مشروع بحثي يكشف طريقة جديدة للاستفادة من المخلفات الزراعية

كشف مشروع بحثي مموّل من وزارة التعليم العالي والبحث العلمي والابتكار عن إنتاج نموذج رياضي يمكنه التنبؤ بإنتاج الغاز الحيوي المحتمل من الفحم الحيوي من المخلفات الزراعية وإضافتها إلى علف الأبقار وفضلات الدواجن ودمجه معا في مفاعل الهضم اللاهوائي الكيميائي باستخدام مخلفات الصرف الصحي، ويتنبأ المشروع البحثي بثورة اقتصادية ضخمة في الاستفادة من المخلفات الزراعية مستقبلا يحقق تطلعات رؤية عمان 2040، فيما يتعلق بالطاقة النظيفة، ويمثل "العسو" العنصر الرئيسي في المشروع البحثي.

وقال الدكتور شبيب بن سليمان الراشدي، محاضر أول ومسؤول مختبر بحوث النفايات وتحويلها إلى طاقة بالجامعة الوطنية للعلوم والتكنولوجيا، والباحث الرئيس في المشروع البحثي الممول من وزارة التعليم العالي والبحث العلمي والابتكار: إن المشروع البحثي يتميز بالجدوى الاقتصادية من خلال إنتاج نموذج رياضي يمكنه التنبؤ بإنتاج الغاز الحيوي من الفحم الحيوي مما قد يؤدي إلى ثورة اقتصادية ضخمة في استثمار المخلفات الزراعية وتحديد مجمع الكربون المتغير وتأثير درجة حرارة الانحلال الحراري البطيئة على تكوين الكربون الحيوي المتغير من المخلفات الزراعية بمحافظة مسقط، ومن المتوقع أن يؤدي الكربون المتغير إلى زيادة إنتاج غاز الميثان قبل استخدام البقايا المتمردة في تطبيق التربة منخفضة الخصوبة بعد الهضم اللاهوائي، ومن المتوقع أن يكون هذا النهج أكثر قيمة اقتصادية بمحافظة مسقط من مجرد استخدام الفحم الحيوي الطازج مباشرة في التربة "السماد" ويساعد على احتجاز الكربون للتخفيف من الغازات الدفيئة الناشئة عن المكون المتغير للكربون "الحرائق"، علاوة على ذلك فإن كمية الميثان الحيوي المنتَجة من المخلفات الزراعية بمختلف ولايات محافظة مسقط والارتباط بين درجة حرارة الانحلال الحراري ووقت الاحتفاظ وتجمع الكربون المتغير في إنتاج الميثان سوف يحسّن فهمنا الميكانيكي لتدهور الفحم الحيوي في تحويل الجزء العضوي من النفايات الزراعية والنفايات الصلبة إلى الطاقة المتجددة.

وأشار إلى أن الفحم الحيوي هو عبارة عن كتلة حيوية متفحمة تعمل على تحسين خصوبة التربة الرملية وتعمل أيضا كمخزن للكربون، وتقوم فكرة المشروع البحثي على إنتاج الفحم الحيوي من المخلفات الزراعية وإضافته إلى علف الأبقار وفضلات الدجاج ودمجه معا في مفاعل الهضم اللاهوائي باستخدام مخلفات الصرف الصحي ليكون مجديا اقتصاديا؛ إذ إن إضافة الفحم الحيوي إلى مفاعل الهضم اللاهوائي يعد محسنا للميثان الحيوي من خلال إزالة السموم وتعزيز معدل إنتاج الميثان الحيوي، مشيرا إلى أن أهداف المشروع البحثي تكمن في إيجاد طريقة جديدة للاستفادة من المخلفات الزراعية والصناعية "الصرف الصحي" لتحويل الكربون المتغير إلى مصدر للكربون النظيف وتعزيز إنتاج الغاز الحيوي في أجهزة الهضم اللاهوائية، وتحسين توليد الطاقة المتجددة بـ"تقليل الضغط على موارد الوقود الأحفوري" والتخفيف من ظاهرة الاحتباس الحراري من خلال إنتاج الفحم الحيوي المستقر عن طريق الهضم اللاهوائي الذي يمثل مستودعا للكربون، وكذلك ضمن أهداف المشروع البحثي أن يتم تحميل الفحم الحيوي المنتج من "AD" بالمغذيات النباتية القيّمة التي يمكن أن تحفّز نمو النبات في المشاتل والمزارع والمناطق الأخرى، إضافة إلى مساندة جهود بناء قدرات الطلاب والباحثين العمانيين الشباب بمحافظة مسقط على متابعة دراستهم للحصول على درجة الماجستير من خلال هذا العمل البحثي ونشر النتائج في مجلات دولية معترف بها من قبل "SCOPUS" لتحقيق أقصى فائدة للمجتمع.

وأوضح: إن المشروع استُهِل بجمع البيانات اللازمة للمشروع البحثي مع التركيز على كمية المخلفات الزراعية وخاصة من النخيل حيث تم جمع العينات من مشروع زراعة المليون نخلة، مع تحديد حجم الجزئيات، بعد ذلك عملنا على تنظيف العيّنات باتباع قانون "ASTMD1105" وهو قانون أمريكي للمقاييس المختبرية يعنى بدراسة استخلاص العناصر غير المرغوبة في العيّنات مثل اللون والشمع وغيرها من الشوائب، ثم عمل الفريق البحثي على استخلاص مادة السلولوز "وهو نوع من البوليمرات الكربوهيدراتية التي تتكوّن من سلاسل طويلة من الجلوكوز ويعد السلولوز أحد أنواع الألياف النباتية ويشكل المكون الرئيسي لجدران الخلايا النباتية ويمثل مركبا هيكليا قويا وصلبا يمنح الدعم والمتانة للنباتات"، واللجنين وهو يتكون من مجموعة معقدة من البوليمرات الفينولية ذات الهياكل المتشعبة، ويحدد خصائص الكثير من المكونات في الصناعات، أما الهيميسلولوز "أ" و"ب" فهو نوع من البوليمرات الكربوهيدراتية التي تشكل جزءا من جدران الخلايا النباتية على عكس السلولوز الذي يتكون أساسا من سلاسل طويل من الجلوكوز الذي يتكون من مجموعة متنوعة من السكريات المختلفة، مثل الجلوكوز والزيلوز والمانوز والغالاكتوز، وتكون هياكلها أقل تنظيما، ومقارنتها مع العينات التجارية لضمان جودتها، وتحويلها إلى مادة "السيلولوز واللجنين والهيميسلولوز "أ" و"ب" إلى مادة فحم حيوي باستخدام عملية الحرق البطيء باستخدام غاز النيتروجين، ثم خلط العيّنات المستخلصة والفحم الحيوي مع مواد كيميائية معينة في مفاعلات خاصة في حاضنة حرارية مغلقة لمدة 60 يوما، وفي النهاية عملنا على دراسة العلاقة بين الحرارة ونوع العيّنة، والزمن ومستوى ارتفاع غاز الميثان، ووضع معادلة رياضية للتنبؤ بين الوقت ومستوى الميثان.

وأضاف: إن المشروع البحثي يمكن تنفيذه من خلال الربط مع جميع المشاتل والمزارع بمحافظة مسقط والاستفادة من مخلفات النخيل؛ إذ سيتم التركيز على التعامل مع العينات بحيث لا يشمل الخوص والعسو، ومن جهة أخرى يمكن الاستفادة من المخرج النهائي للمشروع في دعم توفير الأسمدة المعالجة والاستفادة من توليد الطاقة للمشروع نفسه مع الاستعانة بالطاقة الشمسية لبعض المراحل من المشروع مثل الإضاءة وآلات القطع والتبخير والتجفيف حيث من المتوقع الحصول على 164 ألف مليون كيلوجرام من المخلفات الزراعية سنويا وإنتاج 8400 طن من الأسمدة المعالجة المستخلصة من الفحم الحيوي العضوي المستقر من عملية الهضم اللاهوائي مما يساعد على التخفيف من ظاهرة الاحتباس الحراري عن طريق امتصاص غاز ثاني أكسيد الكربون وإنتاج غاز الميثان النظيف لتوليد الطاقة للمشروع.

وقال: إن المشروع البحثي حصد العديد من الجوائز المحلية والدولية بينها أفضل ورقة علمي في مؤتمر دبي للكيمياء ديسمبر 2022، وأفضل ورقة علمية في جامعة نزوى، إضافة على جائزة أفضل مشروع على المستوى الوطني في مسابقة مختبر الجدران المتساقطة بسلطنة عمان سبتمبر 2023، والحصول كذلك على جائزة الفكرة الموهوبة الناشئة في برلين بألمانيا في نوفمبر 2023، ويتكون الفريق البحثي الذي يرأسه الدكتور شبيب بن سليمان الراشدي الدكتوراة ومناهل بنت مسلم الخصيبية (باحثة دكتوراة).

وأكد أن البحث يتميز بأنه الوحيد عالميا الذي أظهر بشكل عام أن الفحم الحيوي يمكن أن يتحلل جزئيا في ظل الظروف اللاهوائية، ويتميز أيضا بأنه أنتج نموذجا رياضيا يمكنه التنبؤ بإنتاج الغاز الحيوي المحتمل من الفحم الحيوي استنادا إلى السليلوز المكون المتفحم، والهيميسيلولوز واللجنين مما قد يؤدي إلى ثورة اقتصادية ضخمة في عالم المخلفات الزراعية مستقبلا.

المصدر: لجريدة عمان