باحثون يصنعون أرضية “خضراء” لتحل محل الفولاذ – ترجمة* محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

Researchers make ‘green’ floor to replace steel
(Oak Ridge National Laboratory – بواسطة: مختبر “أوك ريدج” الوطني)

قام باحثون في مختبر “أوك ريدج” الوطني التابع لوزارة الطاقة وجامعة “مين” بتصميم وطباعة ثلاثية الأبعاد للوحة أرضية [جزء من سطح] من قطعة واحدة من مادة طبيعية قابلة لإعادة التدوير تم اختبارها لتكون قوية بما يكفي لاستبدال مواد البناء مثل الفولاذ.

ويعد المشروع جزءًا من برنامج “تحالف المواد المستدامة والتصنيع للتقتنيات المتجددة” (SM2ART). وقبل ذلك، قام فريق البرنامج ببناء “بايوهوم3دي” (BioHome3D) [بيت بيولوجي ثلاثي الأبعاد]، أول منزل يتم تصنيعه بطريقة الإضافة في البلاد [الولايات المتحدة الأمريكية] ومصنوع بالكامل من مواد بيولوجية.

وقد تم عرض مكونات البيت البيولوجي ثلاثي الأبعاد ولوحة الأرضية مؤخرًا خلال معرض ابتكارات الإسكان لعام 2024م التابع لوزارة الإسكان والتنمية الحضرية الأمريكية في ناشيونال مول^[1].

وتم تطوير لوحة وحدة البناء “إن فلور” (Nfloor) من قبل برنامج تحالف المواد المستدامة والتصنيع للتقنيات المتجددة لتحل محل التجميعات السطحية التقليدية المصنوعة من الفولاذ والخرسانة كخطوة تحويلية لبناء المباني السكنية والشقق. وتتمتع التقنية بإمكانية إنشاء أقسام قوية ذات أساس بيولوجي يمكن أن تجعل المباني متعددة الطوابق أكثر ملاءمة للبيئة. كما يمكن أن يساعد ذلك أيضًا في زيادة استخدام الهياكل المستدامة المصنوعة في منشأة بناء مجزءة.

وينشىء التصنيع التجزيئي، أو المقسم إلى أجزاء، أقسامًا كاملة من المبنى في مصنع خارج الموقع قبل تسليمه إلى موقع البناء للتجميع النهائي. وأصبحت هذه الطريقة طريقة فعالة من حيث التكلفة لتطوير الهياكل السكنية المستدامة في المناطق الحضرية.

وقالت الباحثة من مختبر “أوك ريدج” الوطني كاتي كوبنهافر إن هذا الجهد الأول لصنع لوحة أرضية قوية للمبنى من الموارد الخضراء يعزز بشكل كبير إمكانية زيادة استخدام المواد العضوية في المباني المجزأة متعددة المساكن.
وتابعت: “من خلال الاستفادة من الطباعة ثلاثية الأبعاد واسعة النطاق القائمة على المواد الحيوية، استبدلنا مجموعة مكونة من 31 جزءًا وثلاث مواد بلوحة أرضية من مادة واحدة صديقة للبيئة، وبنفس قوة تصنيع الأرضيات الفولاذية التقليدية”.

إن متانة وحدة بناء الأرضية لبرنامج “تحالف المواد المستدامة والتصنيع للتقنيات المتجددة” تأتي من تركيبته الفريدة من حمض البولي لاكتيك^[2]، وهو عبارة عن مادة بلاستيكية حرارية قابلة للتحلل البيولوجي من البوليستر مشتقة من بقايا الذرة ودقيق الخشب المصنوع من نفايات معالجة الأخشاب.

وقال الدكتور سكوت توملينسون، الباحث ومهندس الإنشاءات في مركز الهياكل والمركبات المتقدمة بجامعة مين: “إن مزيج حمض البولي لاكتيك ودقيق الخشب مادة ممتازة لإنتاج أجزاء كبيرة الحجم قابلة لإعادة التدوير ومصنوعة بشكل إضافي. ومجموعة الأرضية المكونة من قطعة واحدة هذه أكثر صلابة وتوفر تجربة مشي محسنة عند مقارنتها بمجموعة الفولاذ والخرسانة التي تحل محلها”.

ولإنشاء لوحة الأرضية، استخدم الباحثون طابعة ثلاثية الأبعاد كبيرة الحجم لترسيب خليط حمض البولي لاكتيك ودقيق الخشب في شكل هندسي دقيق. ومن خلال العمل بشكل مستمر ومستقل، أنتجت الطابعة وحدة “إن فلور” على نطاق واسع، طبقة تلو الأخرى، في حوالي 30 ساعة. وقد خلقت هذه العملية وفورات في العمالة بنحو 33% مقارنة بالجهد اللازم لإنشاء تجميعة أرضية فولاذية مماثلة يدويًا.

وتأتي التكلفة الكبيرة للإطار الفولاذي التقليدي من قيام العمال بقطع القنوات لتوصيلات الكهرباء وخطوط السباكة وقنوات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء بعد اكتمال تجميع الأرضية الفولاذية تقريبًا.
وقالت كوبنهافر: “يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد توفير الوقت والمال من خلال طباعة وحدة الأرضية بفتحات مصممة في المنتج النهائي”. وأضافت: “العمالة البشرية الوحيدة تتضمن تركيب طبقة عازلة للصوت وتغطية الأرضية المرغوبة للساكن”.

إن وحدة بناء “إن فلور” قابلة لإعادة التدوير بالكامل أيضًا. وعلى عكس مواد البناء التي يتم نقلها إلى مكب النفايات بعد أن يصل المبنى المبني تقليديًا إلى نهاية عمره الإنتاجي، فإن حمض البولي لاكتيك هو مادة متجددة يمكن إعادة استخدامها لصنع منتجات أخرى بعد الهدم. ويوفر هذا النهج نحو اقتصاد أكثر دائرية القدرة على إعادة تدوير الموارد باستمرار بدلاً من التخلص منها كنفايات.

وقد تم اقتراح فكرة مشروع البحث على فريق برنامج تحالف المواد المستدامة والتصنيع للتقنيات المتجددة من قبل “شوب” معماريين، وهي شركة تصميم معماري مقرها مدينة نيويورك. “لقد سألونا عما إذا كان بوسعنا إنتاج ألواح الأرضيات بكميات كبيرة بكفاءة أكبر باستخدام مواد أكثر خضرة وتصنيع تجميعي”، كما قالت كوبنهافر.

وأضافت: “إن اكتشاف شيء جديد، مع مراعاة متغيرات مختلفة، هو السمة المميزة لمختبر أوك ريدج الوطني. ومن خلال التجريب، توصلنا إلى السرعات الصحيحة وأجرينا التعديلات اللازمة لإنتاج جزء نهائي بشكل موثوق به مع المظهر النهائي والجودة المرغوبة”.

إن مشروع “إن فلور” في مراحله الأولية من التطوير. وسوف تتضمن الأبحاث الإضافية مثبطات اللهب، وإمكانية إضافة عزل مستدام وتحسين تقنيات الإنتاج.
وقال الدكتور توملينسون من جامعة مين: “ستكون الخطوات التالية هي جعل عملية التصنيع أسرع وأكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة مع وظائف إضافية. هذه التقنية تحمل الكثير من الوعود لمستقبل المباني المستدامة”.

ويستمر البحث في وحدة بناء “إن فلور” في منشأة التصنيع التوضيحية التابعة لوزارة الطاقة في مختبر “أوك ريدج” الوطني، مع إجراء أعمال التصميم والطباعة ثلاثية الأبعاد في مركز الهياكل والمركبات المتقدمة بجامعة “مين”.

*تمت الترجمة بتصرف

المصدر:

https://techxplore.com/news/2024-06-green-floor-steel.html

الهوامش:
[1] ناشيونال مول هو منتزه ذو مناظر طبيعية بالقرب من منطقة وسط مدينة واشنطن العاصمة، عاصمة الولايات المتحدة. ويحتوي على عدد من المتاحف التابعة لمؤسسة سميثسونيان والمعارض الفنية والمؤسسات الثقافية والنصب التذكارية والمنحوتات والتماثيل المتنوعة. وتتم إدارته من قبل دائرة المتنزهات الوطنية التابعة لوزارة الداخلية الأمريكية كجزء من وحدة ناشيونال مول والمتنزهات التذكارية لنظام المتنزهات الوطنية. ويستقبل المنتزه ما يقرب من 24 مليون زائر كل عام. وقد صمم بيير لانفانت “جراند أفينيو” أو المول ليكون مساحة ديمقراطية ومتساوية – على عكس حدائق القصور، مثل تلك الموجودة في فرساي في فرنسا، والتي تم دفع ثمنها من قبل الناس ولكنها مخصصة لاستخدام قِلة من المتميزين. وتمتد المنطقة الأساسية لناشيونال مول بين أراضي مبنى الكابيتول الأمريكي إلى الشرق ونصب واشنطن التذكاري إلى الغرب ويحدها من الشمال والجنوب العديد من المتاحف ومباني المكاتب الفيدرالية. وقد يشمل مصطلح ناشيونال مول أيضًا المناطق التي تعد رسميًا جزءًا من منتزه ويست بوتوماك المجاور إلى الجنوب والغرب وحدائق الدستور إلى الشمال، وتمتد إلى نصب لنكولن التذكاري في الغرب ونصب جيفرسون التذكاري إلى الجنوب. المصدر: ويكيبيديا
[2] حمض البولي لاكتيك هو مونومر ثرموبلاستيكي [بلاستيكي حراري] مشتق من مصادر عضوية متجددة مثل نشا الذرة أو قصب السكر. إن استخدام موارد الكتلة الحيوية يجعل إنتاج حمض البولي لاكتيك مختلفًا عن معظم المواد البلاستيكية، والتي يتم إنتاجها باستخدام الوقود الأحفوري من خلال تقطير وبلمرة البترول. المصدر: https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/what-is-pla. وكما جاء في بريتانيكا، المونومر هو جزيء من أي فئة من المركبات، العضوية في الغالب، والتي يمكنها التفاعل مع جزيئات أخرى لتكوين جزيئات كبيرة جدًا أو بوليمرات. السمة الأساسية للمونومر هي تعدد الوظائف، والقدرة على تكوين روابط كيميائية مع جزيئين آخرين على الأقل من المونومر.