هل تتفوق المواد البلاستيكية الحيوية على البلاستيك التقليدي؟

تشهد صناعة البلاستيك تحولًا جذريًا نحو المواد البلاستيكية الحيوية والبدائل المستدامة للبلاستيك التقليدي القائم على النفط. فاليوم، لم يعد التركيز على الاستدامة البيئية وحدها، بل على الأداء الوظيفي العالي والكفاءة التقنية لهذه المواد الجديدة.

في إطار المشروع الرائد SUBI²MA، تتعاون ستة معاهد من فراونهوفر (Fraunhofer) لتطوير بوليمرات حيوية متقدمة تجمع بين الاستدامة البيئية والخصائص التقنية الفائقة. تسعى الصناعة إلى إحلال المواد المعتمدة على النفط تدريجيًا ببدائل أكثر استدامة. لكن الاستدامة وحدها لا تكفي — فاللدائن الحيوية يجب أن تكون وظيفية وقوية أيضًا.

أهداف مشروع SUBI²MA

يركز المشروع على ثلاثة محاور رئيسية:

• تطوير مواد حيوية محسّنة تجمع بين الصلابة والمرونة.
• ابتكار مواد هجينة حيوية توفر وظائف إضافية مبتكرة.
• تسريع التطوير الرقمي للمواد (Fast-Track) باستخدام النمذجة والمحاكاة الرقمية.

كاراميد (Caramid): ثورة في عالم البوليمرات الحيوية

من أبرز إنجازات المشروع هو تطوير كاراميد، وهو بولياميد حيوي عالي الأداء يعتمد كليًا على مصادر طبيعية متجددة مثل مركب 3-كارين (3-Caren)  المستخلص من إنتاج السليلوز.

يمتاز كاراميد بخصائص حرارية وميكانيكية مدهشة تجعله مثاليًا لتطبيقات متنوعة تشمل:

• الأجزاء الميكانيكية الدقيقة مثل التروس.
• الزجاج الآمن والألواح خفيفة الوزن.
• الأقمشة الواقية والخيوط الجراحية.

بفضل تركيبه الجزيئي الفريد، يمكن تخصيص كاراميد -S للألياف وكاراميد -R للرغوات، مما يمنح الشركات مرونة عالية في التصميم والتطبيق.

المواد الهجينة الحيوية: وظائف جديدة وابتكار مستدام

يتجه الباحثون أيضًا نحو المواد الهجينة الحيوية، وهي مزيج من البوليمرات التقليدية والعناصر الحيوية الفعالة. هذه المواد تفتح الباب أمام:

• مركبات حيوية مقاومة للاشتعال.
• إضافات طبيعية لتحليل البلاستيك النفطي (مثل PET).
• أسطح طاردة للماء باستخدام بروتينات حيوية بديلة لـ PFAS الضارة.
• أجهزة استشعار وتشخيص حيوية متقدمة.

التحول الرقمي لتسريع الابتكار

يعمل معهد فراونهوفر IWM على إنشاء قاعدة بيانات رقمية متكاملة لخصائص المواد، مدعومة بنماذج محاكاة متقدمة. هذا النهج الرقمي يتيح التنبؤ بالأداء والاستدامة قبل التصنيع، مما يختصر دورة التطوير من سنوات إلى شهور.

من المختبر إلى السوق

بفضل التعاون بين معاهد Fraunhofer IGB وIAP وIWM وITWM وLBF وICT، تمكّن الفريق من إنتاج كميات تجريبية من المونومرات الحيوية وتقديمها لشركاء صناعيين لاختبارها في خطوط الإنتاج الفعلية.

يقول د. بول ستوكمان من Fraunhofer IGB:

"إن تطوير مواد مثل كاراميد يبرهن أن الاستدامة لا تعني التنازل عن الأداء، بل يمكن أن تكون طريقًا نحو ابتكار أكثر كفاءة وبيئية."

الخلاصة: مستقبل البلاستيك حيوي وذكي

مشروع SUBI²MA يضع الأساس لجيل جديد من المواد الحيوية المستدامة التي تجمع بين الابتكار الرقمي والكفاءة التقنية. إنها خطوة مهمة نحو صناعة بلاستيك أكثر خضرة دون المساس بالجودة أو الأداء.