Table of Contents
الحاجة المتزايدة إلى العناصر البحرية المستدامة
إن المحركات البحرية عنصر حاسم في تصميم السفن الحديثة، وتوفر المناورات الدقيقة، والوضع الدينامي، وزيادة كفاءة الوقود، وتُختلق وحدات الدفع تحت الماء تقليدياً من المعادن العالية القوة مثل الصلب غير القابل للصدأ، والسكك الحديدية الألومنيوم، والبرونز، إلى جانب البلاستيك الدائم للأختام، والعلامات، والمساكن.
ما هي المواد القابلة للتحلل البيولوجي؟
والمواد القابلة للتحلل البيولوجي هي مواد يمكن أن تتدهور بفعل الكائنات المجهرية - البكتيريا والفطريات والأنزيمات - المياه وثاني أكسيد الكربون والميثان والكتلة الأحيائية التي لا تخضع لظروف بيئية محددة، ولا تنهار جميع المواد القابلة للتحلل الأحيائي بنفس الطريقة أو بنفس المعدل، ويحتاج بعضها إلى مرافق للتشريد الصناعي ذات درجات الحرارة الخاضعة للرقابة، والرطوبة، والسياق الأكسجيني، بينما يتحلل بعضها ببطء في التربة.
البلاستيك المشترك القابل للتحلل البيولوجي
- Polylactic Acid (PLA): ] Derived from corn starch or sugarcane. Requires industrial composting; degrades slow in cold seawater.
- Polyhydroxyalkanoates (PHA): ] Produced by bacterial fermentation. Degrades in marine environments, butميكانيكي properties are moderate.
- Polybutylene Succinate (PBS): ] A polyester that can be blended with natural fibers. Biodegradable in soil and marine conditions with varying rates.
مركبات الجيب الطبيعية
ويتزايد استخدام الألياف الطبيعية مثل الفلفل والهوم والكيناف كتعزيز في مصفوفات البوليمر القابلة للتحلل الأحيائي، ويمكن لهذه المكونات أن تحقق نسبا عالية من الشدة إلى الوزن، مما يجعلها جذابة لمكونات الدفع التي لا تخضع لضغوط شديدة، غير أنها مائية - وهي تستوعب المعاطف الواقية من المياه أو طبقات الحاجز، وهي مطلوبة لمنع التفسخ وضيض للوقت.
مواد قابلة للتحلل البيولوجي في تصنيع الرخويات البحرية
ويمكن أن يحقق اعتماد مواد قابلة للتحلل الأحيائي لمكونات الدفع فوائد بيئية واقتصادية قابلة للقياس، شريطة اختيار المواد وهندستها على النحو المناسب، فيما يلي المزايا الرئيسية.
تخفيض النفايات البلاستيكية الثابتة
ويمكن للبلاستيك التقليدي المستخدم في الدفعات مثل النيلون والسلوت والبوليوريثان أن يستمر في المحيط لقرون، وأن يشتت في الجراثيم التي تضر بالحياة البحرية، ويستهدف البوليمرات القابلة للتحلل البيولوجي أن يتحول إلى مواد غير مؤذية، وأن يقلل بشكل كبير من التلوث الطويل الأجل، وإذا فقد عنصر الدافع من الرطام المكشوف، فإن أجزاء من التحلل الأحيائي لن تتراكم بصورة غير سليمة.
أقل مخططات الكربون
وتستمد مواد كثيرة قابلة للتحلل الأحيائي من الكتلة الحيوية المتجددة، التي تلتقط ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي أثناء النمو، فعلى سبيل المثال، يقل أثر خط الكربون بنسبة 70 في المائة تقريبا عن البلاستيك التقليدي القائم على النفط عند إنتاجه من الذرة، وإذا كانت عملية التصنيع مزودة بالطاقة المتجددة، فإن الانبعاثات الإجمالية لدورة الحياة من الغازات القابلة للتحلل الأحيائي يمكن أن تكون أقل بكثير من انبعاثات بلاستيك المعادن أو الوقود الأحفوري.
Decomposition in End-of-Life Scenarios
وعندما يصل محرك الدفع إلى نهاية حياته التشغيلية، يمكن أن تُخَلَّم المكونات القابلة للتحلل الأحيائي أو تُحلل أحيائياً بدلاً من أن تُرشَّح أو تحرق، وبالنسبة للسفن التي تُلغى تشغيلها في المناطق التي توجد فيها هياكل أساسية للتثبيت، فإن ذلك يقلل من تكاليف التخلص من النفايات والخصوم البيئية، كما يمكن حفر بعض المواد القابلة للتحلل الأحيائي في محطات معالجة مياه الفضلات الهوائية، مما يولد الغازات الحيوية كمصدر للطاقة المتجددة.
إمكانية ترجيح
فعملية الألياف الطبيعية غالباً ما تكون أقل كثافة من البلاستيك أو المعادن المقوى بالزجاج، واستعادة مسكن معدني يحمل أو ختم متعدد اليوريتان مع تركيبة مركبية ذاتية الدفع، يمكن أن تقلل من الوزن الإجمالي لوحدة الدفع، لأن الدافعين يقعون في مناطق الهضبة، كل كيلوغرامات تُوفّر الاقتصاد الأقل تكلفةً في النظام التصاعدي.
الحوافز التنظيمية والسوقية
وتواجه شركات الشحن ضغوطا متزايدة من المنظمة البحرية الدولية لتخفيض انبعاثات غازات الدفيئة ومن سلطات الموانئ لاعتماد سياسات شراء خضراء، ويمكن أن يساعد استخدام المواد القابلة للتحلل الأحيائي في أجزاء من المحركات غير الحرجة المشغلين على إثبات وثائق تفويض الاستدامة، وتقوم بعض جمعيات التصنيف بوضع مبادئ توجيهية للمواد المقبولة بيئيا، مما قد يؤدي في نهاية المطاف إلى معاملة تفضيلية في رسوم الموانئ أو اختيار المستأجرين.
التحديات التقنية وأداء المواد
وعلى الرغم من الفوائد، يجب التغلب على عقبات كبيرة قبل أن تستخدم المواد القابلة للتحلل الأحيائي على نطاق واسع في المحركات البحرية، وتركّز الملح الشديد في بيئة المياه الجوفية، والرطوبة المستمرة، والتنقية الأحيائية، والتعرض للمركبات فوق البنفسجية (لأجهزة الدفع السطحي)، والمطالب الميكانيكية الشديدة على أي مادة، ونتقص من التحديات الرئيسية.
الدوام في مياه الأمطار والمركبات
فالأدوات البحرية تعمل في بيئة متآكلة، وتعتمد المعادن على المعاطف الواقية وحماية الماشية، وتتأثر المواد البلاستيكية القابلة للتحلل البيولوجي بالهدرائية والهجوم الميكروبي، فبدون تركيبات دقيقة، يمكن أن تؤدي المساكن التي تُصنع من جيش تحرير شعب السودان إلى تخفيف حدة هذه المعاطف أو تكسيرها أو فقدان القوة في غضون أشهر من الاختراق، وقد تكون المواد التي تحتوي على شروقات بحرية معرضة للأشعة عرضة للارتطام.
القوة الميكانيكية ومقاومة الازرار
وتعاني المحارم من ارتفاع في درجة الحرارة، وتآكل الطهي، والارتداء الخافض من الرمل والجسيمات الحريرية، وتعاني المواد القابلة للتحلل الأحيائي في الوقت الراهن من انخفاض في القوة الخفيفة، والعقيدة، ومقاومة التأثير من النيلون المقوى الزجاجي أو المحار الألومنيوم، مثلاً، فإن المواد المحتوية على ختم محررة على درجة حرارة عالية من الارتداد، ولكنها غير كافية.
التصنيع وتجهيز القيود
وتعددات التحلل الأحيائي غالباً ما تكون حساسة للحرارة وتعاني من نوافذ معالجة ضيقة، ويجب التحكم بعناية في درجات الحرارة المتولدة بالحقن لتفادي التدهور الحراري، كما أن محتوى الضبط في الألياف الطبيعية يمكن أن يسبب فراغاً وارتفاعاً ضعيفاً في مصفوفة البوليمر، وتحتاج الكثير من البلاستيكات الحيوية إلى عفن مكرّسة ومعدات جافّة وخطوط إنتاجية تزيد من الاستثمار في رؤوس الأموال.
التكلفة والقابلية للتسويق
وقد تكلف البوليمرات القابلة للتحلل الأحيائي حالياً أكثر من بلاستيك الهندسة التقليدية بمقدار الضعف على أساس الكيلوغرام الواحد، والألياف الطبيعية غير مكلفة، ولكن تجهيزها في شكل مواجيز مركبة عالية الجودة يضيف تكلفة، وإلى أن يصل الطلب إلى الحجم الكافي لتحقيق وفورات الحجم، فإن عوامل الدفع القابلة للتحلل الأحيائي ستظل في الغالب منتجاً صغيراً وأقساطاً، وعادة ما تعطي إدارات المشتريات في ساحات الأسطول تكلفة كاملة من الملكية، بما في ذلك الصيانة.
البحوث والابتكارات الحالية
وتقوم عدة أفرقة بحث أكاديمية وصناعية بتطوير مواد قابلة للتحلل البيولوجي مصممة خصيصا لتطبيقات الدفع البحري، والهدف هو التغلب على ثغرات الأداء مع الحفاظ على الممتلكات المقبولة لنهاية العمر.
مركبات بيولوجية متقدمة
ويجمع بين الفينة واللياف المعالجة أو الألياف السدية مع تركيبات مركبية مع تحسين التشعب ومكافحة التحلل الأحيائي، وقد أثبت الباحثون في جامعة ساوثمبتون وجود نصل مركب للقوى المحركة يحفظ 90 في المائة من الشعار الأولي بعد ستة أشهر من تهجير مياه البحر، وذلك بفضل مصفوفة تعزيزات متعددة الأطراف من PLA-PHA، وسرقة مطاطية متفوقة من طراز Delulose.
التكتل الواقي والهيكلات المتعددة المراحل
ومن النهج العملي استخدام المواد القابلة للتحلل البيولوجي في المكونات غير الهيكلية (مثلاً، المكافآت، الأغطية، أراض الكابل) مع الاحتفاظ ببلاستيك معدني أو بلاستيك تقليدي لأجزاء محشوة بشكل حرج، وتتمثل استراتيجية أخرى في تطبيق طبقة رقيقة من التغليف البيولوجي تحمي المادة السائبة أثناء حياة الدافع، ثم تتحلل بعد التخلص منها.
النظم الهجينة والتصميم العلماني
ويُفصل محركات تصميم الأجزاء القابلة للتحلل البيولوجي بسهولة عن المعادن القابلة لإعادة الاستخدام أو المكونات غير القابلة للتحلل من العناصر المسؤولة عن تجهيز نهاية العمر، ويُبيّن وجود صلة مُخَطَّعة أو مُصفَّحة بين نصل قابل للتحلل الأحيائي ومركز معدني أن النصل يُستبدل ويُخَمَلَّد بينما يُعاد استخدام المركز إلى الحد الأدنى.
تقييم دورة التأثير البيئي والحياة
وللحد من ما إذا كانت المدافع القابلة للتحلل الأحيائي تقلل حقا من الضرر البيئي، فإن إجراء تقييم شامل لدورة الحياة أمر أساسي، ويجب أن يكون التقييم الذاتي المحلي الإجمالي هو الذي يُحسب لاقتناء المواد الخام، والطاقة الإنتاجية، والنقل، ومرحلة الاستخدام، والمصير النهائي.
آثار المواد الخام
وتثير الجمود الأحيائي من المحاصيل الزراعية شواغل بشأن استخدام الأراضي، وهروب الأسمدة، والمنافسة الغذائية، بيد أن الجيل القادم من المواد الوسيطة مثل الطحالب، والنفايات الغذائية، والمخلفات الزراعية يمكن أن تخفف من هذه القضايا، فالألياف الطبيعية مثل الذباب والهرمونات ذات التأثير البيئي المنخفض نسبياً لكل كيلوغرام، لا سيما عندما تنمو في التناوب مع المحاصيل الغذائية، ويقابل الكربون الذي يُنقَضَع أثناء نمو النباتات جزئياً الانبعاثات الناجمة عن التصنيع.
الطاقة والمياه
ويستهلك إنتاج PLA طاقة أقل من الطاقة التي تستهلكها العديد من البلاستيكات القائمة على النفط، ولكن فرع الصحة يتطلب قدرا كبيرا من الطاقة لأغراض التخمير والتنقية، ويتفاوت استخدام المياه: فمحاصيل الألياف تحتاج إلى الري في المناطق الجافة، بينما تتطلب الزراعة البكتيرية مياها معقمة، وسيقارن هذا النوع من الإنتاجات مع التلوث الذي يتجنبه المواد التقليدية.
المرحلة الحالية من الاستخدام في البيئة البحرية
خلال حياة الدافع العملية، المواد القابلة للتحلل الحيوي لا تحشر أحاديا سامة أو مضافات في الماء، الرافعة الدقيقة من التآكل هي مخاطر لأي بوليمر، و التي يمكن التحلل البيولوجي ليست استثناءات إذا كانت تفتت إلى جزيئات كبيرة جدا أو بطيئة جدا في التحلل البيولوجي،
سيناريوهات نهاية العمر
ولا تتحقق الفائدة البيئية للتحلل البيولوجي إلا إذا دخل العنصر مسارا مناسبا للتحلل، وإذا تم استعادة نصل للدفاع قابل للتحلل الأحيائي وإعادة تدويره إلى مواد جديدة، فإن ممتلكاته للتحلل الأحيائي قد تهدر - ولكن إعادة تدوير الغازات الأحيائية الميكانيكية ممكنة ويمكن أن تقلل من الحاجة إلى راتنجات عذرية، وإذا ما تم التخلص منه في مدافن القمامة التي تفتقر إلى الأكسجين، فإنه قد ينتج عن ذلك بنية أساسية مائية مثالية (وهوبة).
المستقبل المستقبل
وتقوم البحرية، وجمعيات التصنيف، والمنظمون البيئيون، تدريجياً بتشكيل إطار يمكن أن يعجل باعتماد المواد القابلة للتحلل الأحيائي في المحركات البحرية، وقد أدرجت لجنة حماية البيئة البحرية التابعة للمنظمة البحرية الدولية، بصورة منتظمة، تخفيضاً في النفايات البحرية في جدول أعمالها، كما أن لائحة إعادة تدوير السفن في الاتحاد الأوروبي تشجع على استخدام المواد التي لا تحتوي على مواد خطرة، وقد سبق لبعض مبنيي السفن أن حددوا المواد القابلة للتحلل الأحيائي للعناصر المتنازعزعزعة.
مشاريع البحث والرسم التجريبي التعاونية
وقد أطلقت اتحادات صناعية مثل مبادرة الشحن المستدام والمجلس البحري الأخضر مشاريع تجريبية لاختبار مكونات الدفع القابلة للتحلل الأحيائي على سفن العمل، وقد قام مشغل نقل نرويجي مؤخرا بتركيب مجموعة من المعارض التي تدعمها حركة تحرير السودان والتي تعمل على دفع الضرائب، وبعد سنتين من الخدمة، لم تظهر المعارض سوى تآكل سطحي طفيف ولا إخفاق هيكلي، ولكن نتائجها مشجعة.
التطوير التنظيمي والتشريعي
وتضع هذه الملاحظتان موثقتين من مجموعة GL وVeritas من أجل المواد الضارة بالبيئة، وستتطلبان نتائج اختبارات التحلل الأحيائي لكل من المعيار ISO 14855 (التمركز الهوائي) و ISO 19679 (رواسب الحيوانات) وستتلقى المواد التي تمر بكلتا الاختبارات بالحدود المحددة للسمية الإيكولوجية بيانا بالامتثال، وبمجرد قبول هذه المعايير على نطاق واسع، سيكون لمالكي السفن مواصفات واضحة لتوجيه المشتريات.
الجدول الزمني لاعتماد المسار الرئيسي
ومن المتوقع أن تصبح المواد القابلة للتحلل الأحيائي، في غضون ثلاث إلى خمس سنوات، معياراً لمكونات الدفع غير الهيكلية مثل الأغطية، والروابط السلكية، وبطانات الصنادل، وبالنسبة للأجزاء الهيكلية التي تولد الحمولة، يكون الجدول الزمني من سبع إلى عشر سنوات واقعياً، وستكون العوامل الرئيسية هي تحسين التركيبات المادية (ولاية إدارة الشؤون الإنسانية مع مدافن النانوفير)، والتصنيع المركب الآلي، والضغوط البلاستيكية من الضرائب.
إن المواد القابلة للتحلل البيولوجي توفر مسارا ملموسا نحو الحد من البصمة الإيكولوجية للقوى المحركة البحرية، فالتكنولوجيا لم تنضج بعد بما يكفي لجميع التطبيقات، ولكن التقدم المطرد في علوم المواد، وحماية المعاطف، والتصميم الهجيني يغلق الفجوة، بالتركيز على المكونات التي تكون فيها مخاطر التحلل البيولوجي مقبولة، ومتطلبات الأداء متوسطة، يمكن للصناعة أن تبدأ الانتقال اليوم، وتكتسب الخبرة التشغيلية، وتدفع الطلب الذي سيخفض تكاليف المحركات التي ستحققها في الغد.