باحثة عُمانية تُحوّل مخلفات القهوة إلى حلول مائية مستدامة

"عمان" أنجزت الباحثة العُمانية منار بنت سعيد العطار، خريجة تخصص الهندسة التحويلية من الجامعة الوطنية للعلوم والتكنولوجيا، دراسة بحثية نوعية تهدف إلى معالجة المياه الملوثة ومياه الصرف الصحي باستخدام الكربون النشط المستخلص من مخلفات القهوة.

وتسعى الدراسة إلى الإسهام في الحد من ظاهرة الاحتباس الحراري، من خلال تقليل انبعاثات غاز الميثان الناتجة عن تراكم نفايات القهوة، وتحويل هذه المخلفات إلى فلاتر كربونية فعّالة لمعالجة المياه، كما تهدف إلى استثمار هذه المخلفات في إنتاج مادة ذات قيمة مضافة، تُستخدم كمرشح فعّال في تنقية المياه.

واعتمدت الباحثة في دراستها على منهجية تجمع بين الجانبين النظري والعملي، حيث بدأت أولًا بالتصميم النظري والنمذجة باستخدام برنامج (Aspen HYSYS Plus)، وهو برنامج محاكاة هندسي متقدم يُستخدم بشكل أساسي في مجال الهندسة الكيميائية وهندسة العمليات، وتصميم وتحليل العمليات الصناعية، خاصة في صناعات النفط، والغاز، والبتروكيماويات، والطاقة، حيث قامت ببناء نموذج لعملية إنتاج الكربون النشط من مخلفات القهوة، مما ساعد على فهم تدفق المواد والطاقة في النظام، وتحديد كمية الإنتاج الممكنة، بالإضافة إلى إجراء تحليل مبدئي للجدوى الاقتصادية، الأمر الذي وفّر وقتًا وجُهدًا في اختيار أفضل الظروف التشغيلية قبل البدء بالتجارب الفعلية.

بعد ذلك، انتقلت الباحثة إلى الجزء العملي، حيث جمعت مخلفات القهوة من المقاهي المحلية، ثم جفّفتها في فرن بدرجة حرارة (100) مئوية لمدة (24) ساعة، وبعد التجفيف، تم تحويل هذه المخلفات إلى كربون نشط باستخدام مفاعل حراري يعمل بتقنية الانحلال الحراري، وجرى تنشيط الكربون الناتج بطرق فيزيائية وكيميائية لزيادة كفاءته. ولاحقًا، خضع الكربون النشط المنتج لسلسلة من التحاليل المخبرية المتقدمة، والتي شملت قياس المساحة السطحية، والمسامية، وتحليل البنية المجهرية والبلورية، بالإضافة إلى التركيب الكيميائي، وذلك بهدف فهم خصائص المادة الناتجة بدقة.

وفي المرحلة الأخيرة، أجرت الباحثة اختبارات أداء لفلاتر الكربون النشط المصنوعة من مخلفات القهوة لتقييم مدى قدرتها على إزالة المعادن الثقيلة من المياه الملوثة، وتم ذلك من خلال دراسة نسب الامتصاص وكفاءة الإزالة تحت ظروف تشغيل مختلفة.

وأظهرت نتائج الدراسة أن مخلفات القهوة تمثّل مادة أولية واعدة لإنتاج كربون نشط عالي الجودة، حيث تمكنت الباحثة من تطوير منتج يتمتع بفعالية تنافسية مقارنةً بالكربون النشط التجاري، خاصة في إزالة الملوثات مثل المعادن الثقيلة من المياه. وقد بيّنت التحاليل المخبرية أن الكربون المنتج يتميز بمسامية مرتفعة ومساحة سطحية واسعة، مما يعزّز من قدرته الامتصاصية وفعاليته في تطبيقات تنقية المياه، كما يمتاز بانخفاض تكلفته وسهولة تصنيعه من مصادر محلية متاحة، مما يجعله خيارًا اقتصاديًا وصديقًا للبيئة. وبيّنت التجارب كذلك أن هذا الكربون النشط قابل لإعادة الاستخدام بعد انتهاء عمره الافتراضي، الأمر الذي يسهم في تعزيز استدامته والحد من الأثر البيئي الناتج عن المواد أحادية الاستخدام.

وأوصت الدراسة بتوسيع تطبيق تقنية إنتاج الكربون النشط من مخلفات القهوة على نطاق صناعي لمعالجة المياه الملوثة ومياه الصرف بكفاءة عالية وبتكلفة منخفضة، مع إمكانية دمج هذه التقنية ضمن أنظمة إعادة استخدام المياه في العمليات الصناعية، واقتراح اعتماد استراتيجية الحياد الكربوني الصفري في مراحل التشغيل، وذلك من خلال الاستفادة من الغاز الحيوي الناتج عن عملية الانحلال الحراري كمصدر طاقة لتنشيط الكربون، بما يسهم في خفض البصمة الكربونية ودعم التوجهات الوطنية لتحقيق أهداف التنمية المستدامة. ودعت الدراسة أيضًا إلى استخدام الكربون النشط المنتج في التقاط غاز ثاني أكسيد الكربون من الانبعاثات الصناعية لدوره الفعّال في تقليل الغازات الدفيئة. إضافة إلى ذلك، يُمكن توظيفه في تحسين عمليات استخلاص النفط والغاز، والتحكم في الانبعاثات الغازية، ومعالجة الملوثات العضوية في الصناعات الكيميائية والبترولية، مما يمنحه فرصًا واسعة للتطبيق في عدد من القطاعات الحيوية داخل سلطنة عُمان.

المصدر: لجريدة عمان