ماذا لو أمكن تحويل مركبات البوليمر المقوى بألياف الزجاج (GFRP) إلى سماد عضوي في نهاية عمرها الافتراضي، بالإضافة إلى الفوائد المُثبتة على مدى عقود من تخفيف الوزن، والقوة والصلابة، ومقاومة التآكل، والمتانة؟ هذا، باختصار، هو سر جاذبية تقنية ABM Composite.
زجاج حيوي نشط، ألياف عالية القوة
تأسست شركة أركتيك بيوماتيريالز أوي (تامبيري، فنلندا) عام ٢٠١٤، وطوّرت أليافًا زجاجية قابلة للتحلل الحيوي مصنوعة مما يُسمى بالزجاج النشط بيولوجيًا. يصفها آري روسلينج، مدير البحث والتطوير في شركة ABM Composite، بأنها "تركيبة خاصة طُوّرت في ستينيات القرن الماضي تسمح للزجاج بالتحلل في ظل ظروف فسيولوجية. عند إدخاله إلى الجسم، يتحلل الزجاج إلى أملاحه المعدنية المُكوّنة، مُطلقًا الصوديوم والمغنيسيوم والفوسفات، وغيرها، مما يُهيئ بيئة تُحفّز نمو العظام".
"إنها تمتلك خصائص مشابهة لـألياف زجاجية خالية من القلويات (E-glass)قال روسلينج: "لكن هذا الزجاج النشط بيولوجيًا يصعب تصنيعه وتحويله إلى ألياف، وحتى الآن كان يُستخدم فقط كمسحوق أو معجون. على حد علمنا، كانت شركة ABM Composite أول شركة تُنتج أليافًا زجاجية عالية القوة منه على نطاق صناعي، ونحن الآن نستخدم ألياف ArcBiox X4/5 الزجاجية هذه لتقوية أنواع مختلفة من البلاستيك، بما في ذلك البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي".
الغرسات الطبية
لطالما كانت منطقة تامبيري، الواقعة على بُعد ساعتين شمال هلسنكي، فنلندا، مركزًا رائدًا للبوليمرات الحيوية القابلة للتحلل الحيوي والمستخدمة في التطبيقات الطبية منذ ثمانينيات القرن الماضي. ويصف روسلينج ذلك قائلاً: "أُنتجت في تامبيري إحدى أولى الغرسات المتاحة تجاريًا والمصنوعة من هذه المواد، ومن هنا انطلقت شركة ABM Composite! التي تُعدّ الآن وحدة أعمالنا الطبية".
هناك العديد من البوليمرات القابلة للتحلل والامتصاص الحيوي للغرسات. ويتابع: "لكن خصائصها الميكانيكية بعيدة كل البعد عن خصائص العظام الطبيعية. لقد تمكنا من تحسين هذه البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي لمنح الغرسة نفس قوة العظام الطبيعية". وأشار روسلينج إلى أن ألياف ArcBiox الزجاجية الطبية، مع إضافة ABM، يمكن أن تُحسّن الخصائص الميكانيكية لبوليمرات PLLA القابلة للتحلل الحيوي بنسبة تتراوح بين 200% و500%.
نتيجةً لذلك، تُقدم غرسات ABM Composite أداءً أفضل من الغرسات المصنوعة من بوليمرات غير مُقوّاة، كما أنها قابلة للامتصاص بيولوجيًا وتُعزز 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 الضعيفة المحتملة.
التطبيقات المنزلية والتقنية
بفضل وحدة أعمالها الطبية المتنامية، تُدرك شركة ABM Composite أن البوليمرات الحيوية والقابلة للتحلل الحيوي يمكن استخدامها أيضًا في أدوات المطبخ وأدوات المائدة وغيرها من الأدوات المنزلية. وصرح روسلينج قائلاً: "عادةً ما تكون خصائص هذه البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي ضعيفة مقارنةً بالبلاستيك المشتق من البترول. ولكن يُمكننا تعزيز هذه المواد بأليافنا الزجاجية القابلة للتحلل الحيوي، مما يجعلها بديلاً عمليًا جيدًا للبلاستيك التجاري المشتق من الوقود الأحفوري في مجموعة واسعة من التطبيقات التقنية".
نتيجةً لذلك، عززت شركة ABM Composite وحدتها الفنية للأعمال، التي تضم الآن 60 موظفًا. يقول روسلينج: "نقدم حلولاً أكثر استدامةً لنهاية العمر الافتراضي". ويضيف: "هدفنا هو استخدام هذه المركبات القابلة للتحلل الحيوي في عمليات التسميد الصناعي حيث تتحول إلى تربة". يتميز الزجاج الإلكتروني التقليدي بأنه خامل ولا يتحلل في مرافق التسميد هذه.
مركبات الألياف ArcBiox
قامت شركة ABM Composite بتطوير أشكال مختلفة من ألياف ArcBiox X4/5 الزجاجية للتطبيقات المركبة، منألياف قصيرةومركبات القولبة بالحقنالألياف المستمرةلعمليات مثل المنسوجات وقولبة البثق. تجمع مجموعة ArcBiox BSGF بين ألياف زجاجية قابلة للتحلل الحيوي وراتنجات بوليستر حيوية، وهي متوفرة بدرجات تقنية عامة ودرجات ArcBiox 5 المعتمدة للاستخدام في تطبيقات ملامسة الطعام.
قامت شركة ABM Composite أيضًا بدراسة مجموعة متنوعة من البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي والبوليمرات ذات الأساس الحيوي، بما في ذلك حمض البولي لاكتيك (PLA) وحمض البولي لاكتيك (PLLA) وبولي بوتيلين 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 أيضًا بدراسة مجموعة متنوعة من البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي والبوليمرات ذات الأساس الحيوي، بما في ذلك حمض البولي لاكتيك (PLA) وحمض البولي لاكتيك (PLLA) وبولي بوتيلين 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 والقابلية للتحلل
إذا كانت هذه المركبات قابلة للتحلل الحيوي، فكم من الوقت ستدوم؟ يقول روسلينج: "أليافنا الزجاجية X4/5 لا تذوب في خمس دقائق أو ليلة كاملة مثل السكر، ورغم أن خصائصها تتدهور بمرور الوقت، إلا أن ذلك لن يكون ملحوظًا". ويضيف: "لكي تتحلل بفعالية، نحتاج إلى درجات حرارة ورطوبة مرتفعة لفترات طويلة، كما هو الحال في الكائنات الحية أو في أكوام السماد الصناعي. على سبيل المثال، اختبرنا أكوابًا وأوعية مصنوعة من مادة ArcBiox BSGF الخاصة بنا، وتبين أنها تتحمل ما يصل إلى 200 دورة غسيل أطباق دون أن تفقد فعاليتها. هناك بعض التدهور في الخصائص الميكانيكية، ولكن ليس لدرجة أن تصبح الأكواب غير آمنة للاستخدام".
مع ذلك، من المهم عند التخلص من هذه المركبات في نهاية عمرها الإنتاجي، أن تستوفي المتطلبات القياسية اللازمة للتسميد، وقد أجرت شركة ABM Composite سلسلة من الاختبارات لإثبات استيفائها لهذه المعايير. "وفقًا لمعايير ISO (للتسميد الصناعي)، يجب أن يحدث التحلل البيولوجي في غضون 6 أشهر، والتحلل في غضون 3 أشهر/90 يومًا". يقول روسلينج: "التحلل يعني 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 2 مم × 2 مم".
يُحدَّد التحلل البيولوجي بطحن المادة الخام إلى مسحوق، وقياس إجمالي كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعثة بعد 90 يومًا. يُقيِّم هذا مقدار الكربون المُحوَّل من عملية التسميد إلى ماء وكتلة حيوية وثاني أكسيد كربون. "لاجتياز اختبار التسميد الصناعي، يجب تحقيق 90% من النسبة النظرية لثاني أكسيد الكربون الناتجة عن عملية التسميد (بناءً على محتوى الكربون)".
يقول روسلينج إن مركب ABM قد استوفت متطلبات التحلل والتحلل البيولوجي، وقد أظهرت الاختبارات أن إضافة أليافها الزجاجية X4 تُحسّن قابلية التحلل البيولوجي (انظر الجدول أعلاه)، والتي تبلغ 78% فقط لمزيج PLA غير المُعزز، على سبيل المثال. ويوضح قائلاً: "مع ذلك، عند إضافة أليافنا الزجاجية القابلة للتحلل البيولوجي بنسبة 30%، ارتفعت نسبة التحلل البيولوجي إلى 94%، بينما ظلت معدلات التحلل جيدة".
نتيجةً لذلك، أثبتت شركة ABM Composite أن موادها قابلة للتحلل وفقًا للمعيار EN 13432. وتشمل الاختبارات التي اجتازتها موادها حتى الآن معيار ISO 14855-1 للتحلل الحيوي الهوائي النهائي للمواد في ظل ظروف التسميد الخاضعة للرقابة، ومعيار ISO 16929 للتحلل الهوائي الخاضع للرقابة، ومعيار ISO DIN EN 13432 للمتطلبات الكيميائية، ومعيار OECD 208 لاختبار السمية النباتية، ومعيار ISO DIN EN 13432.
ثاني أكسيد الكربون المنبعث أثناء التسميد
أثناء عملية التسميد، يُطلق ثاني أكسيد الكربون بالفعل، لكن بعضه يبقى في التربة لتستفيد منه النباتات. وقد دُرست عملية التسميد لعقود، سواءً كعملية صناعية أو كعملية لاحقة تُطلق كميات أقل من ثاني أكسيد الكربون مقارنةً ببدائل التخلص من النفايات الأخرى، ولا تزال عملية التسميد تُعتبر صديقة للبيئة وتُقلل من البصمة الكربونية.
تتضمن السمية البيئية اختبار الكتلة الحيوية المُنتَجة أثناء عملية التسميد والنباتات المزروعة بهذه الكتلة الحيوية. وصرح روسلينج قائلاً: "يهدف هذا إلى التأكد من أن تحويل هذه المنتجات إلى سماد لا يُلحق الضرر بالنباتات النامية". إضافةً إلى ذلك، أثبتت شركة ABM Composite أن موادها تُلبي متطلبات التحلل البيولوجي في ظروف التسميد المنزلي، والتي تتطلب أيضًا تحللًا بيولوجيًا بنسبة 90%، ولكن على مدى فترة 12 شهرًا، مقارنةً بفترة أقصر للتسميد الصناعي.
التطبيقات الصناعية والإنتاج والتكاليف والنمو المستقبلي
تُستخدم مواد شركة ABM Composite في عدد من التطبيقات التجارية، ولكن لا يُمكن الإفصاح عن المزيد منها نظرًا لاتفاقيات السرية. يقول روسلينج: "نُصنّع موادنا لتناسب تطبيقات مثل الأكواب والصحون والأطباق وأدوات المائدة وحاويات تخزين الطعام، كما تُستخدم أيضًا كبديل للبلاستيك المُصنّع من البترول في حاويات مستحضرات التجميل والأدوات المنزلية الكبيرة. ومؤخرًا، اختيرت موادنا لاستخدامها في تصنيع مكونات في منشآت الآلات الصناعية الكبيرة التي تحتاج إلى استبدال كل أسبوعين إلى ١٢ أسبوعًا. وقد أدركت هذه الشركات أنه باستخدام تقنية تعزيز الألياف الزجاجية X4، يُمكن تصنيع هذه الأجزاء الميكانيكية بمقاومة التآكل المطلوبة، كما أنها قابلة للتحلل بعد الاستخدام. ويُمثل هذا حلاً جذابًا للمستقبل القريب، حيث تواجه هذه الشركات تحديًا يتمثل في تلبية اللوائح البيئية الجديدة وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون".
وأضاف روسلينج: "هناك اهتمام متزايد باستخدام أليافنا المستمرة في أنواع مختلفة من الأقمشة والأقمشة غير المنسوجة لتصنيع مكونات هيكلية لقطاع البناء. كما نشهد اهتمامًا باستخدام أليافنا القابلة للتحلل الحيوي مع البولي إيثيلين أو البولي بروبيلين، وهي مواد عضوية ولكنها غير قابلة للتحلل الحيوي، ومواد صلبة بالحرارة خاملة".
في الوقت الحالي، يُعدّ الألياف الزجاجية X4/5 أغلى من الألياف الزجاجية E، إلا أن أحجام الإنتاج صغيرة نسبيًا أيضًا، وتسعى شركة ABM Composite إلى اغتنام عدد من الفرص لتوسيع نطاق تطبيقاتها وتسهيل زيادة إنتاجها إلى 20,000 طن سنويًا مع تزايد الطلب، مما قد يُسهم أيضًا في خفض التكاليف. ومع ذلك، يقول روسلينج إنه في كثير من الحالات، لم تُراعَ التكاليف المرتبطة بتلبية متطلبات الاستدامة والمتطلبات التنظيمية الجديدة بشكل كامل. في الوقت نفسه، تتزايد الحاجة المُلِحّة لإنقاذ الكوكب. ويوضح قائلًا: "يدفع المجتمع بالفعل نحو المزيد من المنتجات القائمة على المواد الحيوية". ويضيف: "هناك العديد من الحوافز لدفع تقنيات إعادة التدوير قدمًا، والعالم بحاجة إلى تسريع وتيرة هذا التوجه، وأعتقد أن المجتمع سيزيد من دعمه للمنتجات القائمة على المواد الحيوية في المستقبل".
تقييم دورة الحياة وميزة الاستدامة
يقول روسلينج إن مواد شركة ABM Composite تُقلل 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 ISO 14040 وISO 14044".
حاليًا، عندما تصل المواد المركبة إلى نهاية دورة حياتها، يتطلب الأمر قدرًا كبيرًا من الطاقة لحرق أو تحليل النفايات المركبة ومنتجات نهاية العمر الافتراضي، ويُعد التقطيع والتسميد خيارًا جذابًا، وهو بلا شك أحد أهم عروض القيمة التي نقدمها، ونوفر نوعًا جديدًا من قابلية إعادة التدوير. يقول روسلينج: "أليافنا الزجاجية مصنوعة من مكونات معدنية طبيعية موجودة بالفعل في التربة. فلماذا لا نستخدم مكونات نهاية العمر الافتراضي المركبة في التسميد، أو نذيب أليافًا من مواد مركبة غير قابلة للتحلل بعد حرقها ونستخدمها كسماد؟ إنه خيار إعادة تدوير يحظى باهتمام عالمي حقيقي".
شركة شنغهاي أوريسين لتكنولوجيا المواد الجديدة المحدودة
م: +86 18683776368 (واتساب أيضًا)
ت:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
العنوان: رقم 398، طريق نيو جرين، مدينة شينبانج، منطقة سونغجيانغ، شنغهاي
وقت النشر: ٢٧ مايو ٢٠٢٤