رغوة حيوية مصنوعة بالكامل من السليلوز ذات بنية تدرُّجية مُمكَّنة بتجميع جزيئي ناتج عن المذيب لوحدات عزل مستدامة

نوع جديد من الرغوة لمستقبل أنظف

الرغوة موجودة في حياتنا اليومية في كل مكان، من العزل داخل الجدران إلى التغليف الذي يحمي الطرود. معظم هذه الرغاوي مُصنَّعة من بلاستيكيات مشتقة من النفط تبقى في البيئة لقرون وتطلق جسيمات ميكروبلاستيكية ضارة. يصف هذا المقال نوعًا جديدًا من الرغوة مصنوعًا بالكامل من السليلوز — نفس المادة الطبيعية التي تشكل جدران خلايا النبات. يوضح الباحثون كيف يمكن تحويل السليلوز المستخرج من النباتات إلى رغوة قوية وخفيفة الوزن وقابلة لإعادة التدوير يمكنها عزل المباني مع خفض التلوث وانبعاثات الكربون بشكل حاد.

لماذا إعادة التفكير في الرغوات البلاستيكية مهمة

الرغوات البلاستيكية التقليدية مثل البولسترين والبوليكربوريثان شائعة لأنها خفيفة وسهلة التشكيل وجيدة في حجب الحرارة والضوضاء. لكنها في الأساس مصدرها الوقود الأحفوري غير المتجدد وتطلق كميات كبيرة من غازات الاحتباس الحراري أثناء التصنيع. وبعد التخلص منها، لا تتحلل هذه الرغاوي؛ بل تتحلل ببطء إلى شظايا بلاستيكية صغيرة تلوث المحيطات والتربة والحياة البرية. ومع ضغط الحكومات والمنظمات الدولية للحد من نفايات البلاستيك، يحتاج المهندسون على وجه السرعة إلى بدائل تضاهي أو تتفوق على أداء الرغاوي البلاستيكية بدون تكلفتها البيئية.

بناء الرغوة من النباتات بدلًا من النفط

طوَّر الفريق وراء هذا العمل رغوة «جميعها سليلوز» أطلقوا عليها اسم All-Cel foam. يبدأون بإذابة السليلوز المستخلص من الكتلة الحيوية في سائل خاص، ثم يستخدمون الإيثانول — وهو في الأساس كحول — لتحفيز إعادة تجميع جزيئات السليلوز بلطف إلى رغوة صلبة. تحدث هذه العملية في درجة حرارة الغرفة ولا تعتمد على عوامل نفخ سامة أو تجفيف بالتجميد مستهلك للطاقة. مع تسرب الإيثانول إلى السائل، تتشابك سلاسل السليلوز وتثبت في مكانها مكونة شبكة ثلاثية الأبعاد. وبما أن هذا التجميع يحدث بسرعات مختلفة قرب السطح وداخل العمق، تتشكل الرغوة بشكل طبيعي مع هيكل «تدرُّجي» ذكي: الطبقات الخارجية أكثر كثافة ذات مسامات أصغر، بينما الداخل مفتوح أكثر بخلايا كبيرة شبيهة بالقرص العسلي.

خفيفة الوزن، متينة، ومقاومة للحرارة

يعطي هذا التصميم التدرُّجي لرغوة All-Cel مزيجًا غير مألوف من الخصائص. فهي خفيفة جدًا — حوالي عُشر كثافة البلاستيك الصلب — ومع ذلك يمكنها دعم ما يقارب 400 ضعف وزنها، مع صلابة انضغاطية أعلى من الرغاوي البلاستيكية الشائعة المستخدمة اليوم. في اختبارات الانحناء والصدمات، تقاوم التشقق ويمكنها امتصاص صدمات تحطّم الرغاوي القياسية. كما يتحمل المـادة الحرارة جيدًا: تحافظ على صلابتها حتى نحو 200 °م وتبقى مستقرة حتى نحو 264 °م، درجات حرارة تبدأ عندها العديد من الرغاوي البلاستيكية في النعومة أو التشوّه أو الفشل. عند استخدامها كطبقة عازلة بين مصدر ضوئي ساخن وصندوق معدني، تبطئ الرغوة انتقال الحرارة بشكل حاد، مما يجعـل الصندوق فقط أدفأ قليلًا من درجة حرارة الغرفة حتى بينما تصبح سطحية الرغوة نفسها حارة جدًا. وتُشير محاكاة حاسوبية للمباني إلى أن استخدام رغوة All-Cel في الجدران يمكن أن يُطابق وفورات الطاقة للرغاوي البلاستيكية واسعة الاستخدام.

أكثر أمانًا في الحريق ولطافة أكبر مع الكوكب

يجب أن تكون الرغوة في المباني آمنة أيضًا عند اندلاع حريق. بنقع رغوة All-Cel في محلول حمض الفايتك، retardant مشتق من النباتات، أنشأ المؤلفون نسخة تحترق أقل بكثير من الرغاوي البلاستيكية الشائعة. في اختبارات حريق مضبوطة، أطلقت هذه الرغوة المعالجة حرارة ودخانًا أقل بكثير، وانطفأت اللهب بسرعة بعد إزالة مصدر الاشتعال — بفضل طبقة فحمية واقية تتكوّن على سطحها. وبنفس الأهمية، فالرغوة سهلة التشكيل وإعادة التشكيل. يمكن صبها مباشرة في قوالب، وتليينها في الماء وإعادة تشكيلها، وحتى إعادة تدويرها بإذابة القطع المستخدمة لإعداد قطع جديدة من الرغوة. في التربة، تتحلل رغوة All-Cel تدريجيًا وتختفي خلال بضعة أشهر، على عكس الرغاوي التقليدية التي تبقى تقريبًا دون تغيير. تُظهر دراسة دورة الحياة أن إنتاج هذه الرغوة السليلوزية يمكن أن يقلل انبعاثات الكربون بأكثر من نصف مقارنة ببعض الرغاوي البلاستيكية الشائعة، إلى جانب خفض تأثيرات بيئية أخرى.

نحو مبانٍ ومنتجات أكثر خضرة

لغير المتخصصين، الرسالة الأساسية بسيطة: تُظهر هذه الدراسة أن المواد النباتية يمكنها الآن المنافسة مع، بل والتفوق على، العديد من الرغاوي المشتقة من النفط من حيث القوة والسلامة وأداء العزل. تجمع رغوة All-Cel بين خفة وفائدة رغاوي التغليف والبناء المألوفة مع مزايا التجدد وإمكانية إعادة التدوير والقدرة على التحلل الحيوي. وإذا تم توسيع نطاق الإنتاج بنجاح، فقد تساعد في جعل المنازل والمركبات والمنتجات أكثر كفاءة في استخدام الطاقة مع تخفيف عبء نفايات البلاستيك على كوكبنا.

الاستشهاد: Zeng, S., Tong, Z., Li, X. et al. A gradient-structured all-cellulose biofoam enabled by solvent-induced molecular assembly for sustainable insulation modules. Nat Commun 17, 1913 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68803-8

الكلمات المفتاحية: رغوة السليلوز, عزل صديق للبيئة, مواد قابلة للتحلل الحيوي, بدائل للرغوات البلاستيكية, مباني مستدامة