اختيار المواد الملائمة للبيئة لأغراض التصنيع الأخضر

فهم المأمون للمواد الضارة بالبيئة في التصنيع

ولم يعد التحول الصناعي نحو الممارسات المستدامة اتجاهاً بل ضرورة تجارية، إذ يواجه المصانع في مختلف القطاعات ضغوطاً متزايدة من الجهات التنظيمية والمستثمرة والمستهلكين للحد من آثارها البيئية، وفي صميم هذا التحول، اختيار المواد الملائمة للبيئة، ويمكن أن يؤدي اختيار المدخلات الصحيحة إلى خفض كبير في استهلاك الطاقة والنفايات والانبعاثات مع الحفاظ على جودة المنتجات والقدرة التنافسية من حيث التكلفة، وتوفر هذه المادة إطاراً شاملاً لتقييم وتنفيذ عمليات المواد المستدامة.

وتُعرَّف المواد الملائمة للبيئة من خلال قدرتها على التقليل إلى أدنى حد من الضرر طوال دورة حياتها من استخراج المواد الخام من خلال الإنتاج والاستخدام والتخلص من المواد في نهاية العمر، وهي عادة ما تظهر واحدة أو أكثر من الخصائص التالية: القابلية للتجديد، والتحلل البيولوجي، والطاقة المنخفضة المجسدة، وإعادة التدوير، وعدم السمية.() وتؤكد استراتيجية الوكالة المعنية بحماية البيئة () أن الإنتاج المستدام من النفايات.()

المعايير الأساسية لاختيار المواد المصنعة المستدامة

المواد المقيّمة تتطلب تقييماً متعدد الأبعاد يتجاوز العلامات البسيطّة لـ "الخضراء" يجب أن ينظر المصانع في المعايير الرئيسية التالية، كلّها مُرجّمة وفقاً لدراجة حياتها الخاصة بالصناعة والمنتجات.

التجديد والتجديد

وتستمد المواد المتجددة من موارد يمكن تجديدها في غضون فترة زمنية بشرية، وتأتي منتجات الغابات مثل الخيزران والأخشاب السريعة النمو أمثلة تقليدية، شريطة أن تأتي من مصادر مستدامة مصدقة، ويكفل تصديق مجلس إدارة الغابات أن منتجات الخشب والورق الناشئة عن الغابات المدارة بصورة مسؤولة، أما بالنسبة للمواد غير الحرجية، فتنظر في المخلفات الزراعية مثل مضيق القمح أو المشابه، التي يمكن أن تكون مركبة.

التحلل البيولوجي وإمكانية الترجُّع

أما المواد التي تنهار بصورة طبيعية بعد أن تُفيد حياتها فتمنع التراكم الدائم في مدافن القمامة والمحيطات، غير أنه يجب تقييم التحلل الأحيائي في البيئات ذات الصلة، فعلى سبيل المثال، تتطلب بعض البلاستيكيات البيولوجية مرافق التبريد الصناعي كحلول في حين تتدهور أحوال أخرى في الأحوال البحرية، كما أن معايير مثل نظام ASTM D6400 تحكم البلاستيك المحتوي على مواد قابلة للتداول في قاعات، ينبغي أن تتحقق من المطالبات وأن تكفل عدم إنتاج مواد قابلة للتدهور البيولوجي.

منخفض الطاقة المزودة بالوقود ومخطط الكربون

وتستلزم الطاقة اللازمة لاستخراج وتجهيز ونقل مواد مجسدة في الطاقة - مباشرة انبعاثات غازات الدفيئة، وتحتاج المعادن مثل الألومنيوم، عند إعادة تدويرها، إلى طاقة أقل بنسبة 95 في المائة من الإنتاج الأولي، وبالمثل، تستخدم المواد المعاد تدويرها من الزجاج والورق واللدائن التي تقلل بشدة الطلب على الطاقة، وبالنسبة للمواد الجديدة، تقيّم آثار الكربون من الحفر إلى البوابة.

إعادة التدوير والقابلية للإحالة

وتعني عملية التصميم للتعميم اختيار المواد التي يمكن إعادة تدويرها أو إعادة استخدامها بسهولة في نهاية العمر، كما أن المواد البوليثية (نوع المواد الخام) يسهل إعادة تدويرها من المواد المركبة، مثلاً، أن المعادن وبعض المحركات الحرارية مثل PET وHDPE لها مسارات إعادة تدوير راسخة، والمواد الفارغة التي تتطلب مواد مضافة سامة أو معاطف عالية تعوق إعادة تدوير النفايات.

عدم السمية وسلامة العاملين

ولا يجب أن تضر المواد الضارة بالبيئة بصحة الإنسان، فتجنب المواد الخطرة مثل المركبات العضوية المتطايرة، والخامات، والبروفينول، والفلزات الثقيلة، وتزيد شهادات الأطراف الثالثة مثل أويكو - تيكس، أو غرينغارد، أو كرادل إلى كرادل من ضمان السلامة الكيميائية، فمثلا، ينمو القطن العضوي دون مبيدات للطلاء الاصطناعي، مما يقلل من التعرض الكيميائي للمزارعين وأماكن العمل ذات الاستخدام النهائي.

أمثلة موسعة للمواد الملائمة للبيئة لأغراض التصنيع

وتمثل الأمثلة التالية مجموعة متنوعة من الصناعات والتطبيقات، مما يدل على اتساع نطاق الخيارات المادية المستدامة المتاحة اليوم.

مجموعة العمل المتجددة

وتشكل البامبو إحدى أسرع النباتات نموا على الأرض، حيث تصل إلى مرحلة النضج في الفترة من 3 إلى 5 سنوات مقارنة بعقود الحطب الصلب، ولا تحتاج إلى مبيدات آفات وتتجدد من نظامها الجذري، وفي مجال التصنيع، تستخدم الخيزران في الأرضيات والأثاث والأحزمة الهيكلية والمنسوجات، بل والأطر التي تستخدم فيها الدراجات، غير أن تكفل بقاء أساليب التجهيز (مثلا، وقود الكيمياء بالنسبة للمواد الناشئة).

المعادن المعاد تدويرها: الألمنيوم والبديل

ويحتفظ الألومنيوم المعاد تدويره بجميع خصائص الألومنيوم الأولي ويمكن إعادة تجهيزه إلى أجل غير مسمى، ويقلل استخدام الألومنيوم المعاد تدويره من استخدام الطاقة بنسبة تصل إلى 95 في المائة، واستخدام المياه بنسبة 97 في المائة مقارنة بالإنتاج البكر، وبالمثل، فإن الصلب الذي ينتج من الخردة عن طريق فرون القطب الشمالي للطاقة يكون له أثر كربوني أقل بكثير، وهذه المعادن تمثل مثالية للأجزاء الآلية، والتغليف، والسكنات الإلكترونية، ومؤسسة.

البوليمرات الأحيائية والبوليمرات القائمة على البيولوجي

وتستمد المطاطات الأحيائية من الكتلة الحيوية المتجددة مثل شتلات الذرة، أو قصب السكر، أو بطاطا، أو الطحالب.

طراز Viber and Composite

إن الخلايا هي محصول سريع النمو يحسن صحة التربة، ويحتاج إلى القليل من الماء، ويستوعب مستويات عالية من ثاني أكسيد الكربون لكل هكتار، وتستخدم أليافه في المنسوجات، والحبال، والورق، والجمبريات الحيوية، ويتزايد استخدام النواة الخشبية الداخلية في إنتاج الزجاج المكشوف (تشمل الحيازة الأحيائية)، واللوائح، والتبني على الحيوانات.

الكوتون العضوي والمنسوجات الطبيعية

القطن العضوي ينمو بدون مبيدات أو خصومات صناعية، ويحمي التربة ونوعية المياه، وسوقه العالمي آخذ في النمو، خاصة بالنسبة للملابس والأثاث المنزلي، والألياف الطبيعية الأخرى من المنسوجات تشمل الطين (من الذباب) والهرم والجوت، وكلها ذات آثار بيئية منخفضة، ومورّدين مصدقين على المعيار العالمي للنسيج العضوي يكفلون الامتثال للمعايير الإيكولوجية والاجتماعية.

Mushroom Mycelium and Agricultural Waste Composites

ويمكن أن ينمو الميكلويوم (الهيكل الجذري للفطريات) على المخلفات الزراعية لإنتاج مواد شبيهة بالرغاوي للتغليف والعزل بل وحتى بدائل الجلود، وهذه العملية تستخدم الحد الأدنى من الطاقة وتنتج المواد القابلة للزراعة، وبالمثل، يمكن الضغط على الفراولة والأفران والألياف المتحركة في لوحات أو تُباع في شكل بدائل عن نفايات الجسيمات أو البلاستيكية.

البلاستيك المعاد تدويره: ما بعد الاستهلاك وما بعد الصناعة

ويمكن تجهيز البلاستيك المعاد تدويره من نفايات المستهلكين (القرائب، التغليف) أو الخردة الصناعية في مجموعات منتجات جديدة.() وتُستخدم مادة البوليثيلين المُعاد تدويرها في المنسوجات والحاويات، وتظهر إعادة تدويرها في الأنابيب، والألعاب، ومدونات الأثاث، وتحتفظ إعادة التدوير الميكانيكي بقيمة، ولكن إعادة التدوير الكيميائية (تدقيق الدموي) يمكن أن تعالج على نحو أكبر.

Natural Stone,كلاي, and Low-carbon Concrete

وفي مجال البناء والسلع الدائمة، يتطلب الحجر الطبيعي الحد الأدنى من التجهيز، فالطوبات والبراميل والسراما وفرة ومصدرة محليا في كثير من الأحيان، كما أن الابتكارات في الأسمنت البديل الخرساني من بورتلاند التي تحتوي على رماد ذبابة أو سلال أو طيور محسوبة (مثل الأسمنت المعلق بالجر من الحجر الجيري - LC3) من أجل خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

تنفيذ عمليات اختيار المواد الملائمة للبيئة في عمليات التصنيع

ويتطلب الانتقال إلى المواد المستدامة اتباع نهج منظم يدمج الاعتبارات البيئية في عمليات الشراء والتصميم وتدفقات العمل الإنتاجية.

إجراء تقييم شامل لدورة الحياة

وقبل اختيار المواد، تؤدي عملية تقييم مميت شامل لمقارنة البدائل عبر فئات مثل إمكانات الاحترار العالمي، وشح المياه، والتغذي، والسمية البشرية، واستخدام أدوات مبسطة للتقييمات المحلية أو العمل مع خبراء استشاريين متخصصين، وستكشف النتائج عن المفاضلة - على سبيل المثال، قد يكون للركود الأحيائي أثر كربوني أقل، ولكن استخداماً أرفع في الأراضي، مع إعطاء الأولوية للمواد التي تحقق نتائج جيدة في أكثر القياسات البيئية الحالية لمنتجك.

التعاون مع موردي المواد المستدامة

اختيار الموردين الذين يمكنهم تقديم وثائق شفافة عن أصولهم المادية وعمليات التصنيع وإصدار الشهادات، والقصد من الشراكات بدلا من الشراءات التجارية، والبحث عن الموردين الذين لديهم أهدافهم الخاصة بالاستدامة، مثل العمليات المحايدة للكربون أو برامج النفايات الصفرية. وطلب صحائف بيانات السلامة المادية وإعلانات المنتجات البيئية (العمليات التجارية) وعمليات المراجعة الموقعية والتحقق من الأطراف الثالثة (مثلاً، نظام الإبلاغ الموحد)

منتجات إعادة تصميم الكفاءة المادية

ولا يجب أن يقلل تصميم المنتجات وحدها من استخدام المواد إلى أدنى حد، بل يجب أن يؤدي تصميم الاستخدام في مجال التصنيع والتجمع إلى الحد من عدد أجزاء النفايات المادية، واستخدام التموينات ذات الجدران الرقيقة، أو هياكل أماكن الإقامة، أو خوارزميات التصميم السخية إلى تخفيف المكونات دون فقدان القوة، وتوحيد المكونات عبر خطوط المنتجات لزيادة حجم إنتاج المنتجات وتخفيض الخردة.

مبادئ الاقتصاد العلماني المتكامل

(أ) التحول من نموذج خطي لـ (التصرفات ذات العجلات) إلى تعميم حيث تبقى المواد في الاستخدام قدر الإمكان، والتصميم من أجل طول العمر، والتصليح، والارتقاء، وتقديم برامج إعادة التصنيع، أو نماذج تأجير المواد، مثلاً، يمكن لمصنعي الأثاث المكتبي أن يستعيدوا الكراسي المستعملة، ويعيدوا إنتاجها إلى السوق.

رائدة وسكال بشكل تدريجي

)د( إدخال مواد جديدة من خلال مشاريع تجريبية قبل بدء التشغيل على نطاق كامل: اختبار القابلية للتجهيز، والقابلية للاستمرار، وقبول العملاء، وتجديد المعدات والبارامترات إذا لزم الأمر - الببليوبلات، كثيرا ما تكون له درجات حرارة مختلفة، وقد تتطلب الألياف الطبيعية مناولة مناولة مناولة مناظرة، وتوثيق الدروس المستفادة، وتكفي إجراءات التشغيل الموحدة، وبعد التحقق من تأمين إمدادات موثوقة، والتفاوض على تسعير الحجم، وتدريب موظفي الانتاج.

الرصد والتقرير

(ب) تتبع مؤشرات الأداء الرئيسية مثل النسبة المئوية للمحتوى المتجدد، والمحتوى المعاد تدويره، وخفض النفايات، وتركيب الكربون لكل وحدة، والامتثال للموردين، واستخدام نظم الإدارة البيئية القائمة على البرامجيات من أجل التأقلم مع البيانات، ونشر تقارير الاستدامة السنوية التي تتوافق مع الأطر العالمية مثل مبادرة الإبلاغ العالمية أو مجلس معايير المحاسبة المتعلقة باستدامة البيانات، وتبني الإبلاغ عن المعاملات على أساس مستقل الثقة مع أصحاب المصلحة، وتدفع بالتحسين المستمر.

التحديات والنظر في المسألة

وعلى الرغم من الفوائد، فإن اعتماد مواد ملائمة للبيئة يشكل عقبات حقيقية، ويمكن أن تكون أقساط التكاليف كبيرة، لا سيما بالنسبة للمواد الناشئة ذات حجم إنتاج محدود، وقد لا يضاهي الأداء المواد التقليدية - على سبيل المثال، قد تكون لللدائن المزروعة مقاومة حرارية أو قوة ميكانيكية، ومن ثم فإن تقلب سلسلة الإمداد يمكن أن يؤثر على توافرها، ولا سيما بالنسبة للألياف الزراعية الكيماوية، كما يجب على المصانع أن تعالج الغامض في نهاية العمر:

دراسات الحالة: التنفيذ في العالم الحقيقي

الوزن الخفيف الذاتي مع مركبات الفيبير الطبيعية

واستبدلت شركة أوروبية رئيسية لصناعة السيارات ألواح للألغام البلاستيكية المجهزة بالنسيج المكثف واللوحات المركبة ذات الألياف المحتوية على الفلفل الطبيعي وزن عنصري منخفض بنسبة 20 في المائة، مما أدى إلى خفض استهلاك الوقود وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون، وقد تم مصادر المواد في حدود 500 كيلومتر من محطة التجميع، وخفض انبعاثات النقل، وحققت الشركة التكافؤ في التكاليف بعد رفع مستوى الإنتاج وزيادة دورة الكربون إلى الحد الأمثل.

Consumer Electronics Using Recycled Plastics and Biodegradable Packaging

قام منتج هاتف ذكي بإعادة تصميم عبوة له ليستخدم 100% لوح ورقي معاد تدويره ودرجات غسيل الفطر، وقد أدمجت غلاف الهاتف نفسه 30% من البوليكربونات المعاد تدويرها بعد الاستهلاك، بينما يستخدم مسكن الشحنات جهازاً بيولوجياً، وباستبدال رغاوي متعدد الأطراف سترين مع الأسيوليوم، قامت الشركة بإبطال أكثر من 1000 طن من التعبئة غير المتجددة سنوياً.

مواد البناء من النفايات الزراعية

وقد قامت شركة منتجات البناء بتطوير لوحات حائطية مصنوعة من أكواخ الأرز المضغطة ومن مركب مستخرج من بروتين الصويا، وهي توفر عزلا حراريا ممتازا ومقاومة للنيران، مقارنة باللوحة الألياف المتوسطة الكثافة، ومن خلال استخدام منتج نفايات من زراعة الأرز، تجنبت الشركة إزالة الغابات وانبعاثات الميثان من التحلل الأحيائي للكتلة، وكانت اللوحات متوافقة تماما مع المنتجات الفضية في نهاية العمر.

الاتجاهات المستقبلية في المواد الملائمة للبيئة لأغراض التصنيع

إن حدود المواد المستدامة آخذة في التطور بسرعة، فالابتكارات مثل بدائل الجلود القائمة على الأسيتيليوم، والتصورات البيولوجية التي تُعالج بالذخيرة الذاتية، والثبات الأحيائية التي تُدرّب من الطحالب للطباعة 3D، تتحول من المختبرات إلى خطوط تجريبية، والأدوات الرقمية مثل اكتشاف المواد المدعمة بالأدوات، تعجل بفحص المواد القابلة للتنافسية العالية الجودة والمحتوية على المواد.

ومن خلال اختيار المواد المتجددة، والضعيفة الأثر، والآمنة، لا تقوم الشركات فقط بتقليل آثارها الإيكولوجية، بل أيضاً بتحميلها مستقبلاً، وتتطلب الرحلة تقييماً شاملاً، وتغييرات في التصميم الجريء، والتعاون المستمر عبر سلسلة القيمة، ومع ذلك فإن سلاسل الإمداد التي تُدفع تكاليفها، ووفورات في التكاليف من انخفاض النفايات، والامتثال التنظيمي، وولاء العملاء تستحق الجهد.