 |
| الفحم في قطاع التغليف والاغذية |
تحديات وآفاق الفحم الحيوي في قطاع الأغذية
يعد الفحم الحيوي مادة حيوية فعالة من حيث التكلفة وذات خصائص بيولوجية عديدة مثل التوافق البيولوجي وعدم السمية الخلوية والاستدامة البيئية. تسلط هذه المراجعة الضوء على آفاق وملخص متعمق للفحم الحيوي كمواد آمنة وطبيعية يمكن أن تشكل مسبارًا بيولوجيًا لتتبع المخاطر في المنتجات المعبأة وتسلط الضوء على آفاقها لتطوير عبوات غذائية نشطة. تصف هذه المراجعة أيضًا طرق تصنيع الفحم الحيوي وآلية عمل الفحم الحيوي والأساليب التحليلية ومعايير السلامة. أخيرًا، يتم تقديم فوائد وتحديات ووجهات نظر تطبيق الفحم الحيوي في سلامة الأغذية والتعبئة والتغليف.
الفحم والاحتباس الحراري
الاحتباس الحراري هو أحد القضايا الأكثر إلحاحًا التي تواجه البشرية اليوم. يعتبر العالم العلمي الغازات المسببة للاحتباس الحراري مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان وأكسيد النيتروز هي الجناة الرئيسيين للاحتباس الحراري. إن تركيزات الغازات المسببة للاحتباس الحراري في الغلاف الجوي مدفوعة في المقام الأول بالأنشطة البشرية مثل الزراعة وإزالة الغابات وحرق الوقود الأحفوري ولكنها تتأثر أيضًا بالانبعاثات الطبيعية من الأرض، بما في ذلك تحلل الكتلة الحيوية وحرقها والنشاط البركاني والزلازل . أصبحت الاستدامة البيئية كلمة طنانة بين العلماء والجمهور في جميع أنحاء العالم لوصف تأثير الاحتباس الحراري على الكائنات الحية. هدفها هو الحفاظ على الموارد البيئية لصالح الأجيال القادمة. يعد الحد من تأثير الأنشطة البشرية على البيئة والحد من الاستخدام العشوائي للهواء والماء والتربة والرواسب من بين التدابير المستخدمة لمواجهة عواقب الاحتباس الحراري.
 |
| الفحم وتدوير نفايات الطعام |
اعادة تدوير نفايات الطعام
في الوقت نفسه، تعد نفايات الطعام ومعالجته واحدة
من أكبر النفايات وأكثرها إشكالية بيئية في المجتمع الحديث. لذلك، لتقليل انبعاثات
الغازات المسببة للانحباس الحراري من نفايات الطعام، من الضروري تطوير تقنيات مبتكرة
لإعادة تدوير النفايات إلى مواد مفيدة . ومع ذلك، من الصعب تحويل نفايات الطعام إلى
موارد قيمة بعد الاستهلاك لأن هناك حدًا للمواد المفيدة كيميائيًا أو بيولوجيًا بسبب
الطبيعة غير المتجانسة لنفايات الطعام.
الفحم الحيوي المشتق من نفايات الطعام
إن صنع الفحم الحيوي من نفايات الطعام يعد تقنية
إعادة تدوير واعدة. تمت دراسة الفحم الحيوي، وهو مركب قائم على الكربون مصنوع من حرق
الكتلة الحيوية، على نطاق واسع لامتصاص الكربون وإنشاء الوقود الحيوي وتحسين صحة التربة.
يتمتع الفحم الحيوي المنتج في درجات حرارة عالية للتحلل الحراري باستخدام نفايات الطعام
ببنية كيميائية وموصلية كهربائية مماثلة للكربون الأسود، لذلك يتم استخدامه كبديل للحشوات
القائمة على البترول (مثل الكربون الأسود) في البوليمرات .
الفحم الحيوي والبوليمرات القائمة على البترول
من ناحية أخرى، تُستخدم البوليمرات القائمة على البترول مثل البولي إيثيلين والبولي بروبيلين والبوليسترين والبولي إيثيلين تيريفثالات على نطاق واسع في صناعات التعبئة والتغليف والسلع والأجهزة . ومع ذلك، لا تتحلل هذه البوليمرات بيولوجيًا، ولا تسبب تلوث الهواء بعد حرقها وتمنع خصوبة الأرض عند إلقائها في التربة . لذلك، لحل استنزاف الموارد والمشاكل البيئية الناجمة عن البلاستيك القائم على البترول، من الضروري تطوير طرق لتقليل أو استبدال بعض البلاستيك المستخدم.
حشو الفحم وكفاءة البوليمير
الفحم الحيوي كحشو في معالجة البوليمر
يستخدم الفحم الحيوي كحشو في معالجة البوليمر لتقليل الوزن وزيادة القوة وتحسين التوصيل الكهربائي للمواد المركبة البلاستيكية. على سبيل المثال، أدى إضافة 50٪ من الفحم الحيوي المصنوع من الخشب إلى HDPE إلى زيادة قوته الانثناءية بنحو 60٪ ، وإضافة 20٪ من الفحم الحيوي المصنوع من بقايا القهوة إلى الإيبوكسي أنتج توصيلًا كهربائيًا مماثلًا لإضافة 20٪ من الكربون الأسود .
قام Pudełko
et al. بالتحقيق في قابلية مركبات الفحم
الحيوي / PLA للتحلل ووجدوا أن استخدام الفحم الحيوي المشتق من
نفايات الطعام أدى إلى تسريع تحلل PLA في بيئة التسميد. توضح نتائجهم أن الفحم الحيوي من
نفايات الطعام يستخدم لتصنيع مركبات البوليمر، مما يتيح إعادة التدوير المستدام والاستخدام
عالي القيمة المضافة للموارد. افترض أنه يمكن تحويل نفايات الطعام إلى حشوات كربونية
لتحقيق نفس أداء الحشوات الأخرى. في هذه الحالة، سيوفر ذلك استراتيجية متكاملة لإعادة
تدوير هذه النفايات المهمة وتقليل اعتمادنا على حشوات الكربون المشتقة من الوقود الأحفوري.
الفحم ومعالجة النفايات الزراعية
إن النفايات الغذائية الناتجة عن معالجة المنتجات
الزراعية والسمكية تشكل مورداً متجدداً ومستداماً، لذا فإن البحث والتطوير ضروريان
للاستفادة منها بقيمة مضافة عالية بدلاً من التخلص منها ببساطة. واعتماداً على كيفية
التخلص منها، فإن نفايات الكتلة الحيوية تمثل سلاحاً ذا حدين يمكن أن يوفر مادة خام
مفيدة دون التأثير سلباً على البيئة أو الإضرار بها.
الفحم والغذاء
آفاق الفحم في صناعة الغذاء
من ناحية أخرى، بالإضافة إلى التسمم الغذائي، وهو
المشكلة الأكبر في صناعة الأغذية، فإن العوامل الأخرى التي يمكن أن تسبب تلف الأغذية
وتهدد سلامتها تشمل الكائنات الحية الدقيقة التي يمكن أن تلوث مخاطر الأغذية أثناء
معالجة الأغذية، والمعادن الثقيلة في مصادر المياه، ومنتجات الأغذية غير المقصودة.
تشمل الملوثات أو المنتجات التي لم يتم تحديدها العديد من بقايا المواد الكيميائية
الخطرة من الزراعة . لذلك، هناك حاجة ماسة إلى أنظمة كشف دقيقة وحساسة وسريعة لتطوير
تكنولوجيا استشعار سلامة الأغذية وضمان سلامتها. ونتيجة لذلك، يبدو أن تقنيات الاستشعار
الذكية/الذكية المطورة من مواد مستدامة يمكنها اكتشاف التغيرات في الوقت الفعلي في
جودة الأغذية والتلوث الميكروبي أثناء معالجة الأغذية أو توريدها هي حلول واعدة في
صناعة الأغذية .
تطبيقات الفحم في الصناعة
في هذا السياق، تم استخدام الفحم الحيوي، وهو منتج
عالي الكربون تم تطويره من خلال عدم الأكسجين الحراري للكتلة الحيوية، والتي تشمل المحاصيل
والأوراق والخشب وغيرها من النفايات التي من المحتمل أن تكون مادة مناسبة ، كمادة ماصة
للتلوث لسنوات عديدة، وقد أظهرت بعض التحقيقات أنه يمكن استخدامه أيضًا كمستشعرات حيوية
ومكثفات فائقة وتطبيقات خلايا الوقود . يتمتع الفحم الحيوي ببنية مسامية ومساحة سطحية
كبيرة وفعالية من حيث التكلفة واستقرار جيد، مما يجعله مرشحًا مفيدًا على المواد الكربونية
الأخرى (الجرافين والكربون المنشط وأنابيب الكربون النانوية المفردة أو المتعددة) في
صناعات تغليف الأغذية وتجهيز الأغذية . كبديل، يمكن أن يكون تنشيط الفحم الحيوي على
نطاق النانو اتجاهًا بحثيًا جديدًا لإنشاء مستشعرات حيوية ومركبات نانوية موثوقة وبسيطة
لأغراض سلامة الأغذية المستدامة. يوضح الشكل 1 مزايا الفحم الحيوي على المواد الاصطناعية.
الفحم وصناعة التغليف الغذائي
نُشرت العديد من المقالات النقدية حول الفحم الحيوي
مع التركيز على معالجة التربة، واكتشاف الملوثات السامة، وتطبيقات تخزين الطاقة. ومع
ذلك، من النادر العثور على مراجعات مخصصة تركز على الدور المتعدد الأوجه والمحدد للفحم
الحيوي في التطبيقات المتنوعة لسلامة الأغذية، وخاصة في اكتشاف الملوثات الغذائية وآفاق
التغليف. تسلط هذه المراجعة الضوء على طرق تصنيع الفحم الحيوي باستخدام النفايات الزراعية
الغذائية، ومعايير العملية، وآليات الإنتاج. تطبيق أجهزة الاستشعار القائمة على الفحم
الحيوي أو أجهزة الاستشعار الحيوية والمركبات المضافة إلى الفحم الحيوي في تغليف الأغذية
في سلامة الأغذية. بالإضافة إلى ذلك، تقدم هذه المراجعة نظرة عامة على فوائد الفحم
الحيوي في التوافق الحيوي، وتقييم السمية، والاستدامة البيئية، وسلامة الأغذية. أخيرًا،
نلخص تحديات وآفاق الفحم الحيوي في قطاع الأغذية.
