ديناميكيات التربة والسُمّية البيئية للزنك المُستخرج من الكتلة السوداء المشتقة من البطاريات المهملة

تحويل البطاريات القديمة إلى غذاء للنباتات

كل عام تُرمى كميات هائلة من البطاريات المستعملة، مما يزيد من مشكلة النفايات الإلكترونية المتنامية. ومع ذلك تحتوي هذه البطاريات على معادن تحتاجها النباتات للنمو. تطرح هذه الدراسة سؤالاً بسيطاً لكنه ذو أثر كبير: هل يمكننا تحويل جزء من نفايات البطاريات هذه بأمان إلى سماد يمد المحاصيل بالزنك، وهو عنصر دقيق أساسي، دون تلويث التربة والمياه؟

لماذا يهم الزنك ونفايات البطاريات

يساعد الزنك النباتات على بناء البروتينات، والتحكم في هرمونات النمو، وتكوين الكلوروفيل، والدفاع عن نفسها ضد الإجهاد. كثير من الترب الزراعية حول العالم لا توفر زنكاً كافياً طبيعياً، لذلك يضيفه المزارعون كسماد. في الوقت نفسه، تتراكم الإلكترونيات المرمية، بما في ذلك بطاريات المنازل الشائعة، في مكبات النفايات أو تُعالج في مواقع تدوير غير آمنة، مفرِجة معادن ضارة إلى البيئة. المسحوق الداكن المتبقي بعد معالجة البطاريات الزنك المستهلكة—المعروف بالكتلة السوداء—يحتوي على كميات كبيرة من الزنك إلى جانب معادن أخرى. قد يحوّل استرداد الزنك من هذه الكتلة السوداء مشكلة نفايات إلى مورد، بما يتماشى مع استراتيجيات الاقتصاد الدائري التي تهدف إلى إعادة استخدام المواد بدلاً من التخلص منها.

كيف اختبر الباحثون الزنك المُعاد تدويره

استخرج العلماء الزنك من الكتلة السوداء باستخدام سوائل مختلفة: خياران عضويان «أَلطف» قائمان على الغليسين (حمض أميني) وحمض الستريك (حمض عضوي شائع)، ومحلولان أقوى وأكثر تقليدية من حمض الكبريتيك، بالإضافة إلى سماد كبريتات الزنك التجاري القياسي للمقارنة. ثم أضافوا كميات متساوية من الزنك من كل مصدر إلى أعمدة معبأة بنوعين نموذجيين من الترب الزراعية من إسبانيا—إحداهما حمضية ورملية، والأخرى قلوية وغنية بالكالسيوم. مع مرور الوقت، ضخوا محلول ملحي عبر الأعمدة لمحاكاة حركة مياه الأمطار عبر التربة، وجمعوا الماء الخارج وقاسوا كمية الزنك التي غُسلت بعيداً. بعد ذلك، شقّوا الأعمدة إلى نصفين ليروا مقدار الزنك المتبقي في الطبقات العليا والسفلى من التربة، ومقدار ذلك الزنك الذي ظل في شكل يمكن للنباتات استخدامه.

ماذا حدث للزنك في الترب المختلفة

في التربة الحمضية الرملية، غُسل تقريباً كل الزنك من كل المصادر عبر الأعمدة في نهاية المطاف، لكن سرعة وأنماط الإفراز اختلفت. جاء الزنك المستخرج بالحمض القوي ومن سماد كبريتات الزنك التجاري بسرعة في نبضة حادة، تاركاً القليل جداً خلفه. في المقابل، تسرب الزنك المرتبط بالغليسين أو حمض الستريك بشكل تدريجي أكثر وترك قدراً طفيفاً أكثر من الزنك المتاح للنبات في التربة، لا سيما في الطبقة العليا. في التربة القلوية الغنية بالكالسيوم، كان الوضع معكوساً. هنا، قلّ تحرّك الزنك من المصادر الحمضية القوية والتجارية وتميل هذه الأشكال إلى الانحباس في تراكيب لا يمكن للنباتات الوصول إليها بسهولة، خصوصاً بالقرب من السطح. من ناحية أخرى، بقي زنك الغليسين متحركاً للغاية وغُسل تقريباً بالكامل عبر العمود، بينما أظهر زنك حمض الستريك سلوكاً وسطياً—قليل من التسرب، ولكن أيضاً جزءٌ بقي في شكل قابل للاستخدام بالقرب من السطح.

التحقق من التأثيرات على النباتات الصغيرة

لفهم كيفية تأثير هذه محاليل الزنك على المحاصيل مباشرة، أجرى الباحثون اختبار بذور بسيط باستخدام نباتات الطماطم. وضعوا البذور على ورق ترشيح رطب وسقوها بمحلات تركيزات زنك مختلفة من كل مصدر، من منخفضة جداً إلى مرتفعة نسبياً. عند المستويات المنخفضة، حفّزت جميع محاليل الزنك إنبات البذور ونمو الشتلات المبكر، فعملت كعلاجات مفيدة من العناصر الدقيقة. لكن مع زيادة الجرعة، تحوّل هذا التأثير المفيد إلى ضرر. أدت تراكيز متوسطة إلى مرتفعة، خاصة من مستخلصات الغليسين والحمض القوي، إلى تقصير الجذور والسوق وتقليل حاد في مؤشر الإنبات والنمو المجمع المعروف بمؤشر الإنبات. عند أعلى المستويات المختبرة، أوقفت بعض المعالجات عملياً تكوّن شتلات صحية.

ما الذي يعنيه هذا للمزارعين والبيئة

تُظهر الدراسة أن الزنك المستعاد من البطاريات المهملة يمكن أن يتصرف بطريقة مشابهة للأسمدة التقليدية، لكن تأثيره يعتمد بشدة على كل من نوع التربة والشكل الكيميائي للزنك. في الترب الحمضية، تشكل الأشكال غير العضوية ومستخلصات الأحماض القوية خطراً من حيث غسل الزنك نزولاً نحو المياه الجوفية، بينما تتسرب المعقدات العضوية بوتيرة أبطأ وتترك احتياطياً صغيراً لكن مفيداً للنباتات. في الترب القلوية، تميل مصادر الزنك التقليدية إلى الانحباس واللا-توفر، بينما قد يتحرك زنك الغليسين بحرية مفرطة ويضيع. بالنسبة للنباتات الصغيرة، قد تكون الجرعات المنخفضة من جميع المصادر مفيدة، لكن الجرعات الأعلى تصبح سريعة السمية. عمليا، قد يصبح الزنك المستخرج من الكتلة السوداء سماداً معاد تدويره ذا قيمة يدعم الزراعة المستدامة—بشرط أن يُصاغ ويُطبق بعناية وبمعدلات مضبوطة جيداً، وأن تُختبر آثاره البيئية الطويلة الأمد في حقول حقيقية قبل الاستخدام الواسع.

الاستشهاد: Almendros, P., Gascó, G., Ortiz, R. et al. Soil dynamics and ecotoxicity of zinc extracted from black mass derived from discarded batteries. Sci Rep 16, 14302 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44947-x

الكلمات المفتاحية: إعادة تدوير النفايات الإلكترونية, سماد الزنك, تسرب التربة, نفايات البطاريات, الزراعة المستدامة