أفادت دراسة حديثة أن قش القمح (التبن) يتميز بخصائص عزل حراري عالية، وقدرة على تحمل الضغط، إضافة إلى مقاومته الكبيرة للاشتعال مقارنة بمواد عضوية أخرى، مما يؤهله ليصبح قريبا مادة أساسية في عزل المنازل والمباني التجارية.

وتعتمد المواد التقليدية -المستخدمة بالعزل الحراري- لتنظيم درجات الحرارة في الأبنية، لكنها تستهلك كميات من الطاقة بصورة كبيرة أثناء تصنيعها، مما يُسهم في انبعاث كميات ضخمة من الغازات المسببة للاحتباس الحراري.

وعكف الدكتور تشي تشو، أستاذ الهندسة بجامعة بافالو الأميركية وفريق من الباحثين على تطوير بديل عضوي وأكثر استدامة باستخدام قش القمح. وأوضح تشو أن الكتلة الحيوية مثل قش القمح يمكن حصادها وإعادة زراعتها بشكل دوري، مما يجعلها خيارا بيئيا ممتازا.

وبحسب الفريق، يتميز قش القمح بخصائص عزل حراري عالية، وقدرة على تحمل الضغط، إضافة إلى مقاومته الكبيرة للاشتعال مقارنة بمواد عضوية أخرى. وأوضح تشو أن الخصائص المتفوقة لقش القمح تعود إلى بنيته الطبيعية الليفية والمسامية، والتي تعزز قدرته على العزل.

وبدأ تشو وفريقه البحثي عام 2022 دراسة كيفية طباعة مادة عازلة مستخلصة من قش القمح باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد.

وعمل فريق البحث في مختبر بجامعة بافالو لصناعة نماذج أولية لألواح العزل، وذلك عبر تحويل القش إلى ألياف تُربط بروابط هيدروجينية بين مركبات عضوية ومجموعات هيدروكسيل في سليلوز القش، ومن ثم تُحوّل إلى حبر قابل للطباعة.

ويُعد هذا البحث الأول من نوعه الذي يستعرض إمكانية استخدام ألياف قش القمح في الطباعة ثلاثية الأبعاد لهياكل العزل الحراري. وبحسب تشو، فإن هذه التقنية تُسهم في إنتاج مادة تتميز بقوة ميكانيكية عالية ومتانة طويلة الأمد.

وعادة ما تنقسم مواد العزل الحراري إلى 4 فئات: غير عضوية، ومركبة، ومتقدمة، وغير عضوية. وتهيمن الأخيرة -مثل الصوف الزجاجي والصوف الصخري- على السوق، نظرا لتكلفتها المحدودة، إلا أن عملية تصنيعها تعتمد على الوقود الأحفوري مما يزيد من بصمتها الكربونية.

إعلان

وفي المقابل، يُعد قش القمح مادة طبيعية متجددة وقابلة للتحلل الحيوي، مما يمنحه مزايا بيئية كبيرة. وتتضمن عملية التصنيع سحق الألياف وتحويلها إلى عجينة تُجفف في قوالب خاصة لإنتاج حبر طباعة كثيف يُستخدم في بناء هياكل العزل.

وقال تشو إن خصائص القش من حيث الكثافة المنخفضة والمحدودية الحرارية مما يجعله مثاليًا لتطبيقات البناء والعزل. كما أن هذا الابتكار يسمح باستخدام القش في صناعة أدوات منزلية وقطع أثاث ومنتجات زخرفية، مع إمكانية بناء مصانع قريبة من المزارع لتقليل انبعاثات النقل وتعزيز الاقتصاد المحلي.

ومن التحديات التي واجهت الفريق بطء الطابعات التقليدية وصغر نطاقها. غير أن الفريق طوّر طابعة بفوهات متعددة وفتحات عريضة لتوزيع المادة بسرعة وانتظام، مع تصميم نظام يضمن تدفقا مستقرا.

وبحسب تشو، فإن هذه الطريقة قابلة للتطوير الصناعي، ويأمل الباحثون في التعاون مع شركاء صناعيين قريبا لاختبار السوق وتحويل الابتكار إلى واقع تجاري.

وإذا تم اعتماد قش القمح على نطاق واسع، فسيُقلل ذلك من الانبعاثات والنفايات الزراعية، ويوفر خيارا مستداما واقتصاديا للعزل في قطاع البناء الذي يعد من بين القطاعات ذات الانبعاثات الكربونية العالية.