جدول المحتويات
الكتلة الحيوية هي إحدى الركائز الرئيسية للتحول العالمي للطاقة وتطوير المواد المستدامة. وهي تشمل جميع المواد العضوية ذات الأصل النباتي أو الحيواني أو الميكروبي الموجودة في نظام بيئي معين في وقت معين. يتيح الاستخدام الحيوي والمادي للكتلة الحيوية الحد من مصادر الطاقة الأحفورية ويساهم بشكل كبير في إزالة الكربون والاقتصاد الدائري [عثمان وآخرون، 2021].
يشكل تعقيد الكتلة الحيوية – من المخلفات الخشبية إلى المخلفات الزراعية والكسور المختلطة الحيوية المنشأ – تحديات تقنية وبيئية واقتصادية مختلفة [Mahapatra et al., 2021]. ومن أجل استغلال الإمكانات بالكامل، يلزم إجراء توصيف تحليلي دقيق: تلعب طرق التحليل الحراري مثل TGA و DSC دورًا محوريًا هنا.
تكوين وتوصيف الكتلة الحيوية
يتكون الهيكل الأساسي للكتلة الحيوية من السليلوز والهيميسليلوز واللجنين. وتحدد هذه البوليمرات الخصائص الميكانيكية والحرارية والحيوية للمادة المصدر [Barot، 2022]:
-
يشكل السليلوز المصفوفة الصلبة كبوليمر جلوكوز.
-
يحتوي الهيميسليلوز على تراكيب سكرية متفرعة (مثل الزيلان).
-
اللجنين هو عبارة عن بوليمر معقد ثلاثي الأبعاد من الكحوليات العطرية ويوفر القوة والكره للماء.
تختلف التركيبة حسب نوع النبات وعمره ودرجة نضجه. وتؤثر المواد المضافة مثل الرطوبة والرماد والنيتروجين والكبريت على جودة الاحتراق والانبعاثات وإنتاج الطاقة. تسجل تكنولوجيا التحليل الحديثة هذه البارامترات للتقييم الصناعي ومراقبة الجودة [لينسيس، 2025].
استخدام الطاقة والمواد
الطاقة الحيوية بالأرقام والتنمية
تغطي الكتلة الحيوية نسبة كبيرة من مزيج الطاقة المتجددة في ألمانيا وأوروبا: يتم استخدام أكثر من 60% من الطاقة – كوقود مباشر للحرارة والكهرباء أو في محطات الغاز الحيوي [برلين، 2025]. ويُستخدم الباقي في استخدام المواد أو كركيزة لإنتاج الغاز التخليقي والهيدروجين [DBFZ, 2025].
فيما يتعلق بالاستراتيجية السياسية، يتحول التركيز إلى تكامل النظام المستدام. والهدف من ذلك هو تجنب الاستخدامات المتنافسة، والاستفادة بذكاء من تدفقات المواد المتبقية وتقييم دورة الحياة بأكملها من منظور البيئة والموارد [Mahapatra et al., 2021].
مجالات التطبيق الصناعي
توليد الطاقة: تُستخدم كوقود في محطات الطاقة أو لتوليد حرارة المعالجة.
الوقود الحيوي: إنتاج الإيثانول الحيوي والديزل الحيوي من السكر والزيوت.
المواد الكيميائية: كيماويات المنصة الحيوية والمواد الأساسية للصناعات البلاستيكية والصيدلانية.
العمليات الحديثة: التحلل الحراري، والكربنة الحرارية المائية، والتغويز لإنتاج الغاز التخليقي والهيدروجين “الأخضر” [Barot, 2022][Mahapatra et al., 2021].
طرق التحليل الحراري: TGA، DSC وEGA
يتم تقييم السلوك الحراري والحركي للكتلة الحيوية باستخدام طرق مجربة:
تحليل الثيرموغرافيات الحرارية (TGA): يلتقط الفقد الكتلي ملامح التحلل والمكونات المتطايرة كدالة لدرجة الحرارة. يمكن استخدام ذلك لتحديد محتوى الرطوبة ونقاط تحلل السليلوز/هيميسليلوز/اللجنين وصورة الرماد [عثمان وآخرون، 2021][لينسيس، 2025].
مسعر المسح التفاضلي (DSC): يقيس تدفقات الطاقة و والسعة الحرارية أثناء العمليات الماصة للحرارة والطاردة للحرارة مثل الانحلال الحراري أو الاحتراق أو التبخير [Barot، 2022].
تحليل الغاز المتطور (EGA): يحدد الغازات المنبعثة ويحدد كميتها عن طريق قياس الطيف الكتلي المقترن أو الكشف بالأشعة تحت الحمراء .
ويوفر الجمع بين هذه العمليات معلومات عن توزيع المنتجات والحركية وإمكانات التحسين للتطبيقات الصناعية – بدءًا من التحكم في العمليات إلى تطوير دورات مواد حيوية جديدة للطاقة الحيوية.
تقنية لينسيس: حلول للتطبيقات العملية
تزود أجهزة تحليل لينسيس الباحثين وشركاء الصناعة بأدوات دقيقة لـ
أنواع مختلفة من العينات (القش، وأوراق الزيتون، والمخلفات) تحت ظروف جو وضغط متغيرة,
حركية التحلل النوعي والرطوبة المتبقية ومحتوى الرماد,
جودة المنتج في إنتاج الطاقة الحيوية أو الغاز التوليفي أو المواد الكيميائية للمنصة.
مثال عملي: يمكن استخدام تجارب محاكاة التغويز لرسم خريطة لعمليات المفاعلات واسعة النطاق على نطاق مختبري وتحسينها بطريقة مستهدفة – على سبيل المثال فيما يتعلق بإنتاج الطاقة والانبعاثات وجودة المنتج [لينسيس، 2025].
القواعد والمعايير
وقد تم وضع معايير مثل ASTM E1131 (تحليل التركيب الحراري) و ASTM E1641 (حركية التحلل عبر أوزاوا-فلين-وال) و E2008 (قياس التطاير) في جميع أنحاء العالم. وهي تضمن قابلية المقارنة وجودة بيانات القياس وتشكل الأساس لتصميم مشاريع الطاقة الحيوية المستدامة واعتماد المواد الجديدة.
الأبحاث والاتجاهات والتوقعات
تشمل الاتجاهات الحالية ما يلي:
إنتاج الهيدروجين من الكتلة الحيوية المتبقية,
تطوير مفاهيم الطاقة الحيوية الذكية,
دمج الطاقة الحيوية في سلاسل القيمة الإقليمية والعمليات الصناعية,
تقييمات دورة الحياة لتقييم إمكانات غازات الاحتباس الحراري والتأثيرات البيئية [عثمان وآخرون، 2021][DBFZ, 2025].
تعزز المشاريع البحثية الدولية القدرة التنافسية للمنتجات الحيوية المنشأ مقارنة بالمواد الأحفورية وتساعد على وضع عمليات ومعايير جديدة.
ما الذي يميز الكتلة الحيوية عن الوقود الأحفوري؟
تأتي الكتلة الحيوية من موارد متجددة وتساهم في الاقتصاد الدائري، بينما يعتمد الوقود الأحفوري على رواسب محدودة [عثمان وآخرون، 2021].
ما القيمة المضافة التي يقدمها التحليل الحراري في الممارسة العملية؟
فهي تتيح مراقبة الجودة الدقيقة والموثوقة وتحسين العمليات وتطوير منتجات وعمليات جديدة – من الوقود الحيوي إلى حلول المواد المبتكرة [Barot, 2022][Linseis, 2025].
ما مدى استدامة الكتلة الحيوية حقًا؟
تعتمد الاستدامة على تكامل النظام وجوانب استخدام الأراضي والعمليات الدائرية. تأخذ التقييمات الحديثة في الاعتبار دورة الحياة الكاملة والتأثيرات البيئية [DBFZ, 2025][ماهاباترا وآخرون، 2021].
ما الدور الذي تلعبه تكنولوجيا لينسيس في الاقتصاد الحيوي؟
تقدم شركة Linseis أدوات متقدمة للتحليل الحراري للمواد الخام الحيوية المنشأ، وبالتالي تتيح تطوير حلول عملية للأبحاث والصناعة وضمان الجودة البيئية [Linseis, 2025].
المراجع:
أحمد إ. عثمان، نيها ميهتا، أحمد محمد الجراحي، عامر الهنائي، علاء المحتسب، ديفيد و. روني (2021): تحويل الكتلة الحيوية إلى وقود حيوي وتقييم دورة الحياة: مراجعة. Energy & Environmental Science, Vol. 19, pp. 4075-4118.
Sangita Mahapatra, Dilip Kumar, Brajesh Singh, Pravin Kumar Sachan (2021): الوقود الحيوي ومصادر إنتاجه: مراجعة حول البدائل المستدامة الأنظف مقابل الوقود التقليدي، في إطار العلاقة بين الغذاء والطاقة. Energy Nexus, Vol. 4, 100036.
الدكتورة سونيتا باروت (2022): الكتلة الحيوية والطاقة الحيوية: الموارد والتحويل والتطبيق. في: الطاقة المتجددة لتقييم النمو المستدام، الفصل 9.
DBFZ – المركز الألماني لأبحاث الكتلة الحيوية (2025): مساهمة نظام الكتلة الحيوية. على الإنترنت: www.dbfz.de/forschung
شركة Linseis Messgeräte GmbH (2025): تقارير تطبيقية وأوراق فنية عن التحليل الحراري للكتلة الحيوية. على الإنترنت: www.linseis.com/wissen/biomasse/
برلين (2025): الكتلة الحيوية – إحصاءات عن استخدام الطاقة وتحليل الإمكانات. على الإنترنت: www.berlin.de/klimaschutz/waermewende/biomasse/
