معهد فراونهوفر للمواد والأنظمة وشركة DEUREX يطوّران شموعًا حيوية الأساس، بنسبة إضافة 1.5% فقط تؤثر في خصائص PBS

أخبار ar.wedoany.com، طوّر معهد فراونهوفر للبنية الدقيقة للمواد والأنظمة (Fraunhofer Institute for Microstructure of Materials and Systems, IMWS) بالتعاون مع شركة DEUREX AG نوعًا جديدًا من البلاستيك الحيوي القابل للتحلل البيولوجي بالكامل، ويمكن استخدامه كحل جاهز للتطبيق (drop-in) بديلًا عن التطبيقات البلاستيكية الحالية. يأتي هذا الإنجاز ضمن مشروع تحالف WIR! "BioZ – ابتكارات حيوية من تسايتس وألمانيا الوسطى"، ويعمل BioZ في الوقت نفسه كمركز كفاءة داخل الشبكة الفوقية TransBIB. تربط TransBIB بين الشركات والمؤسسات البحثية ومراكز الابتكار في مجال الاقتصاد الحيوي الصناعي، وتهدف إلى تسريع نقل التقنيات الحيوية إلى التطبيقات الصناعية.

يتمثل جوهر المشروع في تطوير معدّلات أداء شمعية حيوية الأساس (biomers) لتحل محل المعدّلات البتروكيماوية المستخدمة حاليًا في الصناعة. تتميز هذه الشموع بقابليتها للتحلل البيولوجي، ويمكن إنتاجها على نطاق صناعي من المواد الخام المتجددة. يهدف البحث إلى الاستعاضة الجزئية أو الكلية عن معدّلات الأداء البتروكيماوية في المواد البوليمرية، مع تطوير تركيبات جديدة موجهة لتطبيقات التغليف الحيوي. تُعد المركبات البلاستيكية المستخدمة في شبكات تغليف الفواكه والخضروات أحد مجالات التطبيق الرئيسية، حيث يحاول المشروع استبدال البوليمرات التقليدية جزئيًا أو كليًا بالبوليمرات الحيوية الهندسية، دون فقدان قابلية المعالجة أو خصائص المنتج.

يتميز هذا النهج بمرونة عالية. فمن خلال استخدام المعدّلات الحيوية، يمكن للباحثين ضبط خصائص المعالجة للبوليمرات الحيوية مثل بولي بوتيلين سكسينات (PBS) بشكل موجّه، سواء بزيادة اللزوجة أو خفضها. كما يتحسن تشتت الحشوات الإضافية (مثل الملونات)، ولا تتأثر قابلية التحلل البيولوجي للنظام بأكمله. لا توجد حاليًا أي تقنية منصّة معروفة مماثلة تعتمد على المواد الخام المتجددة.

تعتمد معظم المعدّلات المتوفرة في السوق على الشموع البتروكيماوية أو البوليمرات المشتركة المطعّمة (graft copolymers)، مما يحد من ملاءمتها للتطبيقات القابلة للتحلل البيولوجي. صُمم النهج الجديد مع مراعاة التوافق مع العمليات الصناعية القائمة، حيث يمكن معالجة المعدّلات الحيوية مباشرة على المعدات الحالية، مما يوفر مسارًا مباشرًا نسبيًا للتحول المستدام لأنظمة البلاستيك القائمة.

يتبع التطوير التقني المسار التالي: أولًا، الأكسدة التحللية للمواد الخام الحيوية المشتقة من بقايا قصب السكر لضبط الوزن الجزيئي بشكل موجّه؛ ثم التعديل الكيميائي للمجموعات التفاعلية للتأثير بشكل خاص على التفاعل بين المعدّل ومادة مصفوفة PBS. تُدمج الشموع الناتجة في البوليمرات الحيوية عبر عمليات الخلط بالانصهار بنمط الدفعات أو النمط المستمر، ثم يقوم شركاء المشروع بتحليل البنية الدقيقة وخصائص المواد.

أثبتت الأبحاث إمكانية التوسع من النطاق المخبري إلى النطاق التجريبي: باستخدام جهاز البثق ثنائي اللولب للخلط بالانصهار المستمر، ارتفعت الطاقة الإنتاجية من حوالي 1 كجم/ساعة في المختبر إلى حوالي 10 كجم/ساعة في النطاق التجريبي. وفي مرحلة لاحقة على النطاق الصناعي، تمت معالجة التركيبات المطوّرة بنجاح إلى أغشية منفوخة (blown films)، واستُخدمت في إعداد أشرطة شبكات التغليف. تُظهر البيانات التجريبية أن إضافة الشموع الحيوية يمكن أن تؤثر بشكل ملحوظ في الخصائص الريولوجية والميكانيكية لمادة PBS — فحتى إضافة نسبة 1.5% فقط تُحدث تغييرًا واضحًا في سلوك التدفق والصلابة والمتانة.

تعرض نتائج هذا المشروع مسارًا عمليًا حقيقيًا لنقل الابتكارات الحيوية من المختبر إلى التطبيق الصناعي. إن الربط بين تطوير المواد وتوسيع النطاق والانتقال إلى التطبيق الصناعي يحتاج إلى دعم من شبكات النقل مثل TransBIB. تُظهر تجربة مشروع BioZ Waxes أن النقل الناجح للابتكارات الحيوية لا يقتصر على تطوير المواد فحسب، بل يعتمد أيضًا على شركاء تطبيقيين مناسبين، وبنية تحتية للتوسع، وخبرات تغطي سلسلة القيمة بأكملها. تساهم TransBIB في تسريع النقل الصناعي للابتكارات بعد نجاح التوسع، من خلال ربط مراكز الابتكار القائمة وتعزيز التبادل بين المؤسسات البحثية والصناعة، وتوفير أدوات رقمية متعددة.