وتعاني صحة محيطات العالم من ضغوط غير مسبوقة نتيجة لتغير المناخ، والإفراط في الصيد، والتلوث، ومن بين الأنشطة الصناعية العديدة التي تؤثر على النظم الإيكولوجية البحرية، تؤدي عمليات السفن وصيانة الهياكل الأساسية للمياه الجوفية دوراً هاماً، حيث أن كل سفينة تعبر محيطاً أو تسكن في الميناء تُجمع بالطلاء لمنع تراكم الحانات والغاز وغيرها من الكائنات الحية.

فهم التوابع البحرية القابلة للتحلل البيولوجي

وتوضع المعاطف البحرية القابلة للتحلل البيولوجي في شكل مواد مصاغة خصيصاً على السطحات المعرضة لمياه البحر، والمنابر البحرية، والأنابيب، وشبكات تربية الأحياء المائية - التي تهدف إلى الإنهيار الطبيعي بعد فترة خدمتها، وخلافاً للمعاطف التقليدية التي قد تظل غير سليمة لعقود من قبيل الجسيمات المصغرة والبقايا السامة، تُعدل الطلاءات التي يمكن تحللها بيولوجياً بحيث تصبح منتجات غير مؤذية.

ويكمن التمييز الرئيسي في العمود الفقري للبوليمر، وكثيراً ما تستخدم الطلاءات البحرية التقليدية البوليريثين أو الراتنجات التي ترتكز على الفينيل والتي تقاوم بشدة التدهور، وتعتمد النسخ القابلة للتحلل الأحيائي على البوليمرات المستمدة من مصادر متجددة مثل حمض البوليتكتيكي، أو البوليهيدروكياكلينات (PHA)، أو التركيبات المعدلة للخلل - أو على البوليمرات الاصنة المحتوية

أنواع التوابع البحرية القابلة للتحلل البيولوجي

  • متفجرات ذاتية ذاتية مع مُحدِّدات قابلة للتحلل الأحيائي: ] These coatings gradually erode in seawater, releasing their biocide in a controlled manner. New versions use polyester or polycarbonate binders that hydrolyze, leaving no persistent microplastic residue.
  • Enzyme-based coatings:] Coatings that incorporate enzymes capable of breaking fouling organisms’ adhehesive proteins or that degrade the coating itself after activation.
  • Bio-based foul-release coatings:] Non-toxic surfaces that prevent attachment by being too slippery or by continuously shedding a little layer. When made with biodegradable silicones or waxes, they offer a low-environmental-impact alternative.
  • Stimuli-responsive coatings:] Advanced formulations that degrade only when exposed to a specific signal - such as a change in pH, temperature, or enzymatic activity-allowing the coating to remain intact during use and to break down rapidly at end-of-life.

The Environmental Toll of Traditional Marine Coatings

ومن الضروري، من أجل تقدير قيمة البدائل القابلة للتحلل الأحيائي، فهم الضرر الإيكولوجي الناجم عن الطلاءات البحرية التقليدية، وقد اعتمدت الطلاءات المضادة للقاذورات على مر التاريخ على مركبات الكائنات العضوية مثل ثلاثي بوتيل القصدير، التي تبين أنها تسبب تشوهات في المحار واضطرابات الهرمونات في الحلزات البحرية، ورغم أن المنظمة البحرية الدولية لا تزال تحظر على الصعيد العالمي استخدام هذه المادة.

وفيما عدا السمية الكيميائية، تسهم المعاطف التقليدية في ] التلوث الكمدي ، فمع انتقال السفن، يتحول التصفيق تدريجياً، ويطلق الجسيمات الصغيرة من البلاستيك إلى الماء، وتشير دراسة أجراها الاتحاد الدولي لحفظ الطبيعة إلى أن الطلاء البحري هو أحد أكبر مصادر الانبعاثات المصغرة الأولية في المحيط، حيث يُعزى ذلك إلى وجود ثلاثة آلاف من القرون.

وعلاوة على ذلك، فإن إزالة المعاطف القديمة - سواء عن طريق التزحلق بالرمل أو إهدار المياه أو النفايات الخطرة التي تفرز المواد الكيميائية - تفرز النفايات، ومن شأن المعاطف القابلة للتحلل البيولوجي التي يمكن أن تكون مثبتة أو محشوة بأمان من قبل البكتيريا البحرية أن تقلل بشدة من الآثار البيئية لعمليات الطمر الجاف.

المزايا المتعلقة بحفظ البيئة البحرية

ويتيح التحول إلى المعاطف البحرية القابلة للتحلل البيولوجي عدة فوائد مباشرة لصحة المحيطات، متوافقة مع أهداف حفظ البحار العالمية.

خفض التعبئة الكيميائية

ونظراً لأن المعاطف القابلة للتحلل الأحيائي يمكن أن تصاغ بمبيدات بيولوجية أقل سمية أو عابرة، فإن كمية المواد الكيميائية الثابتة التي تدخل عمود المياه تقلل إلى أدنى حد، وعلى مدى عمر السفينة، يمكن أن يكون التراكمي في تقطيع النحاس من المعاطف التقليدية ذات الجمود كبيراً، ولا سيما في الموانئ المشغولة والمناطق المحمية البحرية، والبدائل القابلة للتحلل الأحيائي التي تعتمد على الردع الطبيعي أو الوسائل المادية (مثل، تقليل حجم الشحنات).

تخفيف التلوث المتناهي الصغر

وربما يكون هذا هو الميزة الأكثر قسوة، إذ يقدر حجمها ب 1.5 مليون طن من المعاطف البحرية المشطوبة من السفن كل عام، فإن احتمال الحد من المطاط المتناثر هائل، وإذا أصبحت المعاطف قابلة للتحلل الأحيائي معيارا، فإن الجسيمات الصغيرة التي تهتز بها ستستوعبها الكائنات المجهرية بدلا من الاستمرار، وهذا يمثل انتصارا كبيرا في مكافحة بلاستيك المحيط.

حماية الموئلات الحساسة

وتتأثر الشعاب المرجانية وأسرة العشب البحرية والغابات الكلبية بشكل خاص بالهروب السامة، كما أن العديد من المناطق البحرية المحمية متاخمة لممرات الشحن أو الموانئ، وباستخدام المعاطف القابلة للتحلل الأحيائي على السفن التي تعمل بالقرب من المناطق البحرية المحمية، يقلل من خطر التلوث المزمن، كما أنه نظراً لأن هذه المعاطف تنهار بشكل أكمل، فإن من المرجح أن تتحول الكائنات الحية الخبيثة عند تسوية الجسيمات.

علماء نهاية الحياة

ومن المستحيل تقريبا إعادة تدوير نفايات الطلاء التقليدية بسبب المحتوى الكيميائي المختلط، ويمكن أن تكون المعاطف القابلة للتحلل البيولوجي، ولا سيما تلك التي تستند إلى البوليمرات أو المواد الطبيعية، مثبتة أو معالجتها بيولوجيا، وهذا يدعم اتباع نهج اقتصاد دائري حيث تعود المواد إلى الغلاف الحيوي بأمان.

التحديات الراهنة وواجهة البحوث

ورغم وعدهم، فإن المعاطف البحرية القابلة للتحلل الأحيائي لم تعتمد بعد على نطاق واسع، ولا تزال هناك عقبات تكنولوجية واقتصادية عديدة.

دال - مدة الخدمة والأداء

ويجب أن يصمد التصفيق البحري في التغمر المستمر، وسرعة التدفق، والتشفير الميكانيكي من الأمواج والجليد، والإشعاع فوق البنفسج على سطح سطح البحر، والضغط المتردي لتشكيل المدافن الأحيائية، وكثيراً ما تتدهور التركيبات المبردة في أسرع وقت ممكن إلا بعد عام أو عامين بدلاً من دورة السنوات الخمس المتوقعة من التصفيات التقليدية.

القدرة التنافسية للتكاليف

فالبوليمرات القائمة على أساس بيولوجي هي عموماً أكثر تكلفة من الراتنجات القائمة على النفط، فعلى سبيل المثال، يكلف جيش تحرير السودان الضعف تقريباً من مستوى الأوكسي التقليدي، ولا يزال حجم الإنتاج صغيراً، والكثير من المواد المضافة القابلة للتحلل الأحيائي هي مواد كيميائية، ولكن يتوقع أن تتراجع التكاليف مع تزايد الطلب وتوسيع القدرة الإنتاجية، وقد تؤدي الحوافز الحكومية وضرائب الكربون إلى زيادة مستوى ميدان اللعب.

الهيكل التنظيمي والتأديبي

وتخضع المعاطف البحرية لأنظمة صارمة مثل الاتفاقية الدولية لمكافحة القاذورات الضارة التي وضعتها المنظمة البحرية الدولية، ويجب أن يثبت أي تفصيل جديد أنه فعال وآمن وأن منتجاته المعطلة غير سمية، وتواجه المعاطف القابلة للتحلل البيولوجي فحصا إضافيا: ما الذي يتحولون إليه بالضبط؟ وهل هناك مركبات وسيطة يمكن أن تكون خطرة؟ ويقوم المنظمان بوضع بروتوكولات جديدة للاختبارات لتقييم مصير البيئة.

التوافق مع الهياكل الأساسية القائمة

وتعود مساحات السفن والمتطوّعات إلى أساليب تطبيق محددة (الرش أو التدحرج أو الفرش) وظروف التصحيح، وتحتاج بعض المعاطف القابلة للتحلل الأحيائي إلى مذيبات مختلفة، أو حدود أقل لمراكز التحلل أو الخلط المتخصص، كما أن إعادة تدريب الرسامين والمعدات المعدلة تضيف تكلفة عالية، علاوة على أن المعاطف يجب أن تتقيد جيداً بمختلف المواصفات الفرعية (الصغيرة، والألومنيوم، والأليبرجيل).

الابتكارات التكنولوجية التي تُجرى في الميدان

وهناك عدة مجالات بحثية مثيرة تدفع المعاطف القابلة للتحلل الأحيائي إلى القدرة على البقاء تجاريا.

تعزيز التكنولوجيا النانوية

Incorporating nanoparticles of silica or titanium dioxide canميكانيكيally strengthen biodegradable polymers without compromising their eventual biodegradability. Nanocellulose, derived from wood or bacteria, is a particularly promising additdes that boosts hardness and barrier properties. Some researchers are also embedding stimuli-res

مفرقعات حيّة مع ميكروبس

وثمة نهج جذري ينطوي على خلق طلاءات تحتوي على البكتيريا أو الأنزيمات المفيدة التي تمنع الغضب بشكل فعال، فعلى سبيل المثال، يمكن أن يأوي المعاطف البكتيريا التي تنتج مركبات مضادة للقاذورات أو التي تستهلك المركبات العضوية التي تغذي الكائنات الحية التي تحتاج إلى أن تلحق بها، وهذه " الطلاءات الحية " ستتجدد ذاتياً وتحلل بيولوجياً بالكامل، وقد أظهرت النماذج الأولية وجود بعض التحديات في أماكن المختبرات.

الأحياء المُلهمة

وتضع هذه الأسطح في مضمارها جائحة أسماك القرش أو سطح أوراق اليانصيب، وتستخدم أجهزة نصية صغيرة ونانوية تجعل من الصعب على الكائنات الحية أن تقبض عليها، وعندما يقترن ذلك ببوليميرات قاعدية قابلة للتحلل الأحيائي (مثل السليكون المتقاطع مع أجزاء قابلة للتحلل)، يمكن أن توفر هذه الأسطح خصائص ممتازة للإشعاع دون أي مبيدات بيولوجية، كما أن المعطف يزيد من مساحة السطح بسرعة للتحلل.

آليات التحلل التدريجي

ومن أكثر الحلول اناقة تصميم المعاطف التي تكون مستقرة في مياه البحر أثناء التشغيل العادي ولكنها تتحلل بسرعة عندما تتعرض لبيئة مختلفة مثل المياه العذبة، أو درجات الحرارة المرتفعة، أو الانزيمات المطبقة أثناء الطين الجاف، مثلاً، يمكن أن يحتوي المعاطف على أجهزة البوليستر التي يمكن تحللها معملية تربطها ببطء بغسل المعاطف المائية في صلبة أساسية([FLT]).

المستقبل: السوق، والتنظيم، والاتجاهات الصناعية

وتقدر قيمة السوق العالمية لطلاءات القاذورات البحرية بما يزيد على ٥ بلايين دولار سنويا، ويتوقع أن تنمو مع ارتفاع نشاط الشحن البحري، ويتزايد جزء من تلك السوق من المعاطف " الملائمة للبيئة " ، التي تمثل حاليا نحو ٢٠ في المائة من المبيعات، وتأتي المعاطف القابلة للتحلل البيولوجي في هذا المجال، ولكن من المتوقع أن تتوسع حصتها بسرعة في توقع معدل نمو سنوي مركب يزيد على ١٥ - ١٨ في المائة.

سائقو الهيئات التنظيمية

وقد أصبحت القواعد الدولية أكثر صرامة، وقد أرغمت مجموعة الكبريت التي وضعتها المنظمة الدولية للأرصاد الجوية في عام 2020 على تغيير تركيبة الوقود، ومن المرجح أن تكون الحدود التالية حظرا أو تقييدا على المواد الأحيائية القائمة على النحاس، وقد فرضت السويد والدانمرك وكاليفورنيا بالفعل قيودا محلية، وتقوم الوكالة الأوروبية للمواد الكيميائية باستعراض مركبات النحاس تحت مركز البحوث المتعلقة بالمواد الكيميائية، التي يمكن أن تؤدي إلى حظر على نطاق أوروبا، ومن شأن هذه التحركات أن تعجل بشكل كبير باعتماد بدائل قابلة للتحلل الأحيائي.

وعلاوة على ذلك، تشجع المبادئ التوجيهية التي وضعتها المنظمة البحرية الدولية بشأن الحوسبة الأحيائية (MEPC.207(62)) على استخدام المعاطف التي تقلل إلى أدنى حد من نقل الأنواع الغازية، وتخفف المعاطف التي تزيل بسهولة أكبر في الطين الجاف من خطر الإغراق، مما يقلل بدوره من انتشار الكائنات الحية الغازية، وهذا الاستحقاق البيئي المزدوج يعزز الحالة بالنسبة لاعتمادها.

الالتزام الصناعي

وتثير الخطوط الرئيسية للشحن ومنتجات اليخت اهتماماً كبيراً، وقد جربت شركة مارزك المعاطف الخالية من الأيدي الأحيائية على عدة سفن، وقد أطلقت المجموعة البحرية النرويجية مجموعة من أجل تطوير المعاطف القابلة للتحلل الأحيائي للمياه القطبية، وتستثمر شركات تصنيع الطلاء مثل أكزونوبيل، وشركة هيمبل في مؤشر النتائج.

المستهلك والضغط العام

ومع أن صحة المحيطات تصبح شاغلا عاما، فإن الشركات التي تعمل السفن تواجه مخاطر سمعة من استخدام الطلاءات السمية، وتعطي المعاطف القابلة للتحلل البيولوجي قصة تتردد على: " سفننا لا تترك آثارا دائمة " . ومع ذلك، فإن هذه القيمة التسويقية، وإن كانت غير ملموسة، يمكن أن تتسارع بالتبني - خاصة فيما بين خطوط الرحلات البحرية والأساطيل وأسطول الصيد التي تعتمد على ثقة المارك.

الاستنتاج: من نيش إلى نورم

إن المسار المسبق ليس بدون عقبات، ولكن المسار واضح، فالطلاءات البحرية القابلة للتحلل البيولوجي تمثل أكثر من التحسين التقني - فهي تحول أساسي نحو المواد التي تتعايش مع النظم الإيكولوجية البحرية بدلا من تقويضها، وباستبدال الطلاءات السمية الثابتة بالبدائل العابرة والمتجددة، يمكن للصناعة البحرية أن تخفض إسهامها بشكل جذري في التلوث المتناهي الصغري والتلوث الكيميائي.

ولتحقيق هذا المستقبل، فإن استمرار الاستثمار في البحوث أمر أساسي، إذ يحتاج مالكو السفن إلى طلاءات لا تكون خضراء فحسب بل تكون فعالة من حيث التكلفة وموثوقة أيضاً، ويجب على المنظمين أن يقدموا معايير واضحة للتحلل البيولوجي والسمية، ويجب على الجمهور أن يواصل طلب خيارات مستدامة، وإذا ما تطابقت هذه القطع، فإن اليوم قد يأتي قريباً عندما يكون " قابل للتحلل " هو المواصفات غير الصحيحة للملاءات البحرية فحسب، بل لجميع المواد التي تمس المحيط.

[11] For further reading on the regulatory framework and scientific developments, refer to the IMO’s guidelines on antifouling systems ( IMO AFS Convention), the IUCN report on microplass from marine coatings