ألياف زجاجية قابلة للامتصاص الحيوي والتحلل، وأجزاء مركبة قابلة للتسميد —— أخبار الصناعة

ماذا لو أمكن تحويل مركبات البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية (GFRP) إلى سماد عضوي في نهاية عمرها الافتراضي، بالإضافة إلى فوائدها المثبتة على مدى عقود من تقليل الوزن، والقوة والصلابة، ومقاومة التآكل والمتانة؟ هذا، باختصار، هو ما يميز تقنية ABM Composite.

زجاج حيوي، ألياف عالية القوة

طورت شركة Arctic Biomaterials Oy (تامبيري، فنلندا)، التي تأسست عام 2014، أليافًا زجاجية قابلة للتحلل الحيوي مصنوعة مما يسمى بالزجاج النشط بيولوجيًا، والذي يصفه آري روسلينج، مدير البحث والتطوير في شركة ABM Composite، بأنه "تركيبة خاصة طُورت في الستينيات تسمح بتحلل الزجاج في ظل الظروف الفسيولوجية. عند دخوله إلى الجسم، يتحلل الزجاج إلى أملاحه المعدنية المكونة له، مطلقًا الصوديوم والمغنيسيوم والفوسفات، وما إلى ذلك، مما يخلق حالة تحفز نمو العظام".

"له خصائص مماثلة لـالألياف الزجاجية الخالية من القلويات (الزجاج الإلكتروني)قال روسلينغ: "لكن هذا الزجاج النشط بيولوجيًا يصعب تصنيعه وسحبه إلى ألياف، وحتى الآن لم يُستخدم إلا كمسحوق أو معجون. على حد علمنا، كانت شركة ABM Composite أول شركة تصنع أليافًا زجاجية عالية القوة منه على نطاق صناعي، ونحن نستخدم الآن ألياف ArcBiox X4/5 الزجاجية لتقوية أنواع مختلفة من البلاستيك، بما في ذلك البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي".

الغرسات الطبية

تُعدّ منطقة تامبيري، التي تقع على بُعد ساعتين شمال هلسنكي بفنلندا، مركزًا للبوليمرات الحيوية القابلة للتحلل الحيوي والمُستخدمة في التطبيقات الطبية منذ ثمانينيات القرن الماضي. ويصف روسلينغ الأمر قائلاً: "أُنتجت في تامبيري إحدى أولى الغرسات المُتاحة تجاريًا والمصنوعة من هذه المواد، ومن هنا انطلقت شركة ABM Composite، التي تُشكّل الآن وحدة أعمالنا الطبية".

يقول: "توجد العديد من البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي والامتصاص الحيوي المستخدمة في زراعة الأسنان،" ويضيف: "لكن خصائصها الميكانيكية لا تُضاهي خصائص العظام الطبيعية. لقد تمكّنا من تحسين هذه البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي لمنح الزرعة نفس قوة العظام الطبيعية." وأشار روسلينغ إلى أن ألياف زجاج ArcBiox الطبية، مع إضافة ABM، تُحسّن الخصائص الميكانيكية لبوليمرات PLLA القابلة للتحلل الحيوي بنسبة تتراوح بين 200% و500%.

ونتيجة لذلك، توفر غرسات ABM Composite أداءً أعلى من الغرسات المصنوعة من البوليمرات غير المدعمة، فضلاً عن كونها قابلة للامتصاص الحيوي وتعزز تكوين العظام ونموها. كما تستخدم ABM Composite تقنيات آلية لوضع الألياف/الخيوط لضمان التوجيه الأمثل للألياف، بما في ذلك وضع الألياف على طول الغرسة بالكامل، بالإضافة إلى وضع ألياف إضافية في المناطق التي قد تكون ضعيفة.

التطبيقات المنزلية والتقنية

مع نمو وحدة أعمالها الطبية، تُدرك شركة ABM Composite إمكانية استخدام البوليمرات الحيوية والقابلة للتحلل الحيوي في صناعة أدوات المطبخ، وأدوات المائدة، وغيرها من الأدوات المنزلية. يقول روسلينغ: "عادةً ما تتميز هذه البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي بخصائص ميكانيكية ضعيفة مقارنةً بالبلاستيك المشتق من البترول، ولكننا نستطيع تعزيز هذه المواد بأليافنا الزجاجية القابلة للتحلل الحيوي، مما يجعلها بديلاً ممتازاً للبلاستيك التجاري المشتق من الوقود الأحفوري في مجموعة واسعة من التطبيقات التقنية".

ونتيجة لذلك، وسّعت شركة ABM Composite وحدة أعمالها التقنية، التي توظف الآن 60 شخصًا. يقول روسلينغ: "نقدم حلولًا أكثر استدامة لنهاية عمر المنتج". ويضيف: "تكمن قيمة منتجنا في استخدام هذه المركبات القابلة للتحلل الحيوي في عمليات التسميد الصناعية حيث تتحول إلى تربة". أما زجاج E التقليدي فهو خامل ولا يتحلل في هذه المرافق.

مركبات ألياف ArcBiox

طورت شركة ABM Composite أشكالاً مختلفة من ألياف الزجاج ArcBiox X4/5 لتطبيقات المواد المركبة، منألياف قصيرةومركبات قولبة الحقن لـالألياف المتصلةتُستخدم هذه التقنية في عمليات مثل صناعة النسيج والقولبة بالسحب. تجمع مجموعة ArcBiox BSGF بين ألياف زجاجية قابلة للتحلل الحيوي وراتنجات بوليستر حيوية المصدر، وهي متوفرة بدرجات تقنية عامة ودرجات ArcBiox 5 المعتمدة للاستخدام في تطبيقات ملامسة الأغذية.

قامت شركة ABM Composite أيضاً بدراسة مجموعة متنوعة من البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي والمصنوعة من مواد حيوية، بما في ذلك حمض البوليلاكتيك (PLA) وPLLA وبولي بيوتيلين سكسينات (PBS). يوضح الرسم البياني أدناه كيف يمكن لألياف الزجاج X4/5 تحسين الأداء لمنافسة البوليمرات القياسية المقواة بألياف الزجاج، مثل البولي بروبيلين (PP) وحتى البولي أميد 6 (PA6).

قامت شركة ABM Composite أيضاً بدراسة مجموعة متنوعة من البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي والمصنوعة من مواد حيوية، بما في ذلك حمض البوليلاكتيك (PLA) وPLLA وبولي بيوتيلين سكسينات (PBS). يوضح الرسم البياني أدناه كيف يمكن لألياف الزجاج X4/5 تحسين الأداء لمنافسة البوليمرات القياسية المقواة بألياف الزجاج مثل البولي بروبيلين (PP) وحتى البولي أميد 6 (PA6).

المتانة وقابلية التحلل الحيوي

إذا كانت هذه المواد المركبة قابلة للتحلل الحيوي، فما هي مدة صلاحيتها؟ يقول روسلينغ: "لا تذوب ألياف الزجاج X4/5 الخاصة بنا في غضون خمس دقائق أو ليلة واحدة كما هو الحال مع السكر، ورغم أن خصائصها ستتدهور بمرور الوقت، إلا أن ذلك لن يكون ملحوظًا بنفس القدر. وللتحلل الفعال، نحتاج إلى درجات حرارة ورطوبة مرتفعتين لفترات طويلة، كما هو الحال في الكائنات الحية أو في أكوام السماد الصناعية. على سبيل المثال، اختبرنا أكوابًا وأوعية مصنوعة من مادة ArcBiox BSGF الخاصة بنا، وقد استطاعت تحمل ما يصل إلى 200 دورة غسيل أطباق دون أن تفقد وظيفتها. هناك بعض التدهور في الخصائص الميكانيكية، ولكن ليس لدرجة تجعل الأكواب غير آمنة للاستخدام".

مع ذلك، من المهم أن تستوفي هذه المواد المركبة، عند التخلص منها في نهاية عمرها الافتراضي، المتطلبات القياسية اللازمة للتسميد، وقد أجرت شركة ABM Composite سلسلة من الاختبارات لإثبات استيفائها لهذه المعايير. يقول روسلينغ: "وفقًا لمعايير المنظمة الدولية للمقاييس (ISO) (للتسميد الصناعي)، يجب أن يحدث التحلل البيولوجي في غضون 6 أشهر، والتحلل الكامل في غضون 3 أشهر/90 يومًا". ويضيف: "يعني التحلل الكامل وضع عينة/منتج الاختبار في الكتلة الحيوية أو السماد. بعد 90 يومًا، يفحص الفني الكتلة الحيوية باستخدام منخل. بعد 12 أسبوعًا، يجب أن يكون 90% على الأقل من المنتج قادرًا على المرور عبر منخل بفتحات 2 مم × 2 مم".

تُحدد عملية التحلل البيولوجي بطحن المادة الخام إلى مسحوق وقياس إجمالي كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعثة بعد 90 يومًا. ويُقيّم هذا مقدار الكربون المُتحوّل من عملية التسميد إلى ماء وكتلة حيوية وثاني أكسيد الكربون. "للاجتياز في اختبار التسميد الصناعي، يجب تحقيق 90% من الكمية النظرية البالغة 100% من ثاني أكسيد الكربون الناتج عن عملية التسميد (بناءً على محتوى الكربون)".

يؤكد روسلينغ أن شركة ABM Composite قد استوفت متطلبات التحلل البيولوجي، وقد أظهرت الاختبارات أن إضافة ألياف الزجاج X4 الخاصة بها تُحسّن بالفعل من قابلية التحلل البيولوجي (انظر الجدول أعلاه)، والتي لا تتجاوز 78% في مزيج PLA غير المُدعّم، على سبيل المثال. ويوضح قائلاً: "مع ذلك، عند إضافة ألياف الزجاج القابلة للتحلل البيولوجي بنسبة 30%، ارتفعت نسبة التحلل البيولوجي إلى 94%، بينما ظلت معدلات التحلل جيدة".

ونتيجة لذلك، أثبتت شركة ABM Composite أن موادها يمكن اعتمادها على أنها قابلة للتحلل الحيوي وفقًا للمعيار EN 13432. وتشمل الاختبارات التي اجتازتها موادها حتى الآن ISO 14855-1 للتحلل البيولوجي الهوائي النهائي للمواد في ظل ظروف التسميد الخاضعة للرقابة، وISO 16929 للتحلل الهوائي الخاضع للرقابة، وISO DIN EN 13432 للمتطلبات الكيميائية، وOECD 208 لاختبار السمية النباتية، وISO DIN EN 13432.

ثاني أكسيد الكربون المنبعث أثناء عملية التسميد

أثناء عملية التسميد، ينطلق ثاني أكسيد الكربون بالفعل، لكن يبقى جزء منه في التربة وتستفيد منه النباتات. وقد دُرست عملية التسميد لعقود، سواء كعملية صناعية أو كعملية لاحقة للتسميد تُطلق كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون مقارنةً ببدائل التخلص من النفايات الأخرى، ولا تزال تُعتبر عملية صديقة للبيئة وتُقلل من البصمة الكربونية.

تتضمن دراسة السمية البيئية اختبار الكتلة الحيوية الناتجة أثناء عملية التسميد والنباتات التي تنمو عليها. يقول روسلينغ: "يهدف هذا الاختبار إلى التأكد من أن عملية التسميد لا تضر بالنباتات النامية". بالإضافة إلى ذلك، أثبتت شركة ABM Composite أن موادها تستوفي متطلبات التحلل البيولوجي في ظروف التسميد المنزلي، والتي تتطلب بدورها تحللاً بيولوجياً بنسبة 90%، ولكن على مدى 12 شهراً، مقارنةً بفترة أقصر في التسميد الصناعي.

التطبيقات الصناعية والإنتاج والتكاليف والنمو المستقبلي

تُستخدم مواد شركة ABM Composite في العديد من التطبيقات التجارية، ولكن لا يمكن الكشف عن المزيد منها بسبب اتفاقيات السرية. يقول روسلينغ: "نطلب موادنا لتناسب تطبيقات مثل الأكواب والصحون والأطباق وأدوات المائدة وحاويات تخزين الطعام، ولكنها تُستخدم أيضًا كبديل للبلاستيك المشتق من البترول في عبوات مستحضرات التجميل والأدوات المنزلية الكبيرة. ومؤخرًا، تم اختيار موادنا لاستخدامها في تصنيع مكونات في منشآت الآلات الصناعية الكبيرة التي تحتاج إلى استبدال كل 2-12 أسبوعًا. وقد أدركت هذه الشركات أنه باستخدام تقوية ألياف الزجاج X4 الخاصة بنا، يمكن تصنيع هذه الأجزاء الميكانيكية بمقاومة التآكل المطلوبة، كما أنها قابلة للتحلل الحيوي بعد الاستخدام. وهذا حل جذاب للمستقبل القريب، حيث تواجه هذه الشركات تحدي الامتثال للوائح البيئية الجديدة ولوائح انبعاثات ثاني أكسيد الكربون".

وأضاف روسلينغ: "هناك أيضاً اهتمام متزايد باستخدام أليافنا المتصلة في أنواع مختلفة من الأقمشة والمنسوجات غير المنسوجة لصنع مكونات هيكلية لقطاع البناء. كما نلاحظ اهتماماً باستخدام أليافنا القابلة للتحلل الحيوي مع البولي أميد أو البولي بروبيلين الحيوي المنشأ ولكن غير القابل للتحلل الحيوي، بالإضافة إلى المواد المتصلبة بالحرارة الخاملة".

في الوقت الحالي، يُعدّ الألياف الزجاجية X4/5 أغلى ثمناً من الألياف الزجاجية E، إلا أن أحجام الإنتاج لا تزال محدودة نسبياً. وتسعى شركة ABM Composite إلى استكشاف فرصٍ عديدة لتوسيع نطاق استخداماتها وزيادة الإنتاج تدريجياً إلى 20,000 طن سنوياً مع تزايد الطلب، مما قد يُسهم أيضاً في خفض التكاليف. ومع ذلك، يقول روسلينغ إن التكاليف المرتبطة بتحقيق الاستدامة والامتثال للمتطلبات التنظيمية الجديدة لم تُؤخذ في الحسبان بشكلٍ كامل في كثير من الحالات. وفي الوقت نفسه، تتزايد الحاجة المُلحة لإنقاذ كوكب الأرض. ويوضح قائلاً: "يدفع المجتمع بالفعل نحو المزيد من المنتجات الحيوية. وهناك العديد من الحوافز لتطوير تقنيات إعادة التدوير، ويحتاج العالم إلى تسريع وتيرة هذا التطور، وأعتقد أن المجتمع سيزيد من إقباله على المنتجات الحيوية في المستقبل".

تقييم دورة الحياة وميزة الاستدامة

يقول روسلينغ إن مواد شركة ABM Composite تقلل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري واستخدام الطاقة غير المتجددة بنسبة 50-60% لكل كيلوغرام. ويضيف: "نستخدم قاعدة بيانات البصمة البيئية 2.0، ومجموعة بيانات GaBi المعتمدة، وحسابات تحليل دورة الحياة (LCA) لمنتجاتنا بناءً على المنهجية الموضحة في معياري ISO 14040 وISO 14044".

يقول روسلينغ: "عندما تصل المواد المركبة إلى نهاية دورة حياتها، يتطلب حرق أو تحويل نفاياتها ومنتجاتها المنتهية الصلاحية إلى منتجات بالحرارة كميات كبيرة من الطاقة، لذا يُعدّ التقطيع والتسميد خيارًا جذابًا، وهو بالتأكيد أحد أهم مزايا خدماتنا، إذ نوفر نوعًا جديدًا من إعادة التدوير. الألياف الزجاجية التي نستخدمها مصنوعة من مكونات معدنية طبيعية موجودة أصلًا في التربة. فلماذا لا نستخدم مكونات المواد المركبة المنتهية الصلاحية في التسميد، أو نذيب الألياف من المواد المركبة غير القابلة للتحلل بعد حرقها ونستخدمها كسماد؟ إنه خيار لإعادة التدوير يحظى باهتمام عالمي حقيقي".

شركة شنغهاي أوريسين لتكنولوجيا المواد الجديدة المحدودة
رقم الهاتف: +86 18683776368 (واتساب أيضاً)
هاتف: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
العنوان: رقم 398، طريق نيو جرين، بلدة شينبانغ، مقاطعة سونغجيانغ، شنغهاي