أخبار ar.wedoany.com، يعمل تحالف بحثي إسباني على تطوير مشروع SUPERPAN، الذي يهدف إلى إنتاج ألواح مركّبة فائقة الخفة مخصصة لقطاعات النقل مثل السيارات والسكك الحديدية، بهدف مساعدة الشركات المصنّعة على خفض الوزن الهيكلي مع تحسين كفاءة الإنتاج وقابلية إعادة تدوير المواد بعد نهاية عمرها الافتراضي.
يُنفَّذ المشروع بالتعاون بين شركة تصنيع المواد المركّبة BIRKA COMPOSITES، ومركز تكنولوجيا البلاستيك AIMPLAS، ومعهد تقنيات التصنيع المتقدمة IDEKO. ويركز البحث على تطوير ألواح مقوّاة متعددة الاتجاهات للتطبيقات الهيكلية في قطاع النقل. فخفض وزن المركبات يسهم في تقليل استهلاك الطاقة، وتحسين الأداء التشغيلي، والحد من الانبعاثات التشغيلية في سيناريوهات استخدام محددة. ومع توجه أنظمة النقل نحو الكهربة، تزداد أهمية الهياكل خفيفة الوزن في إطالة مدى السير أو تقليل سعة الطاقة المطلوبة لكل رحلة.
غير أن فريق المشروع يلاحظ أن الخفة وحدها لا تضمن بصمة بيئية أقل. فالمكونات المركّبة غالبًا ما تواجه تحديات تتمثل في ارتفاع تكاليف الإنتاج، وصعوبة إعادة التدوير، وكثافة استهلاك الطاقة في عمليات التصنيع. لذلك يعتمد مشروع SUPERPAN نهجًا متكاملًا يدرس تطوير المواد والتصنيع وإعادة التدوير في إطار موحّد.
على صعيد المسار التقني للمواد، اختار المشروع دراسة المصفوفات البوليمرية الحرارية (اللدائن الحرارية). وعلى النقيض من ذلك، تعتمد العديد من المواد المركّبة الهيكلية الناضجة على راتنجات بالحرارة (اللدائن المتصلدة بالحرارة)، والتي تتميز بقوة ومتانة عاليتين، لكن بنيتها الكيميائية تثبت بعد المعالجة، مما يجعل إعادة تشكيلها أو إعادة معالجتها بعد نهاية عمرها الافتراضي أمرًا صعبًا. وتتيح المواد الحرارية مسارًا أكثر واقعية لإعادة التدوير وإعادة الاستخدام. ويهدف المشروع إلى تطوير ألواح تلبي المتطلبات الهيكلية أثناء فترة الخدمة، مع منح المصنّعين خيارات أوسع للتعامل معها بعد تقاعد المكونات.
يتولى AIMPLAS في المشروع مهام فرز البوليمرات، وتوصيف المواد، وتقييم قابلية إعادة التدوير، والتحقق من الأداء، مع محاولة تكييف تقنيات إنتاج المواد المركّبة المرتبطة تقليديًا بأنظمة اللدائن المتصلدة بالحرارة. ويشير الفريق إلى أن استبدال المواد ليس مجرد تعويض راتنج بآخر؛ بل يجب أن يفي الحل الحراري بتوقعات قطاع النقل فيما يتعلق بالقوة الميكانيكية والمتانة والجودة والسلامة، وأن يتوافق أيضًا مع متطلبات التصنيع من حيث التكلفة وزمن الدورة الإنتاجية وقابلية التكرار. كما أجرى التحالف حسابات لاستهلاك الطاقة اللازم لإنتاج الألواح، نظرًا لأن استهلاك الطاقة الكثيف في مرحلة التصنيع قد يلغي المكاسب البيئية التي تحققها المواد خفيفة الوزن في مرحلة التشغيل.
تتوقف الجدوى التجارية على قدرة الألواح على الجمع بين أربعة عناصر: الأداء الهيكلي، وكفاءة المعالجة، وقابلية إعادة التدوير، والتكلفة. ولم يؤكد المشروع بعد ما إذا كانت هذه التقنية قادرة على تلبية المتطلبات الأربعة مجتمعة على النطاق الصناعي.
يُعد تطوير التصنيع حلقة محورية في مشروع SUPERPAN. وتتولى شركة BIRKA تصنيع الألواح باستخدام تركيبات مواد جديدة وتقنيتها الحاصلة على براءة اختراع في السحب والنسيج المزدوج (dual pullbraiding)، مع إدخال عملية معالجة مساعدة بالأشعة فوق البنفسجية لمواد ما قبل التشريب (البريبريغ). وتخضع هذه الأساليب حاليًا للتقييم لتحديد ما إذا كانت قادرة على تقليل المعالجة اليدوية، وتقصير دورة الإنتاج، وتحسين اتساق جودة الألواح. ويساعد تطبيق تحكم أكثر صرامة في كل مرحلة من مراحل الإنتاج على تقريب التقنية من متطلبات الموثوقية التي يفرضها مصنّعو النقل في الإنتاج الضخم للمكونات.
ويوفّر معهد IDEKO الدعم الآلي والرقمي لخط الإنتاج، حيث يتولى نظام التحكم في العمليات الخاص به جمع بيانات التشغيل، مما يمكّن التحالف من مراقبة ظروف الإنتاج، وتحديد مصادر تباين الجودة، ورصد العيوب المحتملة. ويساعد هذا النهج القائم على البيانات أيضًا في تحديد ما إذا كانت النتائج المخبرية قابلة للتكرار في الظروف الصناعية. وبالنسبة للمصنّعين، فإن أداء الألواح الجيد في الاختبارات ليس سوى جانب واحد؛ فالقدرة على إنتاجها بشكل متكرر بالسرعة المطلوبة وبتكلفة مقبولة هي العامل الحاسم في اعتماد التقنية.
يحظى مشروع SUPERPAN بدعم برنامج التعاون بين القطاعين العام والخاص الإسباني لعام 2023، وبتمويل من الهيئة الوطنية الإسبانية للبحث، وبمساهمة مشتركة من الاتحاد الأوروبي. ويربط الهيكل التنظيمي للمشروع بين تطوير المواد وهندسة العمليات وأتمتة الإنتاج، بهدف تضييق الفجوة بين نتائج الأبحاث والانتشار الصناعي. وإذا حققت التقنية متطلبات القطاع، فسيحصل المصنّعون على منصة ألواح مركّبة تجمع بين الخفة، والمعالجة الآلية، وتحسين قابلية إعادة التدوير بعد نهاية العمر الافتراضي. وقبل ذلك، يتعين على هذه الألواح اجتياز التحقق من المتانة طويلة الأمد، واتساق الإنتاج، والتنافسية من حيث التكلفة الإجمالية، وستحدد النتائج ما إذا كان SUPERPAN سيصبح خيارًا تصنيعيًا قابلًا للتوسع أم سيبقى تقنية في مرحلة البحث ذات آفاق واعدة.
