مع التحسين المستمر للوعي العالمي لحماية البيئة والطلب العاجل بشكل متزايد على التنمية المستدامة ، تواجه المواد التقليدية العديد من التحديات ، وظهرت المواد الصديقة للبيئة كمواد بيولوجية ناشئة. توضح هذه المقالة خصائص وبحوث وتطويرها ووضع الإنتاج للمواد الصديقة للبيئة ، وتحلل بعمق آفاق تطبيقاتها في التغليف والمنسوجات والبناء والزراعة وغيرها مواد.
1. مقدمة
في عصر اليوم ، أصبحت القضايا البيئية واحدة من العوامل الرئيسية التي تقيد تطور المجتمع البشري. تسببت المواد التقليدية مثل البلاستيك والألياف الكيميائية في سلسلة من المشكلات الخطيرة مثل نقص الموارد ، واستهلاك الطاقة العالية ، والتلوث الأبيض أثناء الإنتاج والاستخدام ومعالجة النفايات. على هذه الخلفية ، من الضروري العثور على مواد بديلة قابلة للتجديد وقابلة للتحلل وصديقة للبيئة. كمحصول غذائي مهم يزرع على نطاق واسع في العالم ، تم العثور على منتجات القمح الثانوية في عملية المعالجة ، مثل قش القمح ونخالة القمح ، لتطوير المواد الضخمة. يتم ظهور المواد الصديقة للبيئة التي تحولها التقنيات المبتكرة تدريجياً ويتوقع أن تعيد تشكيل أنماط صناعية متعددة.
2. نظرة عامة علىمواد صديقة للبيئة
مصادر ومكونات المواد الخام
القمح مواد صديقة للبيئة مشتقة بشكل رئيسيقش القمحو BRAN. قش القمح غني بالليلووز والهيميسيلولوز واللجنين ، وتوفر هذه البوليمرات الطبيعية الدعم الهيكلي الأساسي للمادة. السليلوز لديه خصائص القوة العالية والبلورة العالية ، مما يعطي صلابة المواد ؛ من السهل نسبيا من هيميسيلولوز التحلل ويمكن أن يحسن أداء المعالجة ؛ اللجنين يعزز الصلابة ومقاومة الماء للمادة. نخالة القمح غنية بالألياف الغذائية والبروتين وكمية صغيرة من الدهون والمعادن ، وما إلى ذلك ، والتي يمكن أن تكمل نقص مكونات القش وتحسين أداء المواد ، مثل تحسين المرونة وخصائص السطح ، مما يجعلها أكثر ملاءمة لتكنولوجيا المعالجة المتنوعة.
عملية التحضير
حاليًا ، تغطي عملية إعداد القمح الصديقة للبيئة الطرق الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية. الأساليب المادية مثل التكسير الميكانيكي وقالب الضغط الساخن ، والتي تسحق القش ثم تشكلها تحت درجة حرارة عالية وضغط عالي ، سهلة العمل ومنخفضة التكلفة. غالبًا ما يتم استخدامها لإعداد المنتجات الأولية مثل أدوات المائدة واللوحات التي يمكن التخلص منها ؛ تشمل الطرق الكيميائية تفاعلات الإسترالي والإيثرات ، والتي تستخدم الكواشف الكيميائية لتعديل التركيب الجزيئي للمواد الخام لتحسين التصاق ومقاومة المياه للمواد لتلبية متطلبات أعلى لتطبيقات التغليف والمنسوجات ، ولكن هناك خطر من بقايا الكاشف الكيميائي ؛ تستخدم الأساليب البيولوجية الكائنات الحية الدقيقة أو الإنزيمات لتدهور وتحويل المواد الخام. هذه العملية خضراء ولطيفة ، ويمكن تحضير مواد غرامة ذات قيمة عالية. ومع ذلك ، فإن دورة التخمير الطويلة والتكلفة العالية لمستحضرات الإنزيم تحد من التطبيقات واسعة النطاق ، ومعظمها في مرحلة البحث والتطوير في المختبر.
3. مزايا القمح الصديقة للبيئة
الود البيئي
من منظور تقييم دورة الحياة ، أظهرت المواد الصديقة للبيئة مزاياها. تمتص عملية نمو المواد الخام ثاني أكسيد الكربون وتطلق الأكسجين ، مما يساعد على تخفيف تأثير الدفيئة ؛ تتميز عملية الإنتاج بانخفاض استهلاك الطاقة ، مما يقلل بشكل كبير من الاعتماد على الطاقة الأحفورية مقارنة بتوليف البلاستيك القائم على البترول ؛ تعتبر معالجة النفايات بعد الاستخدام بسيطة ، ويمكن تحللها بسرعة في البيئة الطبيعية ، والتي تتحلل عمومًا إلى ماء غير ضار وثاني أكسيد الكربون والكربون في غضون أشهر قليلة إلى بضع سنوات ، وحل المشكلات البيئية بشكل فعال مثل تلوث التربة والمنزل المائي الناجم عن "عدم التآكل المائة عام" للبلاستيك التقليدي.
قابلية تجديد الموارد
كمحصول سنوي ، يتم زراعة القمح على نطاق واسع ولديه ناتج عالمي ضخم كل عام ، والذي يمكن أن يوفر بشكل مستمر وثبات مواد خام كافية لإعداد المواد. على عكس الموارد غير المتجددة مثل النفط والفحم ، طالما أن الإنتاج الزراعي مخطط له بشكل معقول ، فإن المواد الخام القمح لا تنضب تقريبًا ، مما يضمن سلسلة التوريد طويلة الأجل لصناعة المواد ، ويقلل من المخاطر الصناعية الناجمة عن استنفاد الموارد ، وتوافق مع مفهوم الاقتصاد الدائري.
أداء فريد
المواد الصديقة للبيئة لها عزل جيد للحرارة وخصائص عزل الصوت ، والتي يتم اشتقاقها من بنية الألياف المسامية الداخلية. يملأ ذلك الهواء لتشكيل حاجز طبيعي ، له مزايا كبيرة في مجال لوحات عزل البناء ؛ في الوقت نفسه ، تكون المادة خفيفة في الملمس ولها كثافة نسبية منخفضة ، مما يقلل من وزن المنتج ويسهل النقل والاستخدام. على سبيل المثال ، في مجال تغليف الفضاء ، يقلل التكاليف مع ضمان أداء وقائي ؛ بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يحتوي أيضًا على بعض الخصائص المضادة للبكتيريا. المكونات الطبيعية في قش القمح ونخالة القمح لها تأثير مثبط على نمو بعض الكائنات الحية الدقيقة ، وتوسيع عمر المنتج للمنتج ، وله آفاق واسعة في تطبيقات تغليف الأغذية.
4. حقول التطبيقات من المواد الصديقة للبيئة
صناعة التغليف
في مجال العبوة ، تحل المواد الصديقة للبيئة محل التعبئة والتغليف البلاستيكية التقليدية تدريجياً. فيما يتعلق بأدوات المائدة التي يمكن التخلص منها ، والألواح ، وصناديق الغداء ، والقش ، وما إلى ذلك ، تتشابه مصنوعة من قش القمح إلى البلاستيك ، ولكنها غير سامة ولا طعم لها ، ولا تطلق مواد كيميائية ضارة عند تسخينها ، تلبية احتياجات توصيل الطعام. بدأت بعض شركات تقديم الطعام في السلسلة الكبيرة في محاولة الترويج لها ؛ في التعبئة السريعة ، يتم استخدام مواد الوسائد والأظرف والكرهات المصنوعة منها لملء البطانة ، التي لها أداء جيد للوسادة ، وتحمي البضائع وتتحلل في نفس الوقت ، مما يقلل من تراكم القمامة السريعة. قامت منصات التجارة الإلكترونية والشركات السريعة بتجربةها ، ومن المتوقع أن تعيد تشكيل نظام التغليف الخضراء اللوجستية.
صناعة النسيج
يتم استخراج ألياف السليلوز من قش القمح ونخالة القمح ، ويتم معالجتها في نوع جديد من نسيج النسيج من خلال عملية غزل خاصة. هذا النوع من القماش ناعم وصديق للبشرة ، قابل للتنفس ، وله امتصاص رطوبة أفضل من القطن النقي. إنه جاف ومريح للارتداء ، وله لونه الطبيعي والملمس. لها قيمة جمالية فريدة وظهرت في حقول الأزياء الراقية والمفروشات المنزلية. أطلقت بعض ماركات الأزياء ملابس محدودة من ألياف القمح ، والتي جذبت انتباه السوق وحققت حيوية في تطوير الأزياء المستدامة.
صناعة البناء
كمواد عازلة في البناء ، من السهل تثبيت الألواح الصديقة للبيئة ، وتأثير العزل مماثل لتلك الخاصة بألواح البوليسترين التقليدية ، ولكن بدون مخاطر الاشتعال الأخيرة ومخاطر إطلاق الغاز السامة ، وتحسين السلامة من الحرائق في المباني ؛ في الوقت نفسه ، يتم استخدامها للزينة الداخلية ، مثل الألواح والسقوف الزخرفية على الحائط ، لإنشاء جو طبيعي ودافئ ، ويمكن أيضًا ضبط الرطوبة الداخلية ، وامتصاص الروائح ، وخلق بيئة معيشة صحية. تبنتها بعض مشاريع مظاهرة البناء البيئي بكميات كبيرة ، مما يؤدي إلى اتجاه مواد البناء الخضراء.
المجال الزراعي
في الإنتاج الزراعي ، تلعب أواني الشتلات والمهاد من المواد الصديقة للبيئة دورًا مهمًا. يمكن أن تتحلل أواني الشتلات بشكل طبيعي ، وليس هناك حاجة لإزالة الأواني عند زرع الشتلات ، وتجنب تلف الجذر وتحسين معدل البقاء على قيد الحياة ؛ يغطي المهاد القابل للتحلل الأراضي الزراعية ، ويحتفظ بالرطوبة ويزيد من درجة الحرارة لتعزيز نمو المحاصيل ، ويتحلل نفسه بعد انتهاء موسم النمو ، دون التأثير على زراعة المحاصيل التالية ، وحل مشكلة بقايا المهاد البلاستيكية التقليدية التي تلوث التربة وتعطي العمليات الزراعية ، وتعزيز التنمية الزراعية المستدامة.
خامسا التحديات التي تواجهها تطوير مواد صديقة للبيئة
الاختناقات الفنية
على الرغم من التقدم في البحث والتطوير ، لا تزال الصعوبات التقنية موجودة. أولاً ، تحسين أداء المواد. فيما يتعلق بتحسين القوة ومقاومة المياه لتلبية سيناريوهات الاستخدام المعقد ، لا يمكن للتقنيات الحالية موازنة التكلفة والأداء ، مما يقيد توسيع التطبيقات الراقية. ثانياً ، إن عملية الإنتاج غير مستقرة ، ويؤدي تقلب مكونات المواد الخام على دفعات مختلفة إلى جودة المنتج غير المتكافئة ، مما يجعل من الصعب تحقيق إنتاج موحد واسع النطاق ، مما يؤثر على ثقة الاستثمار في الشركات وتعزيز السوق.
عوامل التكلفة
في الوقت الحاضر ، فإن تكلفة القمح الصديقة للبيئة أعلى من تكلفة المواد التقليدية. في مرحلة جمع المواد الخام ، تنتشر Straw ، نصف قطر التجميع كبير ، والتخزين صعب ، مما يزيد من تكاليف النقل والتخزين ؛ في مرحلة الإنتاج ، تعتمد المعدات المتقدمة على الواردات ، ومستحضرات الإنزيم البيولوجي وكواشف التعديل الكيميائي باهظة الثمن ، وعلى الرغم من أن استهلاك طاقة الإنتاج منخفض نسبيًا ، إلا أنه لا يزال يمثل نسبة كبيرة من التكلفة ؛ في المرحلة المبكرة من ترويج السوق ، لم يتم تشكيل تأثير المقياس ، ولا يمكن تقليل تكلفة منتج الوحدة. إنه في وضع غير مؤات في التنافس مع مواد تقليدية منخفضة الأسعار ، مما يعوق المستهلكين والمؤسسات من الاختيار.
الوعي في السوق والقبول
اعتاد المستهلكون منذ فترة طويلة على المواد والمنتجات التقليدية ، ولديهم معرفة محدودة بالمواد الصديقة للبيئة. إنهم قلقون بشأن متانتهم وسلامتهم ، وليس لديهم استعداد ضئيل للشراء ؛ على جانب المؤسسة ، تكون محدودة بالمخاطر التقنية والمخاطر الفنية وتتوخى الحذر بشأن التحول إلى مواد جديدة. على وجه الخصوص ، تفتقر الشركات الصغيرة والمتوسطة الحجم إلى صناديق البحث والتطوير ، ومن الصعب المتابعة في الوقت المناسب ؛ بالإضافة إلى ذلك ، فإن السلسلة الصناعية المصب غير مجهزة جيدًا ، وهناك نقص في مرافق إعادة التدوير والعلاج المهنية ، والتي تؤثر على إعادة تدوير منتجات النفايات ، وبالتالي تمنع توسيع السوق الأمامية للمواد.
السادس. استراتيجيات الاستجابة وفرص التنمية
تعاون الأبحاث في الصناعة-الجامعة لاختراق التكنولوجيا
يجب أن تعمل الجامعات ومؤسسات البحث العلمي والمؤسسات عن كثب. يجب على الجامعات أن تلعب بشكل كامل مزاياها في البحث الأساسي واستكشاف آليات تعديل المواد الجديدة ومسارات التحول الحيوي ؛ يجب أن تركز مؤسسات البحث العلمي على تحسين العملية ، وأن تنفذ بشكل مشترك إنتاج تجريبي مع الشركات للتغلب على مشكلات الاستقرار التقنية ؛ يجب أن توفر المؤسسات الأموال وردود الفعل في السوق لتسريع تصنيع نتائج البحوث العلمية ، مثل إنشاء مراكز للبحث والتطوير المشتركة ، ويجب على الحكومة التوفيق بين وتوفير الدعم السياسي لتعزيز التكرار التكنولوجي والترقية.
دعم السياسة يقلل من التكاليف
قدمت الحكومة سياسات الدعم لتوفير إعانات النقل لجمع المواد الخام لتقليل تكاليف اللوجستية ؛ يوفر جانب الإنتاج إعفاءات ضريبية لشراء المعدات وأبحاث وتطوير التكنولوجيا الجديدة لتشجيع المؤسسات على تحديث التكنولوجيا ؛ تُمنح المؤسسات المصب التي تستخدم المواد الصديقة للبيئة ، مثل شركات التعبئة والتغليف والبناء ، إعانات المشتريات الخضراء لتحفيز الطلب على السوق ، ومن خلال دعم السلسلة الصناعية بأكملها ، تساعد في تقليل التكاليف وتضييق الفجوة في الأسعار بالمواد التقليدية.
تعزيز الدعاية وتعزيز الوعي
استخدم وسائل الإعلام والمعارض وأنشطة العلوم الشعبية لنشر مزايا وحالات تطبيق القمح الصديقة للبيئة من خلال قنوات متعددة ، وعرض شهادة سلامة المنتجات ومتانة ، والتخلص من مخاوف المستهلك ؛ توفير إرشادات التدريب الفني والتحول للمؤسسات ، ومشاركة تجارب الحالات الناجحة ، وتحفيز حماس الشركات ؛ إنشاء معايير الصناعة وأنظمة تحديد المنتجات ، وتوحيد السوق ، وتجعل من السهل على المستهلكين والمؤسسات تحديد والثقة ، وإنشاء بيئة صناعية جيدة ، والاستيلاء على فرص سوق الاستهلاك الأخضر والتنمية المستدامة.
السابع. التوقعات المستقبلية
من خلال الابتكار التكنولوجي المستمر ، والتحسين المستمر للسياسات ، وتحسين الوعي في السوق ، من المتوقع أن تدخل المواد الصديقة للبيئة في التنمية المتفجرة. في المستقبل ، ستولد مواد القمح المركبة عالية الأداء ، مما يدمج مزايا المواد الطبيعية أو الاصطناعية المختلفة ، والتوسع إلى حقول عالية التقنية مثل السيارات والإلكترونيات ؛ ستظهر مواد القمح الذكية الملموسة ، والمراقبة في الوقت الفعلي للبيئة ونضارة الطعام ، وتمكين العبوة الذكية والمنازل الذكية ؛ سيتم تشكيل المجموعات الصناعية ، وستتطور السلسلة بأكملها من زراعة المواد الخام ، ومعالجة المواد لإعادة تدوير المنتجات بطريقة منسقة ، وتحقيق استخدام الموارد الفعال وزيادة الفوائد الصناعية ، وتصبح القوة الأساسية لصناعة المواد الخضراء العالمية ، ووضع أساس مادة صلبة للازدهار المستدام للمجتمع البشري.
الثامن. خاتمة
أظهرت المواد الصديقة للبيئة ، مع مزاياها البيئية والموارد والأداء المتميزة ، احتمالات واسعة في العديد من المجالات. على الرغم من أنهم يواجهون حاليًا العديد من التحديات مثل التكنولوجيا والتكلفة والسوق ، إلا أنه من المتوقع أن يخترقوا الصعوبات من خلال الجهود المتضافرة لجميع الأطراف. إن اغتنام الفرصة للتطوير بقوة لن يحل الأزمة البيئية التي تسببها المواد التقليدية فحسب ، بل ستولد أيضًا الصناعات الخضراء الناشئة ، وتحقيق وضع مربح للجانبين في الحماية الاقتصادية وحماية البيئة ، وفتح حقبة جديدة في مجال المواد ، وخلق منزل إيكولوجي أفضل للأجيال القادمة.