ونظراً لأن الصناعة التحويلية العالمية تواجه ضغطاً مكثفاً لتقليل آثارها البيئية، فإن صناعة تكوين المعادن تستكشف مواد تشحيم مبتكرة تتوافق مع أهداف الاستدامة، فالمتحللات الأحيائية، المستمدة من الموارد المتجددة، توفر بديلاً قابلاً للتطبيق للمنتجات التقليدية القائمة على النفط المعدني، وهذه التركيبات الصديقة للبيئة لا تفي بمتطلبات الأداء فحسب، بل أيضاً بتحللها الطبيعي، وتخفف الضرر الإيكولوجي الطويل الأجل.

ما هي المواد اللوبريّة القابلة للتحلل البيولوجي؟

أما المواد الكيميائية القابلة للتحلل الأحيائي فهي زيوت تشحيم تخضع لتدهور الكائنات المجهرية - البكتيريا والفطريات والأنزيمات - داخل المياه وثاني أكسيد الكربون والكتلة الأحيائية في ظروف هباء، أو في ظل ظروف مائية مضافة إلى ثاني أكسيد الكربون، كما أن الزيوت المعدنية التقليدية المستمدة من النفط الخام، والضغوط الشهوانية القابلة للتحلل الأحيائي، تُصاغ عادة من حيث

وتُعرِّف المعايير الدولية مثل منظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي 301 (قابلية التحلل الأحيائي) و CEC L-33-A-93 عتبات التحلل الأحيائي.() وتصنف المواد التي تحقق تدهوراً بنسبة 60 في المائة في غضون 28 يوماً على أنها قابلة للتحلل الأحيائي بسهولة.() وتشمل المنتجات المصدق عليها المشتركة السوائل الهيدروليكية النباتية المحتوية على الإسقاط وسوائل العمل المعدني القائمة على النفط، وهذه المواد توفر مصدراً متجدداً وأقل سمية، وتخفضاً من الكربون.

الاستحقاقات في تكوين المعادن

- عمليات تكوين المعادن - بما في ذلك الطوابع، والقذف، والتدحرج، والسحب العميق، بشدة على التشحيم، للحد من الاحتكاك، وقطع العمل المبردة، ومنع المغالاة، ومدة حياة الأدوات، وتمنح المواد الكيميائية القابلة للتحلل الأحيائي عدة مزايا قاهرة في هذه التطبيقات:

السلامة البيئية والتحلل البيولوجي

والمنافع الأساسية هي التحلل الأحيائي السريع، إذ أن الرشيات والتسرب والغسل من خطوط تكوين المعادن كثيرا ما تلوث التربة والمياه الجوفية، ويمكن أن تظل مخلفات النفط المعدنية لعقود، وتضر بالنظم الإيكولوجية المائية وال الكائنات المجهرية في التربة، وعلى النقيض من ذلك، تنهار المواد الغذائية القابلة للتحلل الطبيعي، وتخفض التلوث بدرجة كبيرة، فعلى سبيل المثال، يمكن أن يؤدي تركيب منتجات مصممة على النفط النبات إلى تدهور بنسبة تزيد على 80 في المائة.

الحد من السمية وسلامة العاملين

وكثيرا ما تحتوي السوائل التقليدية لصناعة المعادن على مواد بيولوجية، وبارافينات مكلورة، ومركبات الهيدروكربون المحتوية على عدة مرات على التقلبات الحرارية التي تشكل مخاطر صحية على المشغلين عن طريق الاستنشاق أو الاتصال بالجلد، وتظهر التركيبات القابلة للتحلل الأحيائي، ولا سيما تلك التي تستند إلى المصابين بالآفات الطبيعية، سمية أقل، وكثير منها مصنفة على أنها غير خطرة بموجب النظام العالمي المتوائم، وهذا يقلل من الحاجة إلى معدات الحماية الشخصية ويقلل من البيئة.

كفاءة الطاقة وأداء العملية

ويمكن أن يعزز التشحيم القابل للتحلل البيولوجي كفاءة الطاقة في تكوين المعادن، فالزيوت النباتية لها سمة طبيعية أعلى نظرا لهيكل حمض الدهون القطبي الذي يشكل فيلماً متيناً على سطح المعادن، ويخفض هذا الفيلم معامل الاحتكاك مقارنة بالزيوت المعدنية في الكائنات الحية المماثلة، ويترجم الاحتكاكات المنخفضة مباشرة إلى قوى تكوّن أقل، وتوليد حرارة أقل، ويحتمل أن تكون سرعة إنتاجية عالية.

الامتثال التنظيمي

وتشدد الحكومات في جميع أنحاء العالم الأنظمة المتعلقة باستخدام المواد الصناعية ومواد التشحيم، وتشجّع لوائح الاتحاد الأوروبي المتعلقة بإعادة تدوير المواد الكيميائية، وسياسة البدائل الجديدة الهامة التي وضعتها وكالة حماية البيئة في الولايات المتحدة، ومختلف خطط وضع العلامات الإيكولوجية (مثلاً، منطقة الملائكة الزرقاء، وعلامة المياه الإيكولوجية التابعة للاتحاد الأوروبي) على استخدام مواد التشحيم التي يمكن التحلل الأحيائي والمتجددة في التطبيقات الحساسة، أو تفوض بذلك.

إدارة النفايات وخفض التكاليف

ويبسط مواد التشحيم القابلة للتحلل البيولوجي إدارة النفايات، إذ يمكن في كثير من الأحيان معالجة السوائل الممتدة بيولوجيا أو مثبتة بدلا من اشتراط الحرق أو التخلص من مدافن القمامة بتكلفة باهظة، كما أن تصنيف المخاطر المخفض يقلل من تكاليف النقل والتخزين، وفي بعض الحالات، يقابل ارتفاع التكلفة الأولية للمنتجات القابلة للتحلل البيولوجي انخفاض في نفقات التخلص وانخفاض الاحتياجات من معالجة المياه، مما يتيح تكلفة كاملة من مزايا الملكية.

التحديات والنظر في المسألة

وعلى الرغم من وعدهم، يواجه مزيل التشحيم التي يمكن تحللها بيولوجيا عدة عقبات تقنية واقتصادية محدودة التبني على نطاق واسع في تكوين المعادن.

الاختناق والاستقرار الحراري

وتحتوي الزيوت النباتية على حمضات دهنية غير مشبعه، وهي عرضة للتأكسد عند درجات حرارة مرتفعة (فوق 100 درجة مئوية)، مما يؤدي إلى تكوين الأحماض وزيادة في النسيج وفقدان اللوبس، وفي حين أن المصابين بالإسهال الاصطناعيين يقدمون قدراً أفضل من الاستقرار الحراري، فإن هذه العوامل أكثر تكلفة، في عمليات التخصيب الشديدة مثل الارتفاع أو الضغط العالي السرعة، التي تتحول.

القابلية للتأثر بالهيدروليكية والتفاعل في مجال المياه

فالكثير من المواد التشحيمية القابلة للتحلل الأحيائي أكثر عرضة للتحلل الهيدرولوجي (الإهطال الكيميائي للمياه) من الزيوت المعدنية، وفي تكوين المعادن، تكون الأنزيمات القائمة على المياه شائعة؛ ويجب أن يقاوم عامل التشحيم الفصل والتدهور عندما يختلط بالماء، ويمكن للآسترات غير المزروعة أن تتحول إلى أحماض دهنية حرة، مما قد يُثبط المعادن أو يُزعِزِمُ الإضافة.

التكلفة

وعادة ما تكلف المواد الكيميائية القابلة للتحلل البيولوجي أكثر من مكافئات النفط المعدني التقليدية بحوالي ٢-٥ مرة، وهذه الفجوة في الأسعار تُعزى إلى ارتفاع تكلفة الزيوت النباتية المحسنة، والمصابين بالإصطناعية، والمضافات المتخصصة، فضلا عن أحجام الإنتاج الأصغر، وبالنسبة للعمليات الحساسة من حيث التكلفة، وخاصة عمليات الاختتام العالية الحجم التي يكون فيها الاستهلاك من المواد التشحيم حافزا اقتصاديا كبيرا على التحول ما لم يكن الضغط التنظيمي أو تكاليف التخلص من النفايات ضعيفة.

الأداء تحت الضغط الشديد

فبعض عمليات تكوين المعادن - مثل سحب الفولاذ العالي الارتداد أو زراعة زيوت التيتانيوم - المستلزمات التي يمكن أن تتحمل ضغوط الاتصال الشديدة (حتى عدة جي بي) دون فشل في التصوير، وفي حين أن الزيوت القابلة للتحلل الأحيائي لا تزال قابلة للتكرير بمضافات للمادة EP مثل مركبات مشبع بالفلور أو مركبة الفوسفور، فإن هذه العوامل الإضافية قد تزيد من السمية أو تقلل من السمية.

أقصر خدمة

ونظرا لأن المواد الكيميائية القابلة للتحلل الأحيائي تتدهور بسرعة، فقد تتطلب استبدالا أكثر تواترا في نظم التوزيع، وفي نظم التشحيم المركزية لخطوط صحفية كبيرة، قد تحتاج الشحنة السوائل بأكملها إلى تغيير كل ثلاثة أشهر إلى ستة أشهر مقارنة بسنتين واحدة إلى الثانية من الزيوت المعدنية، مما يزيد من تكاليف التعطل والصيانة، غير أن الرصد الدقيق والاختلاط والتجديد الإضافي يمكن أن يخفف من هذه المسألة.

مجالات التطبيق ودراسات الحالات الإفرادية

وقد حقق بالفعل التهوية القابلة للتحلل البيولوجي نجاحا في عدة نوافذ معدنية.

معسكرات السيارات

وتُجريب أجهزة الترميز الرئيسية العاملة بالسيارات على أجهزة التخميد النباتية التي تستخدم الزيوت النباتية لأجهزة الألومنيوم والفولاذ، فعلى سبيل المثال، حلت آلة أوروبية محل مجمع لتكوين الزيوت المعدنية بتركيب زيت زهور زهرة عالية في خط طوابع اللوحة، وأظهرت النتائج انخفاضا بنسبة 12 في المائة في قوة التكوين، وانخفاضا بنسبة 30 في المائة في استهلاك مواد التشحيم نتيجة للتغطية الأفضل، ولم يطرأد في عملية السائل المتوافق تماما مع السائل الموجودة.

ألف - نزوح الألمنيوم

وينطوي تدمير الألومنيوم على احتكاك عالي ودرجات حرارة تبلغ نحو 400 إلى 500 درجة مئوية. وعادة ما تستند المواد التشحيمية القابلة للتحلل الأحيائي للديوت والوصل بين الفلفل إلى مضبوطات اصطناعية مع مضافات للغرافيت أو النيتروجين، وتخفض هذه التركيبات من اللبس الغذائي وتزيل الصمامات المرتبطة بالمنتجات القائمة على النفط.

مسحة

وفي مجال رسم الأسلاك، يُستخدم زيوت التشحيم القابلة للتحلل الأحيائي على نحو متزايد في أسلاك النحاس والألومنيوم، ويجب أن يوفر هذا التشحيم سميكاً ثابتاً للأفلام وأن يظل مستقراً تحت سرعة الإنزلاق المرتفعة، وقد أظهرت الاندفاعات القائمة على النباتات وجود قوى سحب مماثلة، كما أظهرت أن الصابون التي تُنهي سطحياً على الصابون التي تستخدم في النفط المعدني، مع زيادة الفائدة التي يسهل إزالتها أثناء التنظيف في أسفل المجرى، مما يقلل من الاستخدام الكيميائي وتكاليف معالجة مياه الفضلات.

تقييم الأثر البيئي والاقتصادي

وقد أدى اعتماد مواد التشحيم القابلة للتحلل الأحيائي في تكوين المعادن إلى تحقيق فوائد بيئية قابلة للقياس، وقد خلص تقييم دورة الحياة مقارنة لسوائل سحب بذور الاغتصاب التي تستخدم في إنتاج النفط المعدني التقليدي إلى أن البديل القابل للتحلل البيولوجي يقلل من إمكانيات الاحترار العالمي بنسبة 35 في المائة، واستنفاد الوقود الأحفوري بنسبة 60 في المائة، والسمية الإيكولوجية للمياه العذبة بنسبة 80 في المائة عن دورة حياة المنتج، وتنجم هذه المكاسب عن تحسين المواد الغذائية المتجددة،

ومن الناحية الاقتصادية، يمكن أن تكون التكلفة الإجمالية للملكية مواتية عند مراعاة إدارة النفايات والصحة والسلامة والامتثال التنظيمي، وقد أفادت محطة للطوابع متوسطة الحجم تحولت إلى مواد التشحيم القابلة للتحلل البيولوجي عن وفورات سنوية قدرها 000 50 دولار في رسوم التخلص من النفايات، و 000 20 دولار في مطالبات تعويض العمال، و 000 15 دولار في تكاليف مناولة الطاقة، مما يعوض عن زيادة سعر شراء مواد التشحيم بنسبة 30 في المائة، غير أن هذه الفوائد هي تكاليف محددة في الموقع وتعتمد على النفايات المحلية.

Regulatory Landscape and Eco-Labels

وتعترف المبادئ التوجيهية لتجربة التحلل الأحيائي التي وضعتها منظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي بأساس مشترك للتصنيف، وفي أوروبا، يستوفي برنامج " إيكولابل " الأوروبي لزيوت التشحيم (مقرر اللجنة 2018/1702) معايير مماثلة للتحلل البيولوجي، وتتمتع بحد أدنى من السمية المائية، وتستند إلى المواد الخام المتجددة.

كما تفرض الحكومات قيودا على مواد التشحيم غير القابلة للتحلل في بيئات حساسة، وعلى سبيل المثال، تحظر النرويج استخدام السوائل الهيدروليكية القائمة على النفط المعدني في المناطق الساحلية، ويجب في كثير من الأحيان أن تختار عمليات تكوين المعادن بالقرب من المجاري المائية أو الأراضي المحمية بدائل قابلة للتحلل البيولوجي للحصول على تصاريح التشغيل، ولا يعتبر الامتثال لهذه الأنظمة شرطا مسبقا لاستمرارية تصريف الأعمال.

التوقعات والابتكارات في المستقبل

وترتفع مسارات التشحيم القابلة للتحلل الأحيائي في تكوين المعادن بشكل محكم، وتبدو التقدم في التكنولوجيا الحيوية، وعلم النانو، والكيمياء الخضراء، على استعداد للتغلب على القيود الحالية.

الأرصدة الأساسية المتقدمة والمضافات

وتنتج تقنيات جديدة للتسليح عن مصبات اصطناعية محسنة للاستقرار الأكسدة والهيدرولوجي، مع الحفاظ على درجة عالية من التحلل الأحيائي، كما أن الزيوت النباتية الحديثة مثل زيت فول الصويا المكسدة أو المصابيح الحرارية أفضل دون التضحية بمحتوى متجدد.

بذور الأيونية ذات القاعدة البيولوجية

وتظهر السوائل الأيونية المستمدة من مصادر متجددة (مثلاً، الكربوكولات الكولينية) كثلاجات للتزليق الجيل القادم، وهي تظهر تقلبات لا تذكر، واستقرار حراري ممتاز، واستقطاب غير قابل للتجزئة، وتظهر البحوث التي تنشر في Tribology International[FLT: mineral] أن السائل الأيوني المستند إلى بيولوجياً يمكن أن يقلل من شكل الاحتكاكات وأن يرتدى في شكلا

نظم التطهير الذكي

إن شبكة الإنترنت للأشياء (IoT) ورصد الحالة الداخلية تجعل من الممكن إدارة التشحيم القابل للتحلل الأحيائي بدقة، فالأجهزة الحساسية التي تقيس الحساسية، والحماة، والمحتويات المائية في الوقت الحقيقي تسمح للمصنعين بتعظيم الحياة السائبة والتجديد المضاف، والتخفيف من القلق بشأن الحياة في الخدمة الأقصر، ويمكن للأغلفة الافتراضية أن تحدد أماكن الاستبدال بالضبط عند الحاجة، مما يقلل من النفايات والوقت المخفض.

التكامل الاقتصادي

ويمكن أن تجمع نظم المستقبل بين مواد التشحيم القابلة للتحلل البيولوجي ومعالجة مياه الفضلات البيولوجية، ويمكن تغذية السوائل العنكبوتية إلى أجهزة حفرية لانتاج الغازات الأحيائية، وإغلاق حلقة الكربون، وتظهر المشاريع الرائدة في ألمانيا هذا المفهوم بالفعل في محطات الطوابع الآلية، مما يحقق نموذجاً لتصريفات التصريف شبه الصفري.

خاتمة

فالمواد التي يمكن تطويعها من المواد الكيميائية الحيوية ليست تجربة مجدية - فهي حل عملي ومثبت يمكن أن يقلل بدرجة كبيرة من البصمة البيئية لعمليات تكوين المعادن - وفي حين أن التحديات المتصلة بالتكلفة، والاستقرار الحراري، وأداء الضغط المتطرف، والابتكارات الجارية في المخزونات الأساسية، والمضافات، ورصد النظم، كثيرا ما تؤدي إلى تضييق الفجوة بشكل مطرد، إذ أن الشركات المصنعة الملتزمة بالاستدامة، والانتقال إلى بدائل للأدوية القابلة للتحلل الأحيائي، إلى فوائد البيئية القابلة للقياس.

ينبغي أن يعمل المصانع المهتمة بتقييم المواد الكيميائية القابلة للتحلل البيولوجي عن كثب مع الموردين لإجراء التجارب في الموقع، وقياس مؤشرات الأداء الرئيسية (الاختصار، واللبس، والوقت في الدورة، واستخدام الطاقة)، وحساب التكلفة الإجمالية للملكية بالنظر إلى وفورات النفايات والامتثال. ويكتسب المعتمدون المبكرون ميزة تنافسية في تلبية احتياجات العملاء والطلبات التنظيمية للمنتجات الأكثر خضراء.