دوباره بازیافت کنید و همچنین ماتریس رو بدون تولید مواد سمی یا زاید حل کنید. ایده‌آل اینه که بشه ازش دوباره ارزش گرفت.»

حالا، توی یه فرآیند جدید بیوتکنولوژیکی که به‌تازگی توی نشریه‌ی انجمن شیمی آمریکا منتشر شده، اوکلی و همکاراش در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی یه روش شیمیایی برای تجزیه و حذف ماتریس از پلیمرهای تقویت‌شده با فیبر کربن (CFRPs) توسعه دادن. این روش جوری طراحی شده که فیبرهای کربن بازیافت‌شده خواص مکانیکی مشابهی با مواد اولیه‌ی تولیدی قبلی داشته باشن.

یکی از محصولات اصلی تجزیه‌ی ماتریس، اسید بنزوئیک هست، و برای به‌دست آوردن ارزش بیشتر، اوکلی یه نسخه‌ی اصلاح‌شده‌ی ژنتیکی از قارچ Aspergillus nidulans رو پرورش داده که می‌تونه از اسید بنزوئیک تغذیه کنه و یه ترکیب شیمیایی ارزشمند به نام OTA (اسید اوکتا-۲،۴،۶-ترینوئیک) تولید کنه.

یه انقلاب توی بازیافت فیبر کربن

به گفته‌ی اوکلی و همکاراش توی مقاله‌ی جدید، «این اولین سیستمیه که از هر دو بخش فیبر و ماتریس پلیمری توی CFRP، ارزش بالایی رو بازیافت می‌کنه.» اوکلی همکار قدیمیِ نویسنده‌ی اصلی مقاله، کلی وانگ، از دانشگاه کالیفرنیای جنوبیه. اون می‌گه: «ما سال‌هاست با آزمایشگاه اون برای تولید متابولیت‌های ثانویه توی Aspergillus nidulans همکاری می‌کنیم.»

متابولیت‌های ثانویه، ترکیباتی هستن که قارچ تولید می‌کنه — پنی‌سیلین یه نمونه‌ی شناخته‌شده‌ی متابولیت ثانویه‌ست — که فعالیت زیستی دارن، مثل جلوگیری از رشد رقبای خودش و غیره. مسیر اسپرژیلین نتیجه‌ی این کاره. اسپرژیلین یه متابولیت ثانویه‌ست. ما موفق شدیم یه مسیر خاص رو فعال کنیم و این محصول به‌دست اومد. ما فهمیدیم که OTA یه واسطه توی این مسیره و OTA یه ترکیب صنعتیه که پتانسیل باارزشی داره.

وانگ توی بیانیه‌ای که توسط USC منتشر شد، می‌گه: «OTA می‌تونه برای تولید محصولاتی با کاربردهای پزشکی، مثل آنتی‌بیوتیک‌ها یا داروهای ضدالتهاب استفاده بشه. این کشف خیلی مهمه، چون نشون می‌ده که یه روش جدید و کارآمدتر برای تبدیل موادی که قبلاً به‌عنوان زباله در نظر گرفته می‌شدن به چیزی باارزش وجود داره که می‌تونه توی پزشکی استفاده بشه.»

اوکلی همچنین گفت که آزمایشگاه KU اون تلاش می‌کنه تا قارچ تخصصیش رو حتی کارآمدتر کنه، با در نظر گرفتن نیازهای مقیاس‌پذیری و سودآوری، اگه این روش جدید بازیافت فیبر کربن بخواد توی مقیاس صنعتی پیاده بشه. او اضافه کرد: «از وقتی که این کار شروع شد، ما سویه‌هایی رو توسعه دادیم که واقعاً بهتر از سویه‌های اولیه هستن.»

این سویه‌های جدید احتمالاً نتایج بهتری هم خواهند داشت، اما ما باید کارهای زیادی انجام بدیم تا این فرآیند رو به سمت سویه‌های بهبود‌یافته مهندسی کنیم.» توی KU، اوکلی توی این تحقیق با دانشجوی تحصیلات تکمیلی، کوری جنکینسون، همکاری داشت. توی USC، همکارای وانگ شامل کلاریسا الیوار، زهان یو، بن میلر، ماریا تانگالوس، استیون نات و تراویس ویلیامز بودن.