وتقف صناعة النقل البحري العالمية في مرحلة حرجة، وتقيم التوازن بين دورها وخلفية التجارة الدولية وولاية عاجلة لتقلص آثارها البيئية، وتعتمد بناء السفن على الصلب والألومنيوم، والمواد المتعددة المواد التي تستخدمها السفن والتي تحمل إرثاً كبيراً من استخراجها إلى التخلص منها، وتكتسب الآن ثورة المواد الهادئة زخماً في خط المياه، وتدفعها قذائف بحرية متعددة الأبعاد.

Understanding Bio-Based Marine Polymers

والبوليمرات البحرية القائمة على أساس بيولوجي هي من مصادر الطاقة المتجددة أو التي تُعاد إنتاجها من الموارد البيولوجية الموجودة في المحيط أو من الكتلة الأحيائية البحرية التي تنمو خصيصا للاستخدام الصناعي، وخلافا لللدائن التقليدية التي تنشأ من الهيدروكربونات الأحفورية، فإن هذه البوليمرات تأتي من مصادر متجددة وسريعة التجدد، وتشمل المواد الخام الغازات الكلية (البروون، والحمراء، والخضر) والغاز المتناهي الصغري، والبكتيريا

وتشمل الأسر المشتركة من البوليمرات التي تستخدمها السفن والتي تفرز بدائل متعددة هيدروكسيالكات، تنتج عن البكتريا التي تغذي على مصادر الكربون البحرية؛ وتظهر المواد المزروعة والمكرانية من الحبيبات البحرية؛ وتظهر المواد التي تصيب الخلايا من الخيوط المتعددة الخصبة التي تصيبها الخصبة والتي تصيبها الخلايا.

الضغط البيئي لاستبدال المواد التقليدية للسفن

ويعتمد بناء السفن على مواد كثيفة الطاقة لإنتاجها وصعوبة إعادة تدويرها، إذ أن تصنيع الصلب وحده يشكل نحو 7 في المائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية، ويمكن أن تضم سفينة حاوية واحدة كبيرة عشرات الآلاف من الأطنان من المعادن، وكثيرا ما تتضمن مكونات التكتل والعزل والكوخ واللوحات الداخلية راتنجات البيروكسي والكلوريد المتعدد الفينيل والمقاومة للوقود متعدد اليوريتان - كلها مستمدة من مواد أخرى من المواد.

وتزيد الأطر التنظيمية من تشديد المسامير المتعلقة بالانبعاثات البحرية، بينما تقدم المنظمة البحرية الدولية () [القائمة على بيانات الحفز على إحداث تغيرات في الانبعاثات البحرية] أهدافاً للحد من انبعاثات غازات الدفيئة بنسبة 50 في المائة على الأقل بحلول عام 2050 مقارنة بمستويات عام 2008، بينما تُسهم [الشكل البلاستيكي للاتحاد الأوروبي] [الشكل التراكمي:] في إطار خطة عمل الاقتصاد الدائري

أنواع البوليمرات البحرية البيولوجية ومصادرها

ويحدد مسار المواد الوسيطة والإنتاج مظروف الأداء لكل جهاز من البوليمرات القائمة على أساس بيولوجي، ويظهر النظرة الأوثق إلى المرشحين الأكثر واعدة كيف يمكن رسمها على مكونات محددة من السفن.

Polyhydroxyalkanoates (PHAs) from Marine Microbes

وتتكون المواد الكيميائية من عدة ملوثات خطية، وتتكون من البكتيريا في ظروف محدودة بالمغذيات عندما تكون الكربون الزائد متاحاً، ويمكن أن تنتج طبقات بحرية مثل Vibrio ، و، و، من مكونات متعددة البيوت الكربونية التي تنتج عن مصانع السائلة البحرية أو حتى النفايات العضوية.

شيتوسان من شلالات كروستشان

(أ) إنَّ (شيتوسان) يُنتَجَز من خلال خاماتٍ مُخَلِّفة، وجهازَ البولي ساككشاريد البنيوي الذي يُوجد في مكابِلات قشريةٍ مُنَفَّذةة، و(جِدَّة) مُنَعَةٌ في مُعدَّاتٍ مُتَوَجَهَهَهَهِهِهِهِهَهَهَهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِهِه

Alginate and Carrageenan from Seaweed

وتنتج الحبيبات البحرية البهائية حمضاً من الألغاز، يستخرج منه الطحالب؛ وتزود الأعشاب البحرية الحمراء بالكرابين، وتقابل كلاهما معاً ثنائيات البوليسترات الخيطية التي تشكل أحجاراً قوية ومرنة في وجود مواقد مناسبة مثل الكالسيوم، وعلى الرغم من أنهما كثيراً ما يستخدمان في الأغذية والمستحضرات الصيدلانية، فإن هذه البوليمرات تصاغ الآن في لوحات مسببة اللهب الارتينات وأثاثات ذات المضغوطية المتوسطة والفولية.

Cellulose Nanocrystals from Marine Plants

(ب) إن الأعشاب البحرية والعناق البحرية هي مصادر غنية للخليل، ويمكن لتقنيات استخراج المعادن أن تعزل النانوسل الكريستالية بنسب استثنائية من القوة إلى الوزن، ويمكن إضافة هذه المصفوفات الصبغة النانوية إلى البوليمرات الأخرى كحشوات معززة، وتحسن بشكل كبير قوة النسيج وخواص الحاجز، وحتى في النسب المئوية المنخفضة للحمولة، يمكن أن تُشفُصُل نباتات الأشعة الرئوية

دال - مزايا الأداء بالنسبة للفيلت فيسيلز

وبالإضافة إلى الحجة البيئية، فإن البوليمرات البحرية القائمة على أساس بيولوجي توفر خصائص أداء يمكن أن تعزز الكفاءة التشغيلية وتخفض تكاليف دورة الحياة.

تخفيض الوزن ووفورات الوقود

وكثافة من البوليمرات التي تستخدم في استخدام الطاقة الأحيائية، ومركباتها تقل كثافةها عن البلاستيك أو الفولاذ التقليديين المنفذين من الزجاج، حيث تؤدي عمليات الترميم الفولاذية الثقيلة وألواح الألياف ذات الصبغة الأحيائية الخفيفة إلى الحد من تشرد السفينة، مما يتيح خفض استهلاك الوقود أو زيادة القدرة على نقل البضائع، وذلك بالنسبة للوقود المميزة النموذجية التي تعمل على استخدام الأوزان القصيرة الحجم، وهو ما يعادل 5 في المائة في شكل أطنان.

بناء القدرات في مجال التحلل البيولوجي وإدارة نهاية العمر

وتواجه إعادة تدوير السفن التقليدية تحديات هائلة في النفايات المركبة: فالأقفال البلاستيكية والداخلية البلاستيكية يصعب فصلها وغالبا ما تنتهي في مدافن القمامة، ويمكن تصميم البوليمرات ذات القاعدة الأحيائية لتحلل في ظروف محددة من نهاية العمر - سواء من خلال تركيبات صناعية أو انهيار مباشر في مياه البحر، وهذا التحلل الأحيائي يعني أنه إذا فقدت المكونات في البحر أو تم التخلي عن السفينة، فإن التلوث لن يستمر حتى عام 2020.

مقاومة التصويب والضغط الأحيائي

وتكلف صناعة مياه الصرف المائي بلايين الدولارات سنويا في المعاطف الواقية، وحماية الطيور الكاسحة، والإصلاحات، وتفرض بعض الملصقات الحيوية، ولا سيما الدوّان وبعض التركيبات التي تستخدمها شركة PHA، وتظهر مقاومة طبيعية للاستعمار المجهري ويمكن استخدامها كمقياسات لطلاءات التشهير الصديق للبيئة.

العزل الحراري والصناعي

ويوفّر الهيكل الخلوي لرغاوي الجينات والمكوّنات الحرارية الممتازة ببصمة بيئية أقل من رغاوى البوليوريثان أو البوليسترين، وفي غرف المحركات وأماكن الإقامة، يمكن لهذه الناسورات ذات القاعدة الأحيائية أن تلبي متطلبات السلامة من الحرائق عند معالجة مثبطات اللهب غير السمية، كما أن خصائصها الخاصة بتعطيل الصوت تسهم في راحة الطاقم، مما يقلل انتقال الضوضاء من حيز الحيتان إلى حي

التطبيقات العملية في مكونات السفن

ويجري بالفعل ترجمة البوليمرات البحرية القائمة على أساس بيولوجي من اختبارات على نطاق المنصات إلى عناصر جاهزة للأسطول في عدة مناطق.

Overcoming Manufacturing and Durability Hurdles

وعلى الرغم من البيانات المشجعة للمختبرات، فإن الثقافة المحافظة للصناعة البحرية وواقع العمليات القاسية تشكل حواجز كبيرة أمام الاعتماد الواسع النطاق، والتحدي الرئيسي هو القابلية للتأثر في البيئة البحرية، ويجب أن يصمد عنصر السفينة أمام الرطوبة المستمرة، ودرجة الحرارة من المياه المدارية إلى المياه القطبية، والإشعاع المكثف للأشعة فوق البنفسجية، والهزات الميكانيكية، إذ أن العديد من البوليمرات الأحيائية هيدروفيلية ويمكن أن تتضخم أو تفقد القوة عندما تتجهض في الماء.

ولا يزال الإنتاج المتصاعد يشكل عقبة أخرى، ففي حين أن عمليات استخراج الطحالب البحرية العالمية تجني أكثر من 30 مليون طن سنوياً، فإن عمليات استخراج وتنقية المواد المستخرجة من نوع متعدد الطحالب والمتفجرات من نوع " نرويج " لا تزال باهظة التكلفة وكثيفة الطاقة، إذ أن إنتاجها من خلال التخمير البكتري يتنافس مع تكرير كميات رخيصة من المواد الغذائية التي تستفيد من قرنتها كوريا.

وتُعتبر عملية التصديق عملية طويلة ومكلفة، إذ يجب أن تخضع أي مواد جديدة مراد استخدامها في السفن المصنفة لفحص صارم لمقاومة الحرائق، وسمية الدخان، والقوة الميكانيكية، والشيخوخة الطويلة الأجل، وقد بدأت مجتمعات من قبيل سجل لويد ورقم دنيا بإصدار توجيهات بشأن المواد البديلة، ولكن يمكن أن تستغرق الموافقة الكاملة على التطبيقات الهيكلية عدة سنوات.

سائقو الخدمات الاقتصادية والتنظيمية

أما تعادل التكاليف فلا يزال بعيد المنال بالنسبة للعديد من البوليمرات القائمة على أساس بيولوجي، عندما يقارن مباشرة على أساس كل كيلوغرام مع مركبات حرارة السلع الأساسية، غير أن تحليل تكاليف دورة الحياة الذي يُسدّد أرصدة الكربون، وانخفاض استهلاك الوقود من الوزن الخفيف، وانخفاض رسوم التخلص من النفايات، كثيرا ما يُبلغ الرصيد.() ويفرض نظام الاتحاد الأوروبي لتداول الانبعاثات، الذي يشمل الآن خصماً على النقل البحري، تكلفة مباشرة على انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، مما يجعل المواد من المواد من المواد من المواد من المواد من المواد من المواد من المواد ذات القيمة الدفترات الكربونية أكثر سمية أكثر سمية أقل.

وتستثمر الحكومات أيضا في البحوث، وتمول إدارة الطاقة بالولايات المتحدة والوكالة الأوروبية للسلامة البحرية اتحادات تُعدّ مقطورات متنقلة بزوارع من البوليمرات الأحيائية، وتستكشف الصين واليابان في منطقة آسيا والمحيط الهادئ استخدام موارد العجلات البحرية المحلية لإنتاج المعاطف البحرية والألواح الداخلية، مما يقلل من الاعتماد على المواد البتروكيميائية المستوردة.() ومع أن المواد الإنتاجية والضغوط التنظيمية في فترات زمنية ضيقة بين الأسعار(24)

التكامل في استراتيجيات الأسطول الحديثة

وقد بدأ مديرو الأسطول التفكير المسبق في اعتبار البوليمرات البحرية القائمة على أساس بيولوجي ليس فضول تجريبي وإنما كمقياس استراتيجي للإبلاغ عن الاستدامة والامتثال التنظيمي، وبتحديد الألواح الداخلية القائمة على أساس بيولوجي للبنائين الجدد، يمكن للمشغلين أن يقللوا من آثار الكربون الأولية للسفن وأن يحسنوا من سجل أداءها البيئي في قواعد البيانات مثل مؤشر الشحنات النظيفة.

:: رؤية " السفينة البحرية " تزداد حدة، وفي هذا المفهوم، تكون جميع المكونات غير الهيكلية إما قابلة لإعادة تدويرها بالكامل أو قابلة للتكافل في نهاية العمر، وتشغل البوليمرات القائمة على أساس بيولوجي في قلب هذا النموذج، مع الفائدة الإضافية التي يمكن أن تستمدها من سلاسل الإمداد التي تولد النظم الإيكولوجية البحرية.

خريطة طريق للتبني المسؤول

وسيتطلب مسار إدماج البوليمرات البحرية القائمة على أساس بيولوجي في عملية بناء السفن الرئيسية بذل جهود منسقة عبر سلسلة القيمة، ويجب على ساحات السفن أن تستثمر في تدريب العاملين على معالجة المواد الجديدة ذات النوافذ المختلفة للتجهيزات وتقنيات الانضمام إليها، ويتعين على الموردين البوليمرز ضمان الجودة المتسقة وإنشاء مجرى للتغذية لا يتنافس مع إنتاج الأغذية أو يلحق الضرر بموائل بحرية حساسة، ويجب على جمعيات التصنيف أن تعجل بوضع معايير للمركبات المركبة ذات القاعدة البيولوجية، كما تحتاج شركات التأمين إلى فقدانها.

وفي الأجل المتوسط، يمكن للاستراتيجيات المختلطة التي تجمع بين البوليمرات القائمة على أساس بيولوجي و ألياف الكربون المعاد تدويرها أو بلاستيك المحيط المسترد أن توفر مجموعة من أفضل أنواع الأداء في العالمين الأوسط، ومن خلال دمج الألياف الطبيعية القصيرة في مصفوفة مستمدة من الكتلة الحيوية البحرية، يمكن للمهندسين أن يخلقوا مركباً يلبي احتياجات القوة للهياكل الثانوية ويحافظون على تركيبة كاملة ومتطورة بيولوجية.

النظر إلى الرأس

فالانتقال إلى البوليمرات البحرية القائمة على أساس بيولوجي ليس مسألة إذا كانت المواد الخام وفرة، وثغرات الأداء آخذة في التناقص، والدفعة التنظيمية لا يمكن قياسها، وحيث أن صناعة الشحن تكافح التحديين المزدوجين لتغير المناخ والتلوث البلاستيكي، فإن المواد التي تستخرج من البحر قد تصبح المعيار لبناء السفن التي تجتازه.