النقاط الرئيسية والجدل: من أجل الصحة وحماية البيئة، يجب حظر أو تقييد إضافة MTBE إلى البنزين

Thread Content

مقدمة: إيثر الميثيل التريبوتيلي (MTBE)، عبارة عن إيثر عديم اللون وشفاف ذو قيمة أوكتانية عالية. في الوقت الحالي، يُستخدم MTBE بشكل أساسي في تعديل خصائص الوقود ورفع قيمة الأوكتان لديه، حيث تكون نسبة إضافته عادةً من 10% إلى 12%. يتمتع MTBE، كمادة مضادة للانفجار في البنزين، بميزة تحسين قيمة الأوكتان بشكل كبير، لكن هناك المزيد والمزيد من الدراسات التي تُظهر أن MTBE يشكل تهديدًا محتملًا للبيئة وصحة الإنسان. بعد أن صنفت وكالة حماية البيئة الأمريكية مادة MTBE على أنها مادة مسرطنة، أصدرت بعض الدول في أمريكا الشمالية وأوروبا سلسلة من السياسات التي تحظر أو تقيد استخدام هذه المادة في البنزين. مقاومة MTBE للانفجار ومساهمته في قيمة الأوكتان RON: تُظهر دراسات قيمة الأوكتان لـ MTBE أنها 117، بينما تبلغ قيمة الأوكتان حسب طريقة مودا 101. وعند إضافة 10% من MTBE بالحجم، يمكن رفع قيمة RON للبنزين بمقدار 1.8 إلى 2.0 وحدة تقريبًا. على عكس المركبات الإيثرية العادية مثل الإيثر، فإن بنية جزيء MTBE فريدة، مما يمنحه استقرارًا كيميائيًا جيدًا كمضاف للبنزين، ولا يتكون منه بسهولة أكاسيد ； يمكنه الاندماج مع البنزين بأي نسبة ； يؤدي إضافته إلى ارتفاع كبير في ضغط البخار للزيوت، ولذلك يُستخدم كمكون في خلطات البنزين عالي الأوكتان الخالي من الرصاص والبنزين الغني بالأكسجين. كأكسيد من فئة الإيثرات، يمكن لـ MTBE أن يتفاعل كيميائيًا مع الهيدروكربونات غير المشبعة الموجودة في البنزين أثناء عملية الاحتراق، مما يؤدي إلى تكوين مركبات الأكسير. وهذا بدوره يقلل من تركيز المركبات الفوق أكسجينية التي تتكون خلال عملية الاحتراق، ويمنع تكوّن مراكز احتراق إضافية، كما يقلل من قدرة النيران على الانتشار إلى المناطق غير المحترقة، وبالتالي يزيد من مقاومة البنزين للاشتعال. سمية MTBE: تفوق سمية MTBE الحادة سمية الإيثر، كما أن مؤشر السمية لديها أقل. أما التركيز الذي يؤدي إلى موت الفئران (AC50) والتركيز القاتل (LC50) فهو 1.0 و1.6 مليمول/لتر على التوالي. أظهرت أبحاث لي سويون وآخرين أن القشرة الدماغية والثلمي والهيبوثالاموس وقشرة المخيخ هي المناطق التي تتأثر بشكل حاد نتيجة التعرض لمادة MTBE. كما أن قيمة التعبير عن بروتين Fos تزداد تدريجيًا مع زيادة جرعة مادة MTBE. أظهرت تجارب الإلكتروفوريزis بالجل الخلوي في علم سمية الوراثة الجزيئية أن MTBE ومنتجاته الأيضية يمكن أن تسبب تلفًا في الحمض النووي لخلايا اللوكيميا لدى البشر، أو تكسرًا في السلسلة الواحدة من الحمض النووي، كما يمكن أن تتسبب في تلف الحمض النووي للخلايا المكونة للدم الطرفي لدى البشر. استخدم تشو وي وزملاؤه الكيمياء المناعية النسيجية والهجينة النقطية لاكتشاف أن MTBE يمكن أن يغير دورة الخلايا في خلايا NIH/3T3، كما يُحفز على زيادة التعبير عن جين c-myc، وهو جين سرطاني موجود في أنسجة الكبد لدى الفئران. إن هذا الإحفاظ على تكاثر الخلايا وتثبيط موت الخلايا يُعد أحد الآليات المحتملة للتسبب في السرطان لدى الحيوانات. في الصين، قام لي دونغمي وآخرون بزراعة الخلايا التناسلية للفئران في البيئة المخبرية، ثم وضعوها في محاليل تحتوي على تركيزات 100 جزء في المليار، و10 جزء في المليون، و1000 جزء في المليون، و3000 جزء في المليون من مادة MTBE، لمدد تتراوح بين 6 ساعات و12 ساعة و18 ساعة. بعد ذلك، تم استخدام طريقة التلوين بـ FDA وPI، بالإضافة إلى تقنية الخلايا الجارية وطريقة MTT، لتحليل تأثير مادة MTBE على الخلايا والحمض النووي. أظهرت النتائج أن تركيز 3000 جزء في المليون من MTBE يمكن أن يؤثر بشكل سلبي مباشر على الخلايا التناسلية لدى الفئران. 3 تأثيرات MTBE على البيئة وصحة الإنسان 3.1 التأثيرات على البيئة تعتبر تسربات خزانات تخزين البنزين وخطوط نقله من المصادر الرئيسية لتلوث MTBE ； علاوة على ذلك، فإن الـ MTBE الذي ينتشر في الغلاف الجوي ويتم إطلاقه على اليابسة يمكن أن يعود مرة أخرى إلى المياه الجوفية من خلال الأمطار ومياه الأنهار. بسبب أسباب التسرب هذه، انتقل الـ MTBE في النهاية إلى البيئة الجوفية. في الفترة ما بين عامي 1993 و1994، قام فريق فحص جودة المياه التابع لمكتب الاستكشافات الجيولوجية الأمريكي في ولاية ساوث داكوتا بفحص 482 بئرًا في مختلف المدن الأمريكية والمناطق المحيطة بها، وقد تم اكتشاف مادة MTBE في 13% من هذه الآبار ； قام فريق التحقيق التابع لفرع ولاية كونيتيكت بجمع بيانات 16,717 عينة مائية من مجتمعات مختلفة في 10 ولايات في شمال شرق الولايات المتحدة والمناطق المجاورة في وسط الأطلسي، ووجد أن 9% من هذه العينات تحتوي على MTBE. تُظهر العديد من الدراسات أن MTBE، عندما يتم إطلاقه في الغلاف الجوي في حالة غازية، يمكن أن يخضع لتفاعلات الأكسدة الضوئية، وأن نصف عمره في الهواء يبلغ تقريبًا 4 أيام. لكن نظرًا لأن MTBE قابل للذوبان في الماء بسهولة (4.3 جرام/100 جرام، عند درجة حرارة 20 درجة مئوية)، فإنه لا يتم امتصاصه بسهولة من قبل جزيئات التربة، وبالتالي فإنه يدخل إلى المياه الجوفية بشكل أسرع من البنزين والمكونات الأخرى، كما ينتشر في المنطقة المحيطة به بشكل سريع. في ديسمبر 1997، أشارت وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) إلى أن وجود مادة MTBE في مياه الشرب بتركيز يصل إلى 20–40 ميكروغرام/لتر أو أكثر يؤدي إلى ظهور رائحة وطعم سيئين، كما أن التركيزات المنخفضة جدًا قد تسبب رائحة كريهة في مياه الشرب. وبذلك، أصبحت مادة MTBE من الملوثات الخطيرة لمياه الآبار. يتميز تلوث المياه الجوفية بخاصيتي الخفاء وصعوبة القضاء عليه. يشرب البشر مياهًا جوفية ملوثة بمكونات ضارة أو سامة، وتكون تأثيراتها على صحة الإنسان آثارًا مزمنة طويلة الأمد لا يسهل اكتشافها، كما أنه من الصعب جدًا معالجة المياه الجوفية واستعادتها بمجرد تلوثها. من الصعب أن يتبخر أو يتم استخلاص MTBE من الماء، كما يمكن للمياه الجوفية الملوثة أن تتسرب لمسافات تصل إلى مئات الأمتار خلال عشر سنوات دون أن تتحلل تقريبًا، وهو وقت أطول من وقت تحلل البنزين. عادةً، يُعد التحلل البيولوجي أفضل خيار لمعالجة الملوثات، لكن التحلل البيولوجي لمركب MTBE يختلف كثيرًا عن التحلل البيولوجي للملوثات الشائعة في البنزين مثل البنزين والتولوين والبنزيلين والكسيлен. إن معامل تقسيم الكربون العضوي لديه منخفض، مما يحد من عملية الامتصاص في المسطحات المائية الطبيعية. كما أن قابليته العالية للذوبان في الماء تجعل من MTBE ينتقل بسرعة في المياه الجوفية والسطحية، مما يقلل من الوقت المتاح لعملية التحلل بواسطة الكائنات الدقيقة، وبالتالي يزيد من صعوبة عملية التحلل. قام ليو شيجيانغ بدراسة قواعد التحلل الهوائي لمركب الميثيل تريبوتيل إيثر (MTBE)، باستخدام مزيج من الكائنات الدقيقة التي تم تطويرها وتنميتها بشكل مستقل. ووجد أن نمو الكائنات الدقيقة التي تستخدم MTBE كمصدر للكربون يكون بطيئًا للغاية، مما يؤدي إلى ضعف قدرة هذه الكائنات على تحلل MTBE. وكان أعلى معدل تحلل مسجل في ظروف الدراسة 48.88%، كما لم يتم رصد أي تحلل إضافي للمنتج الوسيط وهو التريبوتول (TBA) خلال فترة التحلل التي بلغت حوالي 200 ساعة. في الظروف الهوائية وغير الهوائية، يظل MTBE مستقرًا في الماء. عادةً لا يتم اكتشاف تسربات MTBE مع مركبات BTEX (البنزين، التولوين، الإيثيل بنزين، الكسيлен). تشكل سحب MTBE الناتجة عن التسربات من نقاط معينة نسبة كبيرة تحت سطح الماء، أما تركيز MTBE على حواف هذه السحب فهو منخفض جدًا، لكنه يزداد مع مرور الوقت. تُظهر الدراسات أن MTBE يمكنه التحرك بسرعة مثل المؤشرات، كما أن تأثير التلوث الناتج عن تراكمه في المياه وانتشاره في التربة يزيد من الآثار السلبية على استدامة البيئة. 3.2 التأثير على صحة الإنسان: يتم امتصاص MTBE بشكل رئيسي عبر الجهاز التنفسي، كما يمكن امتصاصه أيضًا عبر الجلد والجهاز الهضمي. في عام 1992، تم الإبلاغ في ولاية ألاسكا الأمريكية عن الآثار الضارة لمادة MTBE على صحة الإنسان، حيث اشتكى السكان من ظهور أعراض مثل الصداع والدوار وتهيج العينين والغثيان. بعد ذلك، ظهرت أعراض مماثلة لدى سكان بعض المدن في ولايات مثل ويسكونسن ونيوجيرسي. أظهرت دراسات أجريت على متطوعين أمريكيين أن المشاركين عانوا من أعراض تهيج بدرجات متفاوتة بعد التعرض للـ MTBE، كما تأثر الجهاز العصبي المركزي بشكل طفيف. كما وجدت الدراسة أن البالغين الذين يشربون مياهًا ملوثة بمادة MTBE لفترات طويلة (5–8 سنوات)، حيث تصل نسبة التلوث إلى 76 ميكرولتر/م³، يعانون من ارتفاع كبير في معدل موت الخلايا الليمفاوية مقارنة بالمجموعة الضابطة. بدأ الباحثون المحليون في السنوات الأخيرة في إجراء تقييمات للمخاطر الصحية الناتجة عن تعرض العاملين لمادة MTBE. وقد استخدم لي تشين وزملاؤه نموذج تقييم المخاطر الصحية الذي أوصت به وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA)، لقياس تركيز مادة MTBE في منطقة الجهاز التنفسي في 9 محطات وقود في وسط مدينة ناننينغ و3 محطات وقود في الضواحي. أظهرت النتائج أن تركيز مادة MTBE في مناطق الشفط في محطات الوقود يتراوح بين 2.95 و1530 ميكروغرام/م³، وكان المتوسط الأعلى للتركيز في مناطق التزود بالوقود في المناطق الحضرية، حيث بلغ 1530 ميكروغرام/م³ ； يتراوح خطر تأثير مادة MTBE على صحة عمال محطات الوقود من خلال المسار التنفسي بين 4.45×10-10 و2.29×10-5، كما أن خطر الإصابة بالسرطان ناتج عن هذه المادة أعلى من خطر الآثار غير المسرطنة. لقد تجاوزت مخاطر التعرض لمادة MTBE عبر المسالك التنفسية لدى بعض عمال محطات الوقود المستويات المقبولة لدى السكان (10-6). كما أكدت العديد من الدراسات أن MTBE له تأثير مسرطن قوي على الحيوانات. وقد أظهرت التجارب المتعلقة بالسمية المزمنة لـ MTBE على الفئران، أنه مع زيادة تركيز MTBE، يزداد احتمال إصابة خلايا الكبد في الفئران بالسرطان. على الرغم من عدم وجود بيانات تجريبية كافية تثبت أن MTBE يسبب السرطان لدى البشر، إلا أنه يسبب أعراضًا تحسسية مثل ضيق التنفس والربو، والدوار والصداع والأرق، بالإضافة إلى تورم العينين وظهور الطفح الجلدي، وهذه الآثار تؤثر بشكل واضح على صحة الإنسان. ٤- عيوب استخدام MTBE في البنزين: تنص معايير جودة البنزين على ألا يتجاوز محتوى الأكسجين في البنزين ٢.٧٪، لكن MTBE ينتمي إلى فئة المركبات الإيثرية، وبالتالي فإن محتوى الأكسجين فيه مرتفع، حيث يصل إلى ١٨.٢٪. لذلك، فإن نسبة إضافة MTBE إلى البنزين مقيدة بسبب محتوى الأكسجين العالي فيه. يؤدي الإضافة إلى ارتفاع مستوى الأكسجين، مما يسرع من عملية أكسدة البنزين ويقلل من فترة التأخير في حدوث ذلك، كما يزيد من كمية المواد اللاصقة. بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة للمحركات التي تعمل بنظام التحكم الختامي وتستخدم نسبة هواء إلى وقود نظرية، فإن زيادة نسبة MTBE في البنزين قد تؤدي إلى اختلال عمل نظام التحكم الختامي لمستشعر الأكسجين بسبب زيادة تركيز الأكسجين، مما يجعل نسبة الخليط داخل المحرك أقل من النسبة النظرية، وبالتالي يقل كفاءة محول التحويل الثلاثي، وتزداد انبعاثات NOX. بالنسبة لمحركات الاحتراق النادر، فإن وجود نسبة عالية من الأكسجين يؤدي أيضًا إلى تدهور استقرار عمل المحرك، مما يسبب زيادة الانبعاثات. أظهرت أبحاث أجراها معهد بحثي في اليابان أن نسبة MTBE في البنزين تتجاوز 7%، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في انبعاثات أكاسيد النيتروجين من المركبات. في البنزين الياباني القياسي خالي من الرصاص، يتم الحفاظ على نسبة MTBE دون 7%. كمادة مضادة للاشتعال في البنزين، يوجد مشكلة أخرى متعلقة بـ MTBE وهي عملية النقل والتخزين. نظرًا لانخفاض نقطة الغليان وسهولة تبخر المركبات الإيثرية، فإن معدل فقدانها أثناء النقل والتخزين أعلى بكثير من معدل فقدان البنزين، مما يؤثر بشكل معين على جودة البنزين. من ناحية، لا يزيد ذلك من تكلفة المواد المضافة فحسب، بل يؤثر أيضًا على قيمة الأوكتان خلال فترة تخزين البنزين. من ناحية أخرى، فإن خاصية التبخر السهل لـ MTBE تتسبب في تلوث البيئة الجوية في مناطق التخزين. 5 آفاق استخدام MTBE 5.1 في الخارج، في تسعينيات القرن الماضي، حظرت ولاية كاليفورنيا الأمريكية استخدام MTBE كمادة مضادة للانفجار في البنزين بسبب اكتشاف كميات ضئيلة منه في مياه الشرب، وفي نهاية عام 2002 تم حظر استخدام MTBE أيضًا في ولايات مثل أريزونا وكونيتيكت ونيويورك في عام 2003. في عام 2005، أقرت الولايات المتحدة قانون الطاقة لعام 2005، والذي يتضمن معايير للوقود المعاد تدويره. وبموجب هذا القانون، يتم استخدام الإيثانول بدلاً من MTBE في البنزين، كبديل للمركبات الأكسجينية. أصدرت وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) قانونًا بموجب قانون مراقبة المواد السامة يحظر استخدام MTBE في البنزين. في عام 2003، رفعت ولاية نيو هامبشاير الأمريكية دعوى ضد شركة إكسون موبيل، مدعية أن المادة المستخدمة من قبل الشركة لتقليل تلوث الهواء في السبعينيات والثمانينيات، وهي مادة الميثيل تريبوتيل إيثر (MTBE)، قد تسببت في تلوث المياه الجوفية في الولاية. في أبريل 2013، قضت هيئة المحلفين في ولاية نيو هامبشاير الأمريكية بأن شركة إكسون موبيل مسؤولة قانونيًا عن تغطية تكاليف الدعوى المدنية التي تبلغ 236.4 مليون دولار. في 20 يونيو 2014، ذكرت وكالة بلومبرج أن ولاية بنسلفانيا قد رفعت دعاوى قضائية ضد شركات مثل إكسون موبيل وشيفرون وبريتيش بتروليوم وويسترن أويل، بسبب تسرب الوقود من الخزانات تحت الأرض في القرن الماضي، مما أدى إلى تلوث المياه الجوفية بمادة MTBE، بالإضافة إلى التكاليف اللازمة لتنظيف هذه المياه. بعد أن صنفت وكالة حماية البيئة الأمريكية مادة MTBE على أنها مادة مسرطنة محتملة، بدأت الدول المختلفة في الاهتمام بالآثار الضارة لهذه المادة على البيئة وصحة الإنسان. في عام 2004، اقترحت هولندا، استنادًا إلى مبدأ الوقاية، ألا يتجاوز مستوى مادة MTBE في المياه الصالحة للشرب 1 ميكروغرام/لتر. أما ألمانيا، فقد حددت مستوى 15 ميكروغرام/لتر كمعيار لتقييم تلوث المياه الجوفية. أما سويسرا، فقد اعتبرت مستوى 2 ميكروغرام/لتر من مادة MTBE في المياه الجوفية كقيمة مرجعية لتحديد وجود مركبات البنزين في المياه الجوفية. اعتمدت فنلندا المرسوم رقم 214/2007 بشأن تلوث التربة وإصلاحه، حيث حددت قيمة الحد الأقصى لمادة MTBE عند 0.1 ملغ/كجم، مع وجود قيود صارمة تتراوح بين 5 ملغ/كجم كحد أدنى و50 ملغ/كجم كحد أقصى. كانت الدنمارك من أوائل الدول التي توقفت عن استخدام MTBE كمادة مضافة في البنزين، وفي عام 2007، فرض القانون قيودًا تحدد أن يكون مستوى MTBE في مياه الشرب أقل من 5 ميكروغرام/لتر. منذ عام 2009، توقفت تقريبًا جميع شركات إنتاج البنزين في كندا عن إنتاج وبيع البنزين ذو التركيبة الجديدة المحتوية على MTBE. بدأت دول مثل المكسيك وفرنسا أيضًا في تقليل استخدام MTBE وتقييده، كما هناك اتجاه مماثل في إسبانيا وألمانيا وإيطاليا. من ناحية أخرى، ساهمت الحوافز المقدمة للوقود المتجدد في تسريع تقليص إنتاج MTBE، بينما عجّلت أوروبا من وتيرة تحويل مصانع إنتاج MTBE إلى إنتاج ETBE (إيثيل تريبوتيل إيثر). في الفترة ما بين 2005 و2006، قامت العديد من الشركات الكبرى في أوروبا، مثل أوكسين وتوتال ونوردن كيميكالز وفورتوم وميرو، بتحويل عدة مصانع لإنتاج MTBE إلى مصانع لإنتاج ETBE. 5.2 في أواخر التسعينيات في الصين، أصدرت الإدارة العامة للرقابة على الجودة معيارًا لـ«البنزين خالي من الرصاص المستخدم في السيارات»، حيث كان متوسط نسبة إضافة مادة MTBE في بنزين الصين حوالي 0.4%، وفي عام 2008 ارتفع متوسط نسبة إضافة مادة MTBE في بنزين الصين إلى 3.1%. في السنوات الأخيرة، وبسبب التحسينات المستمرة في معايير البنزين، خاصة فيما يتعلق بمحتوى الكبريت، فإن معايير البنزين من النوع الخامس تنص على ألا يتجاوز محتوى الكبريت 10 ملغ/كغ. تؤدي مصافي التكرير إلى تقليل محتوى الكبريت باستخدام عمليات مختلفة، وهو ما يسبب فقدانًا متفاوتًا في قيمة الأوكتان للبنزين. ولتعويض ذلك أو رفع قيمة الأوكتان، يتم زيادة كمية استخدام مادة MTBE. 6 التوصية 6.1: تقييد وحظر استخدام MTBE في البنزين. لقد صنفت دول أوروبا وأمريكا MTBE كمؤشر لتحديد المناطق الملوثة، كما تطلب إدارة موارد المياه في كاليفورنيا، في سياستها الصادرة عام 2012 بشأن التعامل مع خزانات التخزين الجوفية ذات المخاطر المنخفضة، إجراء اختبارات على التربة والمياه الجوفية باستخدام MTBE قبل إغلاق هذه الخزانات. على الرغم من أن بلادنا لم تجرِ حتى الآن تقييمًا لمخاطر MTBE، إلا أن التجربة الأمريكية التي شهدت استخدام MTBE كمادة مضادة للاشتعال في البنزين لمدة 20 عامًا، ثم تم حظره والعودة إلى استخدام وقود الإيثانول، تُعد درسًا يجب أن يدفعنا إلى إعادة النظر في استخدام MTBE. وفقًا للمعايير المتكاملة لبنزين السيارات، يُوصى بتقييد كمية إضافة MTBE في المعيار الوطني رقم IV، ووقف استخدام MTBE كمادة مضادة للاشتعال في بنزين السيارات في المعيار الوطني رقم V. 6.2 في الوقت الذي تتأثر فيه صناعة تحويل C4 إلى مادة MTBE، فإن C4 الناتج كمنتج ثانوي في مصافي التكرير المحلية يحتاج أيضًا إلى حلول جديدة. تمتلك شركات مثل أكسنس في أمريكا الشمالية وسي دي تيك تكنولوجيا قادرة على استخدامها في تحويل معدات إنتاج MTBE، حيث يتم تحويل المواد الخام المستخدمة في إنتاج MTBE إلى إيزوأوكتين، ثم يتم دمجه في البنزين. كما يمكن أيضًا هيدروجينة الإيزوأوكتين لإنتاج الإيزوأوكتان، والذي يعتبر مكونًا مثاليًا لتحسين خصائص البنزين من حيث مؤشر الأوكتان العالي. 6.3 تطوير مواد مضادة للانفجار خضراء ذات قيمة أوكتان عالية: من أجل حماية البيئة، تزداد متطلبات الدول المختلفة بشأن جودة البنزين، كما أصبحت معايير انبعاثات البنزين المستخدم في السيارات أكثر صرامة في الدول المحلية. لذلك، فإن تطوير مواد مضادة للانفجار خضراء ذات قيمة أوكتان عالية يُعد اتجاهًا تطوريًا في المستقبل. يجب أن يتمتع المواد المضادة للانفجار الجديدة، بالإضافة إلى خصائصها الأساسية مثل ارتفاع قيمة الأوكتان وعدم التأثير سلبًا على خصائص البنزين، بقدرة جيدة على التعامل مع أنواع البنزين المختلفة، كما يجب أن تساعد في تحسين جودة البنزين وجعله أنظف. من بينها، يمكن أن تكون البوليمرات الأرضية النادرة والمركبات العضوية الخالية من الرماد مجالات جديدة للبحث والتطوير.