لأول مرة علماء يتوصلون لاستخراج السيليكون من نفايات قصب السكر بطرق “صديقة للبيئة”
رماد تفل قصب السكر يوفر أحد أرخص مصادر إنتاج السيليكا
صناعة السكر آخذة في الانكماش عالميًا، لأن الكثير من الناس يتناولون كميات أقل من السكر، لأسباب صحية، ولكن كيف يمكن أن يستمر إنتاج قصب السكر في استخراج القيمة؟
الإجابة تكمن في نفايات المحصول.
تفل قصب السكر هو المادة الليفية المتبقية بعد سحق المحصول لاستخراج عصيره لصنع السكر، يتم إنتاج حوالي 54 مليون طن من تفل قصب السكر سنويًا في جميع أنحاء العالم.
يؤدي التخلص غير الكافي من هذا المصاصة إلى تلوث البيئة ويجذب العديد من الحشرات عند تركه دون علاج.
لكن هناك “جواهر” بين أكوام الرماد التي بقيت بمجرد حرق الباجاس، من خلال العمليات الكيميائية والفيزيائية الصحيحة، يمكن إنتاج جسيمات نانوية قيمة من السيليكون والسيليكا- والتي تستخدم في صناعات البناء والأدوية ومستحضرات التجميل والمنظفات، من بين أمور أخرى.
رماد تفل قصب السكر
يتم اختبار عشرات العمليات الكيميائية وضبطها لاستخراج السيليكا من رماد تفل قصب السكر، ومن هناك تصنيعه في جزيئات السيليكون.
بعض الاختبارات متقدمة إلى حد ما ولكن لم يقم أحد بعد بتكسير الكود لإنتاج سيليكا نقية عالية الجودة بمستويات عالية بما يكفي لتلبية المتطلبات الصناعية.
كشفت دراسة جديدة قام بها لينديوي خوتسينج، أستاذ بجامعة ويسترن كيب، في جنوب إفريقيا، وشاركه في البحث نتالاني سيلو، مرشح لنيل درجة الدكتوراه، أن النهجً الأخضر في عملية الاستخراج جاء بنتائج جيدة، حيث اعتمدوا على الأبحاث السابقة التي أكدت أن رماد تفل قصب السكر هو مورد طبيعي للسيليكا يجب تسخيره للأغراض الصناعية، وباستخدام الأحماض والقواعد العضوية، اتضحت العمليات التي يمكن استخدامها لإجراء استخلاص أكثر صداقة للبيئة.
العديد من الأشكال والاستخدامات
السيليكون عنصر كيميائي، وهو ثاني أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية بعد الأكسجين ويعتقد أنه يمثل 27٪ من مكونات الصخور المتوسطة .
من المحتمل أن معظم الناس قد رأوا السيليكون على شكل سيليكا (يسمى أيضًا ثاني أكسيد السيليكون)، وهو مركب كيميائي يتكون من مزيج من السيليكون والأكسجين.
توجد السيليكا الأكثر شيوعًا في الطبيعة في الكوارتز المعدني البلوري اللامع، كما أنه موجود في نباتات مثل الذرة والقمح والذرة وعباد الشمس.
يأتي السيليكون بأشكال واستخدامات عديدة، كما تستخدم السيليكا في صناعة الطوب والخرسانة والزجاج، في شكل قابل للذوبان، يتم استخدام السيليكا على نطاق واسع في صناعات الزجاج والسيراميك والأسمنت، وكذلك في صناعات مستحضرات التجميل والأدوية والمنظفات كعوامل ربط ومواد لاصقة.
هو أشباه موصلات رائعة للكهرباء
في شكله الأولي هو أشباه موصلات رائعة للكهرباء ويستخدم بشكل شائع – في شكل مسحوق يعرف باسم مسحوق السيليكون النانوي – في إنتاج الرقائق الدقيقة والخلايا الشمسية.
تم تسمية وادي السيليكون في الولايات المتحدة ، موطن عدد لا يحصى من شركات الإلكترونيات والكمبيوتر ، تكريماً للعنصر.
ولكن على الرغم من وفرة السيليكون، فإن تطبيقاته العديدة تعني أن الصناعة يمكن أن تنقصها المعادن المنتجة منه في بعض الأحيان، في عام 2021، على سبيل المثال ، كان النقص يعني أن الصين اضطرت إلى خفض إنتاجها من معدن السيليكون ؛ أدى هذا إلى ارتفاع الأسعار العالمية بنحو 300%.
أرخص مصادر إنتاج السيليكا
هذا هو المكان الذي يدخل فيه تفل قصب السكر إلى الصورة. على نحو متزايد، أظهرت الأبحاث والمراجعة التي قام بها أستاذ بجامعة ويسترن كيب، أن رماد تفل قصب السكر يوفر أحد أرخص مصادر إنتاج السيليكا، مقارنةً بشكل إيجابي ، على سبيل المثال ، بتعدين المادة من الرمل.
بحثا عن أنقى السيليكا
يتم تخزين السيليكا بكثرة في التربة وتمتصها النباتات بكميات كبيرة، هذا ليس ضارًا ، وتشير الأبحاث إلى أنه قد يكون مفيدًا للنباتات، في قصب السكر، يتم تخزين السيليكا في براعم النباتات – والتي ستكون في النهاية بين تفل قصب السكر، ومن هنا يعمل الباحثون على استخراج السيليكا لتحويلها إلى سيليكون.
ليست عملية بسيطة
إنها ليست عملية بسيطة، عادةً ما يحتوي الرماد المتولد في هذه العمليات الصناعية على نسبة عالية من الشوائب، ويتم ربطه بمعادن مثل أكاسيد الحديد والألمنيوم،هذا يعيق عملية الحصول على السيليكا النقية بدرجة كافية للاستخدام.
مواد صديقة للبيئة
هناك أيضا مخاوف بيئية، لهذا السبب اتخذ فريق جامعة ويسترن كيب نهجًا “صديقًا للبيئة” في أحدث الأبحاث، استخدموا مواد عضوية صديقة للبيئة وسهلة التعامل، ووجدوا أن هذه طريقة فعالة لاستخراج السيليكا من تفل قصب السكر.
وأوضح ، لينديوي خوتسينج، الأستاذ بجامعة ويسترن كيب، أن هناك حاجة إلى مزيد من الضبط الدقيق، قائلا: لا تزال هناك شوائب صغيرة يجب إزالتها إذا كانت هذه الطريقة لإنتاج السيليكا عالية الجودة وتفي بالمعايير اللازمة للتطبيقات الصناعية.
بشكل عام ، يمكن أن يساعد هذا النهج في خفض تكاليف استخراج السيليكا من قصب السكر، وهي طريقة جيدة لإدارة ما قد يكون أكثر بقليل من النفايات.
