طريقة مثلى لإنتاج «الفحم الحيوي» عبر «المخلفات الزراعية»

دراسة مصرية أكدت دوره في تحسين خصائص التربة وزيادة الإنتاجية

الفحم الحيوي يتم إنتاجه من المخلفات الزراعية (رويترز)
الفحم الحيوي يتم إنتاجه من المخلفات الزراعية (رويترز)
TT

طريقة مثلى لإنتاج «الفحم الحيوي» عبر «المخلفات الزراعية»

الفحم الحيوي يتم إنتاجه من المخلفات الزراعية (رويترز)
الفحم الحيوي يتم إنتاجه من المخلفات الزراعية (رويترز)

برز مؤخراً الاتجاه إلى تقنيات الزراعة الحيوية، بهدف تحسين جودة التربة وزيادة إنتاجية المحاصيل بطرق مستدامة، ومن بينها الفحم الحيوي أو «البايوشار» (Biochar)، الذي يعد أحد حلول الاستدامة، الهادفة إلى التخلص من المخلفات الزراعية، وتحويلها لمُحسنات للتربة، وتحسين إنتاجية المحاصيل والحفاظ على البيئة.

والفحم الحيوي هو مادة خفيفة الوزن غنية بالكربون، تُنتج من خلال عملية «التحلل الحراري»، الناتجة عن تسخين المواد العضوية مثل بقايا المواد الزراعية مختلفة، بما في ذلك قش الأرز ونشارة الخشب وقصب السكر وأوراق الأشجار، من دون وجود أكسجين، وإضافته إلى التربة ليجعلها أغنى وأكثر خصوبة.

ويعود أول استخدام معروف للفحم الحيوي إلى سكان الأمازون الذين اكتشفوا خصوبة قطعة أرض، مقارنة بالأراضي المجاورة؛ حيث تراكمت فيها بقايا الاحتراق البطيء للمخلفات الزراعية من المجتمعات القروية على طول النهر.

طريقة مثلى

وأجرى فريق بحثي مصري، دراسة حديثة، ركزت على الطريقة المثلى لإنتاج الفحم الحيوي، بهدف تحديد خواصه وفوائده بالنسبة للتربة، ونشرت النتائج في العدد الأخير من دورية «ساينتفك ريبورتس».

وتخضع طرق إنتاج الفحم الحيوي لعدة خطوات تبدأ بتقطيع المخلفات النباتية مثل نواتج التقليم أو بقايا المحاصيل لزيادة كفاءة الاحتراق، ووضعها في أفران معدنية خاصة وإغلاقها بإحجام، وتسخين الأفران على اللهب لساعات حتى تصل إلى درجات حرارة عالية بين 400 و700 درجة مئوية دون وجود أكسجين. وأخيراً، يتم إفراغ الفحم الحيوي بعد تبريده، ثم طحنه وتعبئته تمهيداً لاستخدامه في التربة.

الفحم الحيوي يؤثر بشكل إيجابي على خصوبة التربة (رويترز)

وتوجد حالياً أفران خاصة لإنتاج الفحم الحيوي يتم من خلالها التحكم في درجة الحرارة، للوصول بالمنتج إلى الخواص المطلوبة، كدرجة التماسك وكمية الفجوات الدقيقة والوزن.

ويشير الباحثون إلى أنه من خلال فهم كيفية تأثير المواد الأولية المختلفة ودرجات حرارة الانحلال الحراري على خصائص الفحم الحيوي، يمكن تحسين استخدامه في التطبيقات الزراعية المتنوعة.

ووجد فريق البحث أن إنتاج الفحم يتناقص مع زيادة درجة حرارة الانحلال الحراري، ويشير هذا إلى أن درجات الحرارة المرتفعة تنتج كميات أقل من الفحم الحيوي، لكن من المحتمل أن تكون ذات خصائص مفيدة أكثر تركيزاً. كما وجدوا أن الخصائص تختلف بناءً على المادة الخام ودرجة الحرارة، حيث أظهر كل نوع من أنواع الفحم الحيوي خصائص فريدة اعتماداً على نوع المخلفات المنتجة منه، ودرجة حرارة المعالجة، وتؤثر هذه الاختلافات على كيفية تفاعل الفحم الحيوي مع التربة وتؤثر على نمو النبات.

وباستخدام مواد النفايات الزراعية مثل قش الأرز ونشارة الخشب وبقايا نباتات قصب السكر وأوراق الأشجار لإنتاج الفحم الحيوي، تسلط الدراسة الضوء على إمكانية استخدام النفايات العضوية لأغراض مستدامة، وهذا يتوافق مع مبادئ إدارة النفايات والاستخدام المستدام للموارد.

ووجد الباحثون أن الفحم الحيوي يمكن أن يكون بمثابة مصدر للكربون العضوي والمواد المغذية الأساسية لنمو النبات، بما في ذلك النيتروجين الكلي، ومحتوى البوتاسيوم. كما يمكن أن يكون لاستخدام الفحم الحيوي في تحسين التربة مقارنة بالأسمدة التجارية الأخرى، آثار على الحد من التأثير البيئي للممارسات الزراعية، وفق الباحثين.

تعديل واعد للتربة

وسلطت الدراسة الضوء على الفوائد الزراعية المحتملة للفحم الحيوي كتعديل واعد للتربة لزيادة الإنتاجية الزراعية. وأشار الباحثون إلى قدرة الفحم الحيوي على التأثير بشكل إيجابي على خصوبة التربة، واحتباس الماء، ومحتوى العناصر الغذائية، وبالتالي تعزيز نمو النبات وصحة التربة بشكل عام.

ووفق النتائج، يتمتع الفحم الحيوي بالقدرة على المساهمة في احتجاز الكربون بالتربة على المدى الطويل، والتخفيف من آثار تغير المناخ. وبدأ العلماء وصانعو السياسات في إدراك الدور المهم الذي يلعبه الفحم الحيوي في الحد من انبعاثات الغازات الدفيئة، وتخفيف النفايات، وتطبيقه كتعديل للتربة.

يقول الدكتور عادل البهنساوي، الباحث المشارك بالدراسة من قسم الهندسة الزراعية والنظم الحيوية، بكلية الزراعة جامعة بنها في مصر، إن استخدام الفحم الحيوي يمكن أن يعود بفوائده للتربة والعملية الزراعية؛ أبرزها تحسين خصوبة التربة، والمساعدة في الاحتفاظ بالماء والعناصر الغذائية بالتربة.

وأضاف لـ«الشرق الأوسط»، أن عشرات الأبحاث أجريت على الفحم الحيوي كشفت فوائده في تحسين بنية التربة والمساعدة في امتصاص العناصر الغذائية من التربة واستخدامها بكفاءة، بالإضافة لتحفيز نمو النباتات ويزيد من إنتاجها، كما أنه يقلل من تلوث المياه الناتج عن الأسمدة والمبيدات الحشرية.

وأشار إلى أن الفحم الحيوي لم ينتشر حتى الآن، على نطاق تجاري وفي الممارسات الزراعية بمصر، وما زالت استخداماته قيد البحث والتجربة.

وبشكل عام، توفر نتائج الدراسة نظرة ثاقبة حول الفوائد المحتملة للفحم الحيوي للإنتاجية الزراعية، واستخدام النفايات، والاستدامة البيئية.


مقالات ذات صلة

استنشاق هواء نيودلهي يعادل تدخين 50 سيجارة يومياً

يوميات الشرق رجل يركب دراجة نارية وسط ضباب كثيف بالقرب من نيودلهي (إ.ب.أ)

استنشاق هواء نيودلهي يعادل تدخين 50 سيجارة يومياً

مع تفاقم الضباب الدخاني السام الذي يلف نيودلهي هذا الأسبوع، فرضت السلطات في العاصمة الهندية مجموعة من القيود الأكثر صرامة على حركة المركبات والسكان.

«الشرق الأوسط» (نيودلهي)
يوميات الشرق النسخة الأولى من المعرض والمنتدى الدولي لتقنيات التشجير أقيمت في 2022 (واس)

السعودية تنظِّم «المعرض والمنتدى الدّولي لتقنيات التّشجير»

يهدف المعرض إلى الاستفادة من التّقنيات الحديثة في تشجير البيئات الجافة وتدهور الأراضي، وإتاحة منبرٍ لمناقشة المشكلات البيئية الحالية، والبحث عن حلول لها.

«الشرق الأوسط» (الرياض)
يوميات الشرق دجاج (أ.ف.ب)

الدجاجة أم البيضة؟ علماء يتوصلون أخيراً إلى إجابة لغز «من الذي جاء أولاً»

قالت صحيفة إندبندنت البريطانية إن علماء من جامعة جنيف قدموا، في دراسة، إجابة للغز الشائع «مَن الذي جاء أولاً الدجاج أم البيضة؟» استندت إلى اكتشاف كائن حي متحجر.

«الشرق الأوسط» (لندن)
الاقتصاد جانب من التحضيرات للجلسة الافتتاحية لقمة «مجموعة العشرين» في ريو دي جانيرو الاثنين (أ.ف.ب)

وزير البيئة السعودي: المملكة تركز على أهمية معالجة تحديات الأمن الغذائي

نوّه وزير البيئة والمياه والزراعة السعودي المهندس عبد الرحمن الفضلي، بريادة المملكة في دعم جهود «مجموعة العشرين»، لتحقيق أهداف تحديات الأمن الغذائي.

«الشرق الأوسط» (ريو دي جانيرو)
الاقتصاد رئاسة «كوب 16» الرياض ستخصص منطقة خضراء لتنظيم 7 أيام للمحاور الخاصة لتحفيز العمل العالمي لمواجهة تحديات تدهور الأراضي والجفاف والتصحر (الشرق الأوسط)

تحديد 7 أيام في «المنطقة الخضراء» بـ«كوب 16» لتقديم حلول تدهور الأراضي

أعلنت رئاسة «كوب 16» عن إقامة منطقة خضراء وتنظيم 7 أيام للمحاور الخاصة، مشيرة إلى أن هذا البرنامج غير المسبوق يأتي في إطار الجهود التي تبذلها السعودية.

«الشرق الأوسط» (الرياض) «الشرق الأوسط» (الرياض)

​الذكاء الاصطناعي في علاج جذور الأسنان

​الذكاء الاصطناعي في علاج جذور الأسنان
TT

​الذكاء الاصطناعي في علاج جذور الأسنان

​الذكاء الاصطناعي في علاج جذور الأسنان

حقق الذكاء الاصطناعي تقدماً كبيراً في اكتشاف وتوقع جوانب مختلفة في علاج جذور الأسنان المسماة من قِبل عامة الجمهور بـ«حشوات العصب» Endodontics.

الذكاء الاصطناعي يرصد جذر الأسنان

في مجال الاكتشاف، تم استخدام الذكاء الاصطناعي لتحديد الآفات والخراجات حول قمة جذور الأسنان، وكسر التاج والجذر، وتحديد طول الجذر، وكشف تشريح الجذور والقنوات. تشمل مهام التنبؤ تقدير الحاجة إلى إعادة العلاج. تُعد الخراجات حول قمة جذور الأسنان، شائعة وتُشكّل تحديات في التشخيص وتخطيط العلاج للأطباء. ويمكن أن يُحسّن التعرف المبكر على هذه الآفات من نتائج العلاج من خلال منع انتشار المرض إلى الأنسجة المحيطة.

إن علاج جذور الأسنان أو حشوات العصب، المعروف أيضاً باسم «علاج العصب»، فرع من فروع طب الأسنان يركز على تشخيص، ومعالجة أمراض لب الأسنان (العصب) والجذور.

يتضمن هذا العلاج إزالة اللب التالف أو المصاب داخل السن (لب السن المحتوي على العصب والشريان والوريد والأوعية اللمفاوية وكثير من الخلايا لكن الكل يسمي اللب بالعصب!)، وتنظيف وتعقيم القنوات الجذرية، ثم حشوها بمواد طبية خاصة لمنع العدوى المستقبلية، وحماية الأسنان من مزيد من التلف.

أهمية علاج جذور الأسنان

- تخفيف الألم: يساعد علاج الجذور في تخفيف الألم الشديد الناتج عن التهابات العصب، إذ قالت العرب: «لا ألم إلا ألم الضرس».

- إنقاذ الأسنان: يمكن أن يمنع العلاج الفقدان الكامل للسن المتضررة، مما يحافظ على الأسنان الطبيعية بدلاً من اللجوء إلى التعويضات الصناعية.

- منع العدوى: العلاج الفوري والعناية الجيدة تمنعان انتشار العدوى إلى الأنسجة المحيطة والعظام، وقد تم تسجيل بعض حالات الوفاة من انتقال الصديد من خراجات الأسنان إلى الدورة الدموية.

وحسب المكتب العربي في منظمة الصحة العالمية فإن هناك أكثر من 130 مليون عربي بالغ يعانون من تسوس أو نخر الأسنان، ونسبة كبيرة منهم ستحتاج إلى حشوات العصب.

الذكاء الاصطناعي يسابق جراحي الأسنان

* رصد الخراجات: أجرى العالم البريطاني أندرياس وزملاؤه دراسة مقارنة ما بين أداء خوارزمية الذكاء الاصطناعي و24 جراح فم ووجه في اكتشاف الخراجات حول قمة جذور الأسنان على الأشعة البانورامية. وخلصت الدراسة إلى أن خوارزميات الذكاء الاصطناعي القائمة على التعلم العميق تفوقت على بعض الجراحين. وبالمثل، أظهرت دراسة أخرى أن نماذج الشبكات العصبية التلافيفية CNN، (وهي من مكونات الذكاء الاصطناعي المستلهمة من العصب البصري لتحديد الأشكال)، أدت أداءً أفضل من ثلاثة أطباء استشاريي أشعة فم ووجه، في اكتشاف الخراجات حول قمة جذور الأسنان أثناء المحاكاة على الأشعة داخل الفم.

وفي دراسة أخرى نشرت في مجلة «طب الأسنان» البريطانية أخيراً، استخدم العالم أورهان وزملاؤه أكثر من 100 أشعة مقطعية للأسنان لاختبار نظام الذكاء الاصطناعي، وذكروا دقة اكتشاف عالية مقارنة باختصاصي الأشعة.

تشخيص كسور الجذور وأطوالها

* تشخيص كسور الجذور الأفقية والعمودية: وهو مهمة تتطلب الخبرة، ويفشل تقريباً 75 في المائة من الأطباء في تحديدها على الأشعة. تم تطوير نماذج من الذكاء الاصطناعي لاكتشاف كسور الجذور تلقائياً على الصور الشعاعية للأسنان ثنائية وثلاثية الأبعاد.

أظهرت دراسة لفوكودا وزملائه أن الذكاء الاصطناعي يمكن أن يكون أداة واعدة لتشخيص الكسور الجذرية العمودية على الأشعة البانورامية. وأظهرت دراسة أخرى للدكتور جوهاري من «هارفارد» وزملائه أداءً ممتازاً باستخدام خوارزمية الذكاء الاصطناعي للكشف عن الكسور الجذرية العمودية بدقة 96.6 في المائة.

* تحديد طول الجذر بدقة: خطوة حاسمة لنجاح علاج قناة الجذر أو حشوات العصب، حيث إن 60 في المائة من فشل علاج حشوات العصب بسبب عدم الحساب الدقيق لطول قناة العصب، ما يؤدي إلى قصر أو زيادة الحشوة، ويؤدي بدوره إلى فشل العلاج، وتفاقم الخراج مع خطورة ذلك.

أظهرت الدراسات أن الشبكات العصبية الاصطناعية (وهي من مكونات الذكاء الاصطناعي) يمكن استخدامها لتحديد طول الجذر بدقة. أبلغ الدكتور ساغيري وزملاؤه في بحث منشور أخيراً في مجلة «طب الأسنان» الأميركية أن الذكاء الاصطناعي يمكن استخدامه أداة إضافية لتحديد موقع خروج العصب من قمة جذر الأسنان، وقد أثبت ذلك عدم وجود فروق في قياسات طول الجذر عند مقارنة الذكاء الاصطناعي مع القياسات الفعلية بعد إجراء القياسات الفعلية.

معدلات نجاح عالية

وهكذا فقد أظهرت خوارزميات الذكاء الاصطناعي القائمة على CNN معدلات نجاح عالية في الكشف التلقائي عن الأسنان وتجزئتها على الأشعة ثنائية وثلاثية الأبعاد.

ويتمتع الذكاء الاصطناعي بمستوى عالٍ، مقارنة بالمراقبين البشريين، ولكن مع أوقات معالجة أسرع بكثير. وبما أن تحديد تشريح الجذور والقنوات هو أمر ضروري لنجاح علاج قناة الجذر، فإن لدى تطبيقات الذكاء الاصطناعي القدرة على المساهمة في هذه المهام.

*رئيس جمعية الذكاء الاصطناعي بطب الأسنان في الشرق الأوسط.

حقائق

130 مليون عربي بالغ يعانون من تسوس أو نخر الأسنان ونسبة كبيرة منهم ستحتاج إلى حشوات العصب