«الكيمياء» تُقدّم حلاً واعداً لنفايات «الموضة السريعة»

تتم إعادة تدوير 1 % فقط من بقايا الملابس عالمياً

الكيمياء تقدم حلاً أكثر واقعية لإعادة تدوير الألياف المتعددة (جامعة ديلاوير)
الكيمياء تقدم حلاً أكثر واقعية لإعادة تدوير الألياف المتعددة (جامعة ديلاوير)
TT

«الكيمياء» تُقدّم حلاً واعداً لنفايات «الموضة السريعة»

الكيمياء تقدم حلاً أكثر واقعية لإعادة تدوير الألياف المتعددة (جامعة ديلاوير)
الكيمياء تقدم حلاً أكثر واقعية لإعادة تدوير الألياف المتعددة (جامعة ديلاوير)

تُقدّم الموضة السريعة ملابس عصرية منخفضة التكلفة، لكنها تأتي على حساب البيئة من خلال إنتاج كميات هائلة من النفايات والتلوث البيئي. وتركز صناعة الموضة السريعة على إنتاج ملابس عصرية وحديثة لتلبية طلبات المستهلكين المتغيرة بسرعة، ويتميز هذا النموذج بالإنتاج السريع، والجودة والتكلفة المنخفضة، والتجديد المستمر، ما يجعل المنتجات متاحة لشريحة واسعة من المستهلكين، لكن بعمر افتراضي قصير. وتُنتج الموضة السريعة نحو 92 مليون طن من النفايات النسيجية سنوياً عالمياً، لكن أقل من 1 في المائة من هذه الكمية يتم إعادة تدويرها. ويعود ذلك جزئياً إلى أن معظم الأقمشة يحتوي على مزيج من الألياف مثل البوليستر والقطن أو النايلون وألياف السباندكس. ويتطلب إعادة تدويرها فرزاً وفصلاً لهذه الألياف المميزة، وهي عملية غير قابلة للتنفيذ يدوياً على نطاق صناعي.

حل بديلوتقدم الكيمياء حلاً بديلاً أكثر واقعية لإعادة تدوير الألياف المتعددة على نطاق كبير. وركز باحثون بجامعة ديلاوير الأميركية، على نهج كيميائي جديد يمكنه بفاعلية فصل البوليستر والنايلون والقطن والسباندكس، ما يعالج تحدياً رئيسياً في إعادة تدوير الأقمشة المختلطة.

وأضافوا في دراستهم المنشورة في عدد 3 يوليو (تموز) 2024، من دورية (Science Advances) أن هذه الاستراتيجية قابلة للتوسع وقد تساهم في تقليل نفايات «الموضة السريعة» في يوم من الأيام.

يقول الباحث المشارك بالدراسة الدكتور ديونيسيوس فلاشوس، أستاذ الطاقة والهندسة الكيميائية والبيولوجية الجزيئية بجامعة ديلاوير، إن التحديات الرئيسية للتعامل مع نفايات المنسوجات المختلطة تعود إلى تعقيد وتنوع المواد المستخدمة. وأضاف لـ«الشرق الأوسط»: «غالباً ما تحتوي المنسوجات على مجموعة متنوعة من الألياف مثل البوليستر والقطن والنايلون والسباندكس، وتتم معالجتها عادةً بالأصباغ والمواد المضافة، ما يجعل عمليات إعادة التدوير أكثر تعقيداً».

وأشار إلى أن إعادة التدوير الميكانيكية التي تتم عبر فرز النفايات وتنظيفها وتقطيعها وصهرها لتشكيل حبيبات أو رقائق، هي الطريقة الأكثر استخداماً، لكنها لا تتناسب مع المنسوجات متعددة الألياف أو المواد المضافة أو الملونات بشكل فعال، ما يؤدي إلى تدهور جودة الألياف وقيمتها.

طريقة فعالةوركزت الدراسة على تطوير طريقة كيميائية فعالة لإعادة تدوير مخلفات المنسوجات المختلطة الموجودة في مرافق إعادة التدوير ومدافن النفايات، من خلال عملية تحلل معتمدة على الحرارة بمساعدة الميكروويف وتستخدم عامل تحفيز من أكسيد الزنك.

وتمكنت هذه العملية، التي تستغرق 15 دقيقة فقط، من تفكيك البوليستر إلى مكونات مفيدة لصناعة الخيوط والراتنجات والمواد الليفية، وكذلك تحويل ألياف السباندكس إلى مكونات تستخدم في صناعة الرغوة البلاستيكية، وهي مادة مصنوعة من البلاستيك تتميز بتركيب خفيف ومرن، بالإضافة إلى الألياف الزجاجية.

وعند اختبار هذه الطريقة على مزيج من البوليستر والقطن والسباندكس والنايلون باستخدام مذيب حمضي، احتفظت العملية بسلامة القطن والنايلون. ولاحظ الفريق أن مثبطات اللهب والأصباغ تؤثر سلباً على العملية، لذا يوصون بإزالتها قبل إعادة التدوير.

ويشير فلاشوس إلى أن هذا النهج المبتكر يجعل إعادة تدوير نفايات المنسوجات المختلطة أسرع وأكثر فاعلية، ما يؤدي إلى إنتاج مواد معاد تدويرها عالية الجودة وصناعة نسيج أكثر استدامة. ويضيف أن تفكيك الألياف الاصطناعية بسرعة مع الحفاظ على الألياف الطبيعية يساعد في إنشاء صناعة نسيج أكثر استدامة ودائرية، حيث يمكن إعادة تدوير الملابس القديمة إلى مواد جديدة عالية الجودة، وهذه خطوة مهمة نحو تقليل الكمية الهائلة من نفايات المنسوجات في مدافن النفايات أو المحروقة.

ومن ناحية الآثار الاقتصادية، فإن توسيع نطاق هذه التكنولوجيا عالمياً أمر مجدٍ اقتصادياً ومفيد بيئياً، كما يمكن أن يخلق العديد من فرص العمل، وفق فلاشوس.

وباستخدام النمذجة الرياضية، توصل الباحثون إلى أن هذه الطريقة يمكن أن تكون اقتصادية وصناعية في المستقبل، ويمكن أن تساهم في تحقيق معدل تدوير عالمي للأقمشة يصل إلى 88 في المائة.



تقنية مبتكرة تزيد طاقة «خلايا الوقود»

صورة الفريق البحثي (الشرق الأوسط)
صورة الفريق البحثي (الشرق الأوسط)
TT

تقنية مبتكرة تزيد طاقة «خلايا الوقود»

صورة الفريق البحثي (الشرق الأوسط)
صورة الفريق البحثي (الشرق الأوسط)

يعتبر استخدام مصادر طاقة بديلة أمراً حيوياً؛ نظراً للتحديات البيئية والاقتصادية التي تواجه العالم الآن. ومن بين المصادر البديلة، يبرز الهيدروجين الأخضر وخلايا الوقود من الخيارات المبتكرة لتلبية احتياجات الطاقة المتزايدة، كما أنهما خياران نظيفان ومستدامان يقللان من انبعاثات الغازات الدفيئة ويحسنان من جودة الهواء.

خلايا الوقود

ويعزز استخدام الهيدروجين الأخضر وخلايا الوقود من تنويع مصادر الطاقة، ما يقلل الآثار السلبية للتقلبات في أسعار الطاقة.

في هذا السياق، قدمت دراسة حديثة، أجراها باحثون من جامعة تويوهاشي اليابانية بمشاركة باحث مصري، تقنية مبتكرة لتحسين أداء خلايا الوقود من خلال استخدام أسلاك نانومترية مغلفة بالبوليمرات الموصلة للبروتونات.

يقول الباحث المصري، محمد عبد القدوس، الذي كان يعمل باحثاً في قسم هندسة المعلومات الكهربائية والإلكترونية بجامعة تويوهاشي اليابانية، وانتقل الآن إلى جامعة كولومبيا البريطانية في كندا: «تتألف خلايا الوقود من قطبين، أحدهما مزود بمحفز لأكسدة الهيدروجين (الوقود) وتحويله إلى بروتونات وإلكترونات، حيث يتم مرور الإلكترونات في دائرة خارجية للاستفادة منها كطاقة كهربية لتحريك السيارات والسفن والطائرات».

ويضيف عبد القدوس لـ«الشرق الأوسط»: «أما البروتونات فتمر خلال غشاء موصل للكهرباء لتتفاعل على الطرف الآخر من الخلية مع الأكسجين والإلكترونات، حيث يتم إنتاج الماء؛ وعليه فالهيدروجين وقود نظيف ليس له أي انبعاثات كربونية ضارة بالبيئة».

ويوضح: «خلية الوقود هي بمنزلة البديل القادم لمحرك الديزل الذي يشتغل بالبنزين، في حين تعمل خلايا الوقود بالهيدروجين».

وسعت الدراسة لـ«تطوير أغشية توصيل البروتونات لزيادة كفاءة الخلية وخفض سعرها للاقتراب أكثر من مرحلة الإنتاج بأعداد كبيرة وزيادة تطبيقاتها في الصناعة»، وفق عبد القدوس.

وأظهرت النتائج التي توصلت إليها الدراسة أن استخدام الأسلاك النانومترية كـ«جسور صغيرة» لتوصيل البروتونات بعد تغليفها بالبوليمرات يزيد من قدرة توصيل البروتونات بشكل كبير، ما يؤدي إلى زيادة كثافة التيار الكهربي والطاقة المولدة من الخلايا.

ويشدد عبد القدوس على أن هذه التقنية «تساعد في تحسين كفاءة أنظمة الطاقة النظيفة، وتطوير تكنولوجيا السيارات الكهربائية، كما يمكن تطبيقها في مجالات الطاقة المتجددة».

تعزيز الكفاءة

ومن المتوقع، ووفق نتائج الدراسة، أن تسهم هذه التقنية في تعزيز قدرة خلايا الوقود على المنافسة مع أنظمة توليد الطاقة التقليدية، وتعزيز استدامة ونظافة عمليات توليد الطاقة. كما يمكن أن تفتح الباب أمام تطوير تقنيات جديدة لتحسين كفاءة تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية بشكل أكثر فعالية.

وشهد منتصف القرن التاسع عشر الميلادي اختراع أول خلية وقود هيدروجينية في إنجلترا على يد السير ويليام روبرت جروف. إلا أن عدم وجود جدوى اقتصادية لاستخدامها آنذاك أدى لأن يظل هذا الابتكار حبيس الأدراج.

وقبل أن تعود خلايا الوقود إلى دائرة الضوء مجدداً في ستينات القرن العشرين، طورت شركة «جنرال إلكتريك» خلايا تعمل على توليد الطاقة الكهربائية اللازمة للاستخدام في سفينتي الفضاء الشهيرتين «جيمني» و«أبولو»، بالإضافة إلى توفير مياه نقية صالحة للشرب لرواد الفضاء.

وتعد خلايا الوقود الآن من بين التقنيات الفعالة في تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية بكفاءة عالية، ما يسهم في تحسين كفاءة استخدام الطاقة... وهو ما يعلق عليه عبد القدوس: «تعكس نتائج هذه الدراسة تقدماً هاماً في مجال تكنولوجيا خلايا الوقود، وتعتبر خطوة مهمة نحو تحقيق أنظمة طاقة نظيفة ومستدامة»، مشدداً على أنه «يجب على الصناعة والباحثين الاهتمام بتطبيقات هذه التقنية الواعدة لتحقيق تحول حقيقي نحو استخدام الطاقة النظيفة في مختلف القطاعات».