دور البوليمرز في تطوير مواد عزل ملائمة للبيئة من أجل الهندسة المعمارية

تغيرات تنظيمية، ويقضي تعديل كيغالي على بروتوكول مونتريال بتخفيض تدريجي لمركبات الكربون الهيدروفلورية، بما في ذلك تلك التي تستخدم كعوامل تفجير، مع تخفيض بنسبة 80 في المائة للبلدان المتقدمة النمو، وبناء نظم لإصدار الشهادات مثل LEED v4.1, BREEAM، وتحدي بناء الأحياء يكافئ بشكل متزايد على عوامل الإنتاج ذات القدرة العالية على إحداث الاحترار العالمي.

الحلول المتعددة الأبعاد للأوضاع الإيكولوجية والصديقة

Polyurethanes and Polyesters

ومن بين الإنجازات الهامة التي تحققت تطوير البوليولات المستمدة من الزيوت النباتية - السبيكة، والخصائص، والزيوت البذور للاغتصاب، التي تحل محل البوليولات الكيماوية في رغاوي البوليوريثان الصلبة، والتي تُنتج من خلالها البوليريثينات الثنائية الفينيل المتعددة الأطراف، والتي تُظهر في كثير من الأحيان وجود هياكل خلايا متجددة للغاز الحراري (نحو 0.022 إلى 0.028 في المائة من الرش الرش الرئوي).

ويُعدّ أيضاً حمض بوليكي، وهو مادة حرارية قابلة للتحلل الأحيائي مستمدة من نجم الذرة أو قصب السكر، في أفرقة العزل، ويُظهر أنَّ نظام غسيل الأرضي المُعتدل قد يُثبت وجوده في ظروف غير مستقرة إلى حد ما، ولكنَّه يُضفي على الألياف الطبيعية (الطنان) أو البلاستيك (البوليكبريت) يعزز من القوة والقدرة على التجهيز.

Polysaccharide and Biopolymer Foams

وعلى الرغم من أن الرغاوي التي تستمد من البوليساريدات - مثل النجم، والشيتوسان (من نفايات الأسماك) والخليط (من الأعشاب البحرية) - قد حظيت باهتمام كبير من المواد ذات الوزن الخفيف، والعزلة المنخفضة التكلفة، حيث أن الرغاوي التي تنتج عن طريق التكاثر بثاني أكسيد الكربون الفائق كعامل تفجير جسدي، تشكل رغاوياً صلباً مع وجود نسبة 0.045 من الأشعة السينية؛

ويستخدم نهج آخر خامات النانويفية من الخشب (CNFs) التي تستمد من جراء الخشب. ويمكن أن تحقق الأيروسولات الفوقية الكثافة (دون 15 كيلوغرام/م3) والسلوك الحراري الذي يقل عن 0.018 W/mgelK عندما يجف تحت ظروف حرجة، غير أن تكلفة إنتاج النانوفيروسات والحاجة إلى معالجة هيدروفلورو(22) لا تزال حواجز.

Mycelium-Based Composites

و[الهيكل الأساسي للنباتي للفرنسيين] ينمو على طبقات زراعية مثل العقبات الوبائية أو الشوارع أو مطاردات الذرة، حيث أن الخليط يستهلك المواد الوسيطة التي تولدت في النسيج والتي تشكل شبكة من البوليمرات الطبيعية من الكوكائز والبروتينات، وهذا يزيل الحاجة إلى وجود تضخم رئوي.

Aerogel-Enhanced Polymer Composites

To maximize thermal performance without increasing fishness, researchers are embedding silica and biopolymer aerogels into polymeric matrices. Aerogels are nanoporous materials with extremely high porosity (over 90%), which restricts gas molecule movement and minimizes thermal conductgels (cellulose, pectin).

Recycled Polymer Foams

وهناك مسار آخر سهل التكوين، وهو استخدام البوليمرات المعاد تدويرها بعد الاستهلاك وبعد الصناعة في العزل الرغاوي، وقد نمت إعادة تدوير البوليمرات الإلكترونية بشكل كبير، حيث تعرض الرغاوي المزروعة في شكل خرزات موزعة بعد ذلك، ويمكن أن تحتوي على مواد مكررة بنسبة تصل إلى 90 في المائة مع الحفاظ على قيم الجرعة في حدود 5 في المائة من المنتجات الكيميائية البوليسترية.

عمليات التصنيع والنظر في الطاقة

أما استدامة زراعة البوليمر فهي لا تتعلق بالثروة الغذائية فحسب بل أيضاً بالطاقة والانبعاثات المرتبطة بالصناعة، إذ أن الرغاوي التقليدية البتروكيميائية تتطلب التعددية والتدمير في مراحل عالية، وتستهلك 5-10 جيغا لكل متر مكعب، وبالتالي فإن البوليوريثان المحتوي على التقلبات الأحيائية يمكن إنتاجه بدرجة حرارة أقل لأن البوليتامفيتامينات المحتوية على التحلل أقل من التجهيز.

ما بعد البيع: مزايا إضافية للأداء

فعمليات البوليمر الصديقة للبيئة غالبا ما تؤدي إلى منافع مشتركة تتجاوز المقاومة الحرارية البسيطة، وإدارة الضبطيات أمر حاسم في بناء القدرة على الاستمرارية، وبعض الرغاوي التي تستخدم من النجم أو الخلايا، التي تكون فيها خصائص النسيج هيدروجينية يمكن أن تعطل الرطوبة الداخلية، مما يقلل من خطر التعرض للتكثيف والنماء القاتم.

كما أن السلامة من الحرائق هي اعتبار هام آخر، فالرغاوي الاصطناعية التقليدية تتطلب مثبطات للهب المهلجنة (مثلاً، مادة HBCD في EPS، و TCPP في PUR) التي تخضع للتدقيق التنظيمي فيما يتعلق بالثبات البيئي والسمية، وقد حظرت اتفاقية استكهولم على البيوتادايين السداسي البروم على الصعيد الدولي، ويمكن صياغة البوليمرات الأحيائية مع متخلفات حريق مستمدة من الناحية الطبيعية مثل الحمض الفي الفيت (من البذور النباتية) (منة في الواقع)

ويقلل بناء الوزن الخفيف من انبعاثات النقل، ويحتاج إلى هيكل دعم أقل تكلفة، ويسرع التركيب، كما أن قياساً مكيناً من الرغاوي الجامدة القائمة على أساس بيولوجي يقل بنسبة تتراوح بين 30 و50 في المائة عن الرماد المعدني أو الزجاج الخلوي، ويحافظ على أداء حراري مستقر طويل الأجل، كما أن مرونة العديد من نظم البوليمر تتيح لها أن تتحول إلى أشكال معقدة، مما يتيح نظماً للعزلة المستمرة التي تقلل من الرواسب الحرارية إلى حد كبير.

التنفيذ في المشاريع العالمية الحقيقية

ولا يقتصر اعتماد العزلة الإيكولوجية القائمة على تعددية الزمردات على المختبرات، ففي أوروبا، يستعمل معيار البيت السلبي على نحو متزايد لوحات العزلة للفراغ التي تحتوي على نواة متعددة الزمرات وقذائف البوليسترات القائمة على أساس بيولوجي، ويحقق قيمة إجمالية قدرها 0.10 دبليو/م2K في الجدران سميكة تبلغ حوالي 20 سميكة.

وفي أمريكا الشمالية، أدمج مبنى مكتب LEED Platinum في فانكوفر أفرقة مصممة هيكلياً مصنوعة من قش القمح، وجهاز ثنائي متعدد السمات في الاتحاد الأوروبي، مصمم على أساس سلاسل متعددة الفينيل، وحققت الأفرقة قيمة خام تبلغ 28، وتلفيقها من النفايات الزراعية التي ستحترق، مما يقلل من صافي الكربون السطحي بنسبة 35 في المائة مقارنة بخليط من الفولاذ.

التحديات المستمرة واستراتيجيات التخفيف

ورغم تزايد الزخم، فإن عدة عقبات تعوق الانتشار الواسع النطاق، ولا تزال التكلفة هي الحاجز الذي يشار إليه على النحو التالي: فالبوليمرات القائمة على أساس بيولوجي تحمل عادة قسطا يتراوح بين 20 و40 في المائة على النظراء الكيميائيين، نظرا لمحدودية حجم الإنتاج، وارتفاع تكاليف المواد الخام (مثل الزيوت النباتية يزيد حاليا بمقدار 2 و3 أضعاف تكلفة الطلاء عن مكافئات النفط)، واحتياجات تجهيز الطاقة، ومع اتساع نطاق تطبيقات تجارة مركبات الكربون (مثلا في بناء الاتحاد الأوروبي).

أما بيانات القابلية للتداول في المواد الجديدة مثل رغاوي الأسيوليوم وخطيب اللهب فلا تزال متباعدة، كما أن وضع نماذج متطورة من المواد الكيميائية التي لا يمكن أن يُستخدم فيها التحلل الكيميائي، أو في تركيبات البولي في إطار التحلل الإشعاعي، أو في إطار نظام التحلل الكيميائي المتسارع، أو في حالة حدوث تغيرات في الأشعة تحتية، أو في إطار نظام التحلل البوليفيزيئي، في عام 2020.

الاتجاهات المستقبلية

وتُعدّ موجة الابتكار التالية من المعالم الحيوية ذات القدرة الوظيفية الذكية، كما أن مواد التغيير التدريجي التي تُعد في إطار الكمائن المتعددة الكلور يمكن أن تخزن وتُطلق حرارة متخلفة، وتُحدّد درجات الحرارة الداخلية، وتزيد من الحد من حمولات الطاقة، وعلى سبيل المثال، فإن رغاوي البوليثيلين التي تُعدّ بزوغها بأجهزة مدافع من الشكات المحتوية على المظلة على المظل.

نحو صناعة التكاثر بواسطة البوليمرات

وقد وفر البوليمرات صناعة العزلة التي تُستخدم في إطارها منبرا للابتكار يتجاوز كثيراً المولدات البتروكيميائية، ومن البوليوريثان المرتكز على الصويا والرغاوي النجمية إلى مركبات الأسيول الفطريات، ومن المضاعفات المتعددة التي تُعد في نهاية المطاف متينة، فإن مجتمع العلوم المادية يعالج بصورة منهجية أوجه القصور البيئية في تكاثر الرغاوي التقليدي دون المساس بكفاءة استخدام الطاقة.