يطور العلماء مرشحًا جديدًا مستوحى من الأسماك يزيل أكثر من 99% من المواد البلاستيكية الدقيقة

يهدف الباحثون في جامعة بون إلى تحسين نظافة مياه الصرف الصحي.

من المعروف على نطاق واسع أن المياه المنبعثة من الغسالات هي مصدر رئيسي للجسيمات البلاستيكية الدقيقة، وهي جزيئات بلاستيكية صغيرة يشتبه في أنها تشكل مخاطر على صحة الإنسان والحيوان. العلماء في جامعة بون لقد طوروا مرشحًا جديدًا مصممًا لتقليل هذا التلوث.

التصميم مستوحى من نظام القوس الخيشومي الموجود في الأسماك. تظهر الاختبارات المبكرة أن الفلتر الذي ينتظر الحصول على براءة اختراع يمكنه إزالة أكثر من 99 بالمائة من الألياف البلاستيكية من مياه الصرف الصحي للغسالات. وقد نشرت نتائج البحوث في المجلة npj الملوثات الناشئة.

يمكن لغسالة واحدة في منزل مكون من أربعة أفراد أن تطلق ما يصل إلى 500 جرام من المواد البلاستيكية الدقيقة كل عام، معظمها يتولد عندما تتآكل الأقمشة أثناء الغسيل. ونتيجة لذلك، تعتبر الغسالات من بين أهم المساهمين في هذه الجزيئات. بمجرد إطلاقها، تمر المواد البلاستيكية الدقيقة إلى حمأة مياه الصرف الصحي المنتجة في محطات معالجة مياه الصرف الصحي. ونظرًا لأن هذه الحمأة تستخدم غالبًا كسماد، فيمكن للألياف البلاستيكية أن تنتشر في النهاية إلى الأراضي الزراعية.

وقد دفعت هذه المشكلة المتزايدة الشركات المصنعة إلى البحث عن طرق فعالة لالتقاط المواد البلاستيكية الدقيقة قبل وصولها إلى البيئة. توضح الدكتورة لياندرا هامان من معهد البيولوجيا العضوية بجامعة بون أن “أنظمة الترشيح المتوفرة حتى الآن لها عيوب مختلفة”. “بعضها ينسد بسرعة، وبعضها الآخر لا يوفر الترشيح المناسب.”

استعارة مخطط الترشيح من الأسماك

ولإيجاد حل أفضل، عملت هامان مع مشرف الدكتوراه الدكتور ألكسندر بلانك وزملائه الآخرين لدراسة أنظمة الترشيح البيولوجي. حول الباحثون انتباههم إلى الأسماك، التي قامت بتحسين تقنيات الترشيح عبر مئات الملايين من السنين من التطور.

تأكيد صِنف، مثل الماكريل، والسردين، والأنشوجة، وتتغذى عن طريق تصفية المياه. إنهم يسبحون وأفواههم مفتوحة ويصطادون العوالق باستخدام نظام القوس الخيشومي الخاص بهم. يقول بلانك، الذي يعد جزءًا من مجالات البحث متعددة التخصصات “الحياة والصحة” و”المستقبل المستدام” في جامعة بون: “لقد ألقينا نظرة فاحصة على بناء هذا النظام واستخدمناه كنموذج لتطوير مرشح يمكن استخدامه في الغسالات”.

أثناء تطورها، طورت هذه الأسماك تقنية مشابهة لترشيح التدفق المتقاطع. يتشكل نظام القوس الخيشومي الخاص بهم على شكل قمع يكون أوسع عند فم السمكة ويتناقص تدريجيًا باتجاه المريء. تتشكل جدران القمع بواسطة الأقواس الخيشومية. تتميز هذه الهياكل بهياكل تشبه المشط، وهي الأقواس، وهي مغطاة بأسنان صغيرة. يؤدي هذا إلى إنشاء نوع من الشبكة التي يتم تمديدها بواسطة الأقواس الخيشومية.

التنظيف الذاتي: تتدحرج العوالق نحو المريء

يوضح بلانك: “أثناء تناول الطعام، يتدفق الماء عبر جدار القمع المنفذ، ويتم تصفيته، ثم يتم إطلاق الماء الخالي من الجسيمات مرة أخرى إلى البيئة عبر الخياشيم”. “ومع ذلك، فإن العوالق كبيرة جدًا بحيث لا يمكن القيام بذلك؛ حيث يتم إعاقتها بواسطة هيكل الغربال الطبيعي. وبفضل شكل القمع، فإنها تتدحرج نحو المريء، حيث يتم جمعها حتى تبتلعها الأسماك، مما يفرغ النظام وينظفه”.

يمنع هذا المبدأ انسداد الفلتر – فبدلاً من اصطدام الفلتر وجهاً لوجه، تتدحرج الألياف على طوله نحو المريء. كما أن هذه العملية فعالة للغاية، حيث إنها تزيل كل العوالق تقريبًا من الماء. وكلاهما من الجوانب التي يجب أن يكون مرشح البلاستيك الدقيق قادرًا على تقديمها أيضًا. وهكذا قام الباحثون بتكرار نظام القوس الخيشومي. ومن خلال القيام بذلك، قاموا بتغيير حجم شبكة هيكل الغربال وزاوية فتح القمع.

يحقق الفلتر كفاءة عالية

يقول هامان: “لقد وجدنا مجموعة من العوامل التي تمكن مرشحنا من فصل أكثر من 99 بالمائة من الجزيئات البلاستيكية الدقيقة من الماء دون أن تصبح مسدودة”. ولتحقيق ذلك، لم يستخدم الفريق التجارب فحسب، بل استخدم أيضًا المحاكاة الحاسوبية. لا يحتوي المرشح المصمم على غرار الطبيعة على أي آليات معقدة وبالتالي يجب أن يكون تصنيعه غير مكلف للغاية.

تتجمع المواد البلاستيكية الدقيقة التي تقوم بترشيحها من ماء الغسيل في مخرج الفلتر ثم يتم شفطها عدة مرات في الدقيقة. وبحسب الباحث الذي انتقل الآن إلى جامعة ألبرتا في إدمونتون بكندا، فإنه يمكن بعد ذلك، على سبيل المثال، الضغط عليها في الآلة لإزالة الماء المتبقي. يمكن بعد ذلك إزالة الحبيبات البلاستيكية التي تم إنشاؤها بهذه الطريقة كل بضع عشرات من عمليات الغسل والتخلص منها مع النفايات العامة.

وقد تقدم فريق جامعة بون ومعهد فراونهوفر لتكنولوجيا البيئة والسلامة والطاقة UMSICHT بالفعل بطلب للحصول على براءة اختراع لتطويره في ألمانيا؛ ويجري حاليًا تسجيل براءات الاختراع على مستوى الاتحاد الأوروبي. ويأمل الباحثون الآن أن يواصل المصنعون تطوير الفلتر ودمجه في الأجيال القادمة من الغسالات. وهذا من شأنه أن يوقف انتشار المواد البلاستيكية الدقيقة من المنسوجات، إلى حد ما على الأقل. وهذا ضروري أيضًا: تشير التحليلات إلى أن الجسيمات قد تسبب أضرارًا جسيمة للصحة. وقد تم العثور عليها بالفعل في حليب الثدي وفي المشيمة، وحتى في الدماغ.

المرجع: “مرشح احتفاظ عالي التنظيف ذاتي المستوحى من الحيوية لمسار دخول رئيسي للمواد البلاستيكية الدقيقة” بقلم لياندرا هامان، وكريستيان رويس، وهندريك هيرزوغ، وكريستينا شرايبر، وكريستيان جايتنر، وألكسندر بلانك، 5 ديسمبر 2025، npj الملوثات الناشئة.
دوى: 10.1038/s44454-025-00020-2

بالإضافة إلى جامعة بون، شارك أيضًا معهد فراونهوفر لتكنولوجيا البيئة والسلامة والطاقة UMSICHT في الدراسة. تم دعم العمل بتمويل من الوزارة الفيدرالية للأبحاث والتكنولوجيا والفضاء (BMFTR) ومجلس البحوث الأوروبي (ERC). يتم دعم حماية الاختراع وتسويقه من قبل مركز النقل enaCom في جامعة بون بالتعاون الوثيق مع PROvendis GmbH، مزود الخدمة لشبكة جامعة NRW لنقل المعرفة والتكنولوجيا “innovation2business.nrw”.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.