الوسم: تقليل الانبعاثات

يمكن الاستفادة من مادة النفايات الناتجة عن صناعة الورق في تصنيع ألياف كربونية قوية وأقل تكلفة للسيارات والعديد من المنتجات الأخرى، وفقًا لبحث حديث من جامعة واشنطن في سانت لويس.
تُعرف الألياف الكربونية بخفة وزنها وقوتها الهائلة، وتُستخدم في تعزيز البلاستيك في السيارات والطائرات وتوربينات الرياح والمعدات الرياضية والبنى التحتية للطاقة.
لكن أغلب إنتاج الألياف الكربونية يعتمد على مواد كيميائية مشتقة من البترول، مما يجعل تكاليفها مرتفعة ويسهم في انبعاثات الكربون.
قام الباحثون بدراسة إمكانية استخدام مادة اللجنين، وهي مادة طبيعية وفيرة، كبديل جزئي للمواد البترولية التقليدية في صناعة الألياف الكربونية.
نُشرت نتائج بحثهم في مجلة “ماتّر”.
اللجنين هو العنصر الذي يمنح النباتات الصلابة والبنية، وهو ثاني أكثر البوليمرات الطبيعية وفرة على سطح الأرض، ويتم إنتاج كميات كبيرة منه كناتج ثانوي أثناء صناعة الورق والمعالجة الحيوية.
معظم هذا اللجنين يُعتبر نفايات، والتخلص منه يترك أثرًا بيئيًا كبيرًا.
والاستفادة من اللجنين في صناعة الألياف الكربونية يمكن أن يضفي قيمة على هذا النفاية ويقلل الاعتماد على المصادر الأحفورية.
عادةً، يصنع الكاربون فايبر باستخدام مادة البولي أكريлонايترايل الاصطناعية، المعروفة بـ PAN، والتي تُشتق من البترول وتُخلط مع مواد كيميائية، ثم تُمرر خلال فتحات دقيقة لتشكيل الألياف الرقيقة. تُغسل وتُمدد وتُسخن لتتحول إلى ألياف كربونية قوية.
لكن مادة PAN تمثل جزءًا كبيرًا من تكلفة الإنتاج، حيث قد تصل إلى نصف التكلفة الإجمالية، مما يحد من استخدامها في المنتجات ذات القيمة العالية فقط.
باستخدام اللجنين الرخيص والمتوفر بكثرة، تمكن فريق جامعة واشنطن من تقليل كمية PAN المطلوب لنصفها، مما خفض تكاليف الإنتاج بمقدار حوالي 25% وقلل بشكل كبير من الانبعاثات الكربونية.
لكن تقليل التكاليف كان خطوة واحدة فقط، فالمواد الجديدة كانت بحاجة لأن تلبّي معايير القوة والصلابة الخاصة بصناعة السيارات.
لتحسين أدائها، أضاف العلماء نانويتات من الكربون ذات جدر واحد إلى خليط اللجنين و PAN، وهذه الهياكل الصغيرة جدًا عملت ك reinforcing bars داخل الخرسانة، إذ ساعدت على توجيه وتنسيق البنية البلورية للألياف أثناء تشكّلها.
بدأ الفريق بتكوين إطار نانوي مستقر يختلط بكفاءة مع اللجنين و PAN، ثم تم تحويل هذا الخليط إلى ألياف عبر عملية تُعرف بالت spun الرطب، تبعها عملية تمدد وتسخين وكرضا لتصل الألياف إلى قوتها النهائية.
هذه الخطوات معًا أفرزت بنية داخلية متراصة وخصائص ميكانيكية قوية، وأكد الباحثون أن الألياف الكربونية الناتجة تلبي معايير الجودة اللازمة لصناعة السيارات.
قد يكون للسيارات سوق أولي مهم لهذا التقنية، لكن إمكانياتها تتجاوز ذلك بكثير، حيث تُستخدم ألياف الكربون في منتجات من الدراجات إلى الطائرات وتوربينات الرياح.
وفي حال استطاع المجال إنتاج هذه المادة على نطاق واسع، يمكن أن يتحول نفايات صناعية شائعة إلى مادة قيّمة، مع جعل الألياف الكربونية أكثر affordability وأكثر صديقة للبيئة.