طلاب قسم وقاية النبات بكلية الزراعة بمشتهر يقدمان فكرتين بحثيتين عن تعظيم الاستفادة من الموارد الحيوية الطبيعية

قدم فريق من طلاب قسم وقاية النبات بكلية الزراعة بمشتهر جامعة بنها، فكرتين بحثيتين مبتكرتين تعتمدان على تعظيم الاستفادة من الموارد الحيوية الطبيعية وتحويلها إلى مواد ذات قيمة مضافة تخدم الصناعة والبيئة.

تفاصيل المشروع

في إطار دعم الابتكار وتحقيق أهداف التنمية المستدامة، قدم فريق المشروع فكرتين بحثيتين مبتكرتين تعتمدان على تعظيم الاستفادة من الموارد الحيوية الطبيعية وتحويلها إلى مواد ذات قيمة مضافة تخدم الصناعة والبيئة. ويعكس المشروع توجهًا علميًا نحو تطوير مواد مستدامة تجمع بين الأداء المتميز والتكلفة الاقتصادية، بما يساهم في دعم الصناعات الحديثة وتعزيز مفهوم الاقتصاد الدائري، وفتح آفاق جديدة للاستفادة من الموارد الطبيعية في تطبيقات صناعية متقدمة.

المشروع الأول: تعظيم الاستفادة من مطحون القواقع في صناعة البلاستيك (PVC Composites)

استهدف هذا المشروع دراسة إمكانية استخدام مطحون القواقع كمادة مالئة طبيعية داخل بوليمر البولي فينيل كلوريد (PVC)، نظرًا لاحتوائه على نسبة مرتفعة من كربونات الكالسيوم التي تمنحه القدرة على تحسين خواص المواد المركبة، بالإضافة إلى كونه مادة طبيعية منخفضة التكلفة وصديقة للبيئة.

ولتنفيذ الدراسة، تم إعداد عينة مرجعية (Control) تحتوي على 10 مل من PVC فقط دون أي إضافات، ثم تم تحضير خمس عينات تجريبية مع تثبيت كمية الـPVC عند 10 مل في جميع العينات، وإضافة مطحون القواقع بكميات 1، 2، 3، 4 و5 جرامات، والتي تمثل نسب إضافة 10%، 20%، 30%، 40% و50% على التوالي. وخضعت جميع العينات لعمليات الخلط الأولي، ثم التجانس باستخدام الموجات فوق الصوتية، والتقليب المغناطيسي، ثم الصب داخل أطباق بتري، وأخيرًا المعالجة الحرارية للحصول على عينات متجانسة جاهزة للاختبارات الميكانيكية.

المشروع الثاني: إنتاج الفحم الحيوي من يرقات ذبابة الجندي الأسود واستخدامه في تصنيع المكثفات الفائقة (Supercapacitors)

يهدف هذا المشروع إلى إنتاج فحم حيوي عالي الأداء من يرقات ذبابة الجندي الأسود واستخدامه في تصنيع أقطاب المكثفات الفائقة، والتي تُعد من أحدث تقنيات تخزين الطاقة لما تتميز به من سرعة الشحن والتفريغ، وكفاءة التشغيل العالية، والعمر الافتراضي الطويل.

بدأ العمل بتربية يرقات ذبابة الجندي الأسود حتى الوصول إلى الطور اليرقي الأخير، ثم تم تجفيفها وطحنها وإخضاعها لعملية الانحلال الحراري داخل فرن المافل (Muffle Furnace) لإنتاج الفحم الحيوي. وبعد مقارنة عدة ظروف للتشغيل، تم تحديد أفضل ظروف للكربنة عند 500°C لمدة 15 دقيقة، حيث حققت أعلى إنتاجية من الفحم الحيوي مع أقل نسبة من الرماد. بعد ذلك تم إجراء التنشيط الكيميائي باستخدام هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) للحصول على كربون منشط يتميز بمساحة سطحية مرتفعة وبنية مسامية مناسبة لتطبيقات تخزين الطاقة، مما يجعله مرشحًا واعدًا للاستخدام في تصنيع أقطاب المكثفات الفائقة.

النتائج والفوائد المترتبة على المشروع

أثبتت النتائج نجاح استخدام مطحون القواقع كمادة مالئة داخل بوليمر PVC، حيث حققت العينة المحتوية على 30% من مطحون القواقع أفضل أداء بين جميع العينات. فقد ارتفعت قوة الشد من 12.8 MPa إلى 18.3 MPa، كما ارتفع معامل يونج من 38 MPa إلى 78 MPa، مما يعكس زيادة ملحوظة في صلابة المادة وقدرتها على تحمل الإجهادات الميكانيكية.

كما سجلت صلادة السطح (Shore A Hardness) أعلى قيمة عند نسبة 30% لترتفع من 37 إلى 52، بينما انخفض الفقد الناتج عن التآكل (Abrasion Loss) من 185 mm³ إلى 126 mm³، وهو ما يؤكد تحسن مقاومة المادة للاحتكاك والتآكل وإطالة عمرها الافتراضي. وفي المقابل، انخفضت الاستطالة عند الكسر تدريجيًا مع زيادة نسبة مطحون القواقع، وهو سلوك طبيعي في المواد المركبة نتيجة زيادة الصلابة، كما أوضحت النتائج أن زيادة نسبة الإضافة إلى أكثر من 30% تؤدي إلى انخفاض الخواص الميكانيكية نتيجة تكتل الجسيمات، مما يؤكد أن 30% هي النسبة المثلى لتحقيق أفضل توازن بين القوة والصلابة ومقاومة التآكل.

أما في المشروع الثاني، فقد أكدت تحاليل FTIR نجاح عملية الكربنة وتكوين تركيب كربوني أكثر استقرارًا، بينما أوضحت نتائج XRD تكوين بنية كربونية مناسبة لتطبيقات تخزين الطاقة. كما أظهرت صور SEM وجود شبكة مسامية متطورة ذات مساحة سطحية مرتفعة، وهي خاصية أساسية تساعد على زيادة كفاءة انتقال الأيونات داخل الأقطاب وتحسين أداء المكثفات الفائقة. وأكد تحليل EDX احتواء المادة على نسب مرتفعة من الكربون مع وجود النيتروجين والأكسجين، وهي عناصر تساهم في تحسين التوصيل الكهربي وتعزيز الأداء الكهروكيميائي للمادة.

وتشير هذه النتائج إلى نجاح إنتاج فحم حيوي منشط عالي الجودة يمتلك خصائص واعدة للاستخدام في تصنيع أقطاب المكثفات الفائقة، مما يفتح المجال لإنتاج مواد متقدمة منخفضة التكلفة وصديقة للبيئة يمكن الاعتماد عليها مستقبلًا في تطبيقات تخزين الطاقة.

ويحقق المشروع العديد من الفوائد العلمية والتطبيقية، أهمها الاستفادة من الموارد الحيوية الطبيعية في إنتاج مواد متقدمة ذات قيمة مضافة، وتحسين خواص البلاستيك باستخدام مادة مالئة طبيعية، وإنتاج مادة كربونية واعدة لتطبيقات تخزين الطاقة، بالإضافة إلى دعم التصنيع المستدام، وتقليل الاعتماد على المواد التقليدية، وربط البحث العلمي بالتطبيقات الصناعية التي تخدم المجتمع والبيئة.

بيانات المشروع:

تم تنفيذ هذا المشروع بواسطة طلاب قسم وقاية النبات – كلية الزراعة بمشتهر – جامعة بنها، في إطار مشروع التخرج، بهدف توظيف البحث العلمي في تقديم حلول مبتكرة ومستدامة تخدم الصناعة والبيئة.

وجاء هذا العمل بالتعاون العلمي بين:

الأستاذة الدكتورة/ غادة رفعت عبدالسلام – قسم وقاية النبات، كلية الزراعة بمشتهر، جامعة بنها.

الأستاذ الدكتور/ طارق يوسف الرصاصي – قسم الفيزياء، كلية العلوم، جامعة بنها.

أعضاء الفريق: 

•وفاء صبري     •سالى سعد  •منى رأفت      •ملك شعبان 

•ردينة عبدالعزيز.