الهندسة الخضراء

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

يتبنى الهندسة الخضراء نهجًا لتصميم المنتجات والعمليات من خلال تطبيق مبادئ مجدية ماليًا وتقنيًا لتحقيق هدف واحد أو أكثر من الأهداف التالية: (1) تقليل كمية التلوث الناتج عن إنشاء أو تشغيل منشأة، (2) تقليل تعرض السكان للمخاطر المحتملة (بما في ذلك الحد من السمية )، (3) تحسين استخدام المواد والطاقة طوال دورة حياة المنتج والعمليات، و(4) الحفاظ على الكفاءة والجدوى الاقتصادية. [ 1 ] يمكن أن تشكل الهندسة الخضراء إطارًا شاملًا لجميع تخصصات التصميم.

تاريخ

بدأ مفهوم الهندسة الخضراء بين عامي 1966 و1970 خلال فترة منظمة التعاون الاقتصادي والتنمية تحت مسمى: "الوصايا البيئية العشر لمواطني الأرض". [ 2 ] وقد عُبِّر عن الفكرة بصريًا على شكل دورة تبدأ بالوصية الأولى وتنتهي بالعاشرة:

  1. احترم قوانين الطبيعة
  2. تعلموا كمواطنين مسؤولين على كوكب الأرض من حكمة الطبيعة
  3. لا تقلل من تنوع وثراء ووفرة الأنواع الحية
  4. لا تلوث
  5. مواجهة المسؤولية تجاه الأرض كل يوم من أجل أطفالنا وأطفال أطفالنا
  6. اتبع مبدأ مراعاة الطبيعة/الاستدامة في جميع الأنشطة الاقتصادية!
  7. تصرف كما تتكلم!
  8. يفضل حلول المشكلات الصغيرة الذكية والبارعة، بما في ذلك عوامل الذكاء العقلاني والعاطفي.
  9. المعلومات المتعلقة بالأضرار البيئية ملك للبشرية جمعاء، وليست حكراً على الشركات الكبرى المتميزة.
  10. استمع جيداً لما يخبرك به جسدك عن تأثير بيئتك الاجتماعية والطبيعية الشخصية للغاية على صحتك [ 2 ]

ثم طرح بيتر مينكه-غلوكيرت هذه الفكرة في مؤتمر الأمم المتحدة للتربية والعلم والثقافة في باريس عام ١٩٦٨. وتتشابه هذه المبادئ مع مبادئ الهندسة الخضراء من حيث أن لكل فرد مسؤولية جوهرية في دعم هذه القيم. ويعتقد الدكتور بلوتكا-واسيلكا أن الوصايا البيئية العشر لمواطني الأرض قد أثرت في مبادئ الهندسة الخضراء، والتي يُقال إنها تعني ضمناً أن على جميع المهندسين واجب دعم القيم والممارسات المستدامة عند ابتكار عمليات جديدة.

الهندسة الخضراء جزء من مسعى أوسع نطاقًا نحو ممارسات مستدامة في إنتاج مواد مثل المركبات الكيميائية. يُعرف هذا التوجه على نطاق أوسع باسم الكيمياء الخضراء ، ويقوده منذ عام 1991 بول أناستاس وجون سي. وارنر . ونظرًا لأن الكيمياء الخضراء أقدم من الهندسة الخضراء، فهي مجال دراسي أكثر بحثًا، وقد بدأت في عام 1991 مع وضع مبادئ الكيمياء الخضراء الاثني عشر.

12 مبدأ من مبادئ الهندسة الخضراء

في 19 مايو 2003، وضع بول أناستاس، برفقة زوجته المستقبلية جولي زيمرمان، مبادئ الهندسة الخضراء الاثني عشر. وقد توسعت هذه المبادئ لتشمل مبادئ الكيمياء الخضراء الاثني عشر، ليس فقط المبادئ التوجيهية لما ينبغي أن تكون عليه المواد الكيميائية الصديقة للبيئة نظريًا، بل أيضًا الخطوات الواجب اتباعها لإنتاج بديل صديق للبيئة لتلك المواد. [ 3 ] يمكن تطبيق الفكر البيئي الواعي على التخصصات الهندسية، مثل الهندسة المدنية والميكانيكية ، عند النظر في الممارسات ذات الآثار البيئية السلبية، مثل ترطيب الخرسانة . ومع ذلك، لا تزال هذه المبادئ تتمحور حول العمليات الكيميائية، حيث يتعلق نصفها تقريبًا بالمهندسين. [ 4 ] ثمة العديد من أوجه التفاعل بين مبادئ الكيمياء الخضراء الاثني عشر ومبادئ الهندسة الخضراء الاثني عشر، والتي أشار إليها تسيه-لون تشين وآخرون بـ"الروابط المتبادلة". لكل مبدأ من مبادئ الهندسة الخضراء رابط متبادل واحد أو أكثر مع مبادئ الكيمياء الخضراء. فعلى سبيل المثال، المبدأ الأول للهندسة الخضراء هو "الجوهر بدلاً من الظروف"، والذي يرتبط ارتباطاً وثيقاً بالمبادئ 1 و3 و8 للكيمياء الخضراء. [ 5 ]

9 مبادئ للهندسة الخضراء

في 19 مايو/أيار 2003، وخلال مؤتمر عُقد في منتجع سانديستين بولاية فلوريدا، اجتمعت مجموعة تضم حوالي 65 كيميائيًا ومهندسًا ومسؤولًا حكوميًا لوضع مجموعة مُختصرة من المبادئ الخضراء المتعلقة بالمهندسين والهندسة. وبعد أربعة أيام من المناقشات والمقترحات، صدر إعلان سانديستين. [ 6 ] وقد أرست هذه المبادئ التسعة مبادئ الهندسة الخضراء، التي ركزت على العمليات التي يمكن للمهندسين الالتزام بها، مع التركيز على تصميم العمليات والمنتجات مع مراعاة المستقبل. وقد حظيت هذه المبادئ التسعة لاحقًا بدعم واعتراف وكالة حماية البيئة الأمريكية ، والمؤسسة الوطنية للعلوم ، ووزارة الطاقة (مختبر لوس ألاموس الوطني) ، ومعهد الكيمياء الخضراء التابع للجمعية الكيميائية الأمريكية . [ 6 ]

مبادئ

تتبع الهندسة الخضراء تسعة مبادئ توجيهية:

  1. قم بتصميم العمليات والمنتجات بشكل شامل، واستخدم تحليل النظم، وقم بدمج أدوات تقييم الأثر البيئي.
  2. الحفاظ على النظم البيئية الطبيعية وتحسينها مع حماية صحة الإنسان ورفاهيته.
  3. استخدم التفكير في دورة حياة المنتج في جميع الأنشطة الهندسية.
  4. ضمان أن تكون جميع مدخلات ومخرجات المواد والطاقة آمنة وغير ضارة قدر الإمكان.
  5. تقليل استنزاف الموارد الطبيعية.
  6. منع الهدر.
  7. تطوير وتطبيق الحلول الهندسية مع مراعاة الجغرافيا المحلية والتطلعات والثقافات.
  8. ابتكار حلول هندسية تتجاوز التقنيات الحالية أو السائدة؛ تحسين وتطوير وابتكار (التقنيات) لتحقيق الاستدامة .
  9. إشراك المجتمعات وأصحاب المصلحة بشكل فعال في تطوير الحلول الهندسية. [ 7 ] [ 8 ]

في عام 2003، قدمت الجمعية الكيميائية الأمريكية قائمة جديدة تضم اثني عشر مبدأً:

  1. متأصلة وليست ظرفية - يحتاج المصممون إلى السعي لضمان أن تكون جميع المواد ومدخلات ومخرجات الطاقة غير خطرة بطبيعتها قدر الإمكان.
  2. الوقاية بدلاً من المعالجة - من الأفضل منع النفايات بدلاً من معالجتها أو تنظيفها بعد تشكلها.
  3. التصميم من أجل الفصل – ينبغي تصميم عمليات الفصل والتنقية لتقليل استهلاك الطاقة واستخدام المواد.
  4. زيادة الكفاءة إلى أقصى حد - ينبغي تصميم المنتجات والعمليات والأنظمة لزيادة كفاءة الكتلة والطاقة والمساحة والوقت إلى أقصى حد.
  5. الإنتاج المسحوب مقابل الإنتاج المدفوع بالمدخلات - ينبغي أن تكون المنتجات والعمليات والأنظمة "مسحوبة من المخرجات" بدلاً من "مدفوعة بالمدخلات" من خلال استخدام الطاقة والمواد.
  6. الحفاظ على التعقيد – يجب النظر إلى الإنتروبيا والتعقيد المضمنين على أنهما استثمار عند اتخاذ خيارات التصميم بشأن إعادة التدوير أو إعادة الاستخدام أو التخلص المفيد.
  7. المتانة بدلاً من الخلود - ينبغي أن يكون هدف التصميم هو تحقيق المتانة المستهدفة، وليس الخلود.
  8. تلبية الاحتياجات، وتقليل الفائض - يجب اعتبار تصميم الحلول التي تتطلب سعة أو قدرة غير ضرورية (مثل "مقاس واحد يناسب الجميع") عيبًا في التصميم.
  9. تقليل تنوع المواد - يجب تقليل تنوع المواد في المنتجات متعددة المكونات لتعزيز التفكيك والحفاظ على القيمة.
  10. دمج تدفقات المواد والطاقة – يجب أن يشمل تصميم المنتجات والعمليات والأنظمة التكامل والترابط مع تدفقات الطاقة والمواد المتاحة.
  11. التصميم من أجل "الحياة اللاحقة" التجارية - يجب تصميم المنتجات والعمليات والأنظمة لتحقيق الأداء الأمثل في "الحياة اللاحقة" التجارية.
  12. متجددة بدلاً من مستنفدة – ينبغي أن تكون مدخلات المواد والطاقة متجددة بدلاً من أن تكون مستنفدة. [ 9 ]

نهج النظم

تُشارك العديد من التخصصات الهندسية في الهندسة الخضراء. ويشمل ذلك التصميم المستدام ، وتحليل دورة الحياة ، ومنع التلوث، والتصميم المراعي للبيئة، والتصميم القابل للتفكيك، والتصميم القابل لإعادة التدوير. وبذلك، تُعدّ الهندسة الخضراء فرعًا من الهندسة المستدامة . [ 10 ] وتتضمن الهندسة الخضراء أربعة مناهج أساسية لتحسين العمليات والمنتجات لجعلها أكثر كفاءة من الناحية البيئية. [ 11 ]

  1. الحد من النفايات؛
  2. إدارة المواد؛
  3. منع التلوث؛ و
  4. تحسين المنتج.

تعتمد الهندسة الخضراء في تصميمها على منظور منهجي يدمج العديد من التخصصات المهنية. بالإضافة إلى جميع التخصصات الهندسية، تشمل الهندسة الخضراء تخطيط استخدام الأراضي، والهندسة المعمارية، وهندسة المناظر الطبيعية، وغيرها من مجالات التصميم، فضلاً عن العلوم الاجتماعية (على سبيل المثال، لتحديد كيفية استخدام مختلف فئات الناس للمنتجات والخدمات). يهتم مهندسو الهندسة الخضراء بالفضاء، والشعور بالمكان، والنظر إلى خريطة الموقع كمجموعة من التدفقات عبر الحدود، والنظر في مجموعات هذه الأنظمة على مناطق أوسع، مثل المناطق الحضرية. يُعد تحليل دورة الحياة أداة مهمة في الهندسة الخضراء، حيث يوفر نظرة شاملة لمنتج أو عملية أو نشاط بأكمله، بما في ذلك المواد الخام، والتصنيع، والنقل، والتوزيع، والاستخدام، والصيانة، وإعادة التدوير، والتخلص النهائي. يجب أن يُسفر تقييم دورة حياة المنتج عن صورة كاملة له. تتمثل الخطوة الأولى في تقييم دورة الحياة في جمع البيانات حول تدفق المواد عبر مجتمع محدد. بمجرد معرفة كميات المكونات المختلفة لهذا التدفق، يتم تقدير الوظائف والتأثيرات المهمة لكل خطوة في الإنتاج والتصنيع والاستخدام والاسترداد/التخلص. في التصميم المستدام، يجب على المهندسين تحسين المتغيرات التي تُعطي أفضل أداء في الأطر الزمنية . 12 ]

يُشابه النهج النظمي المُستخدم في الهندسة الخضراء هندسة القيمة . وقد شبّه دانيال أ. فاليرو الهندسة الخضراء بنوع من هندسة القيمة، إذ يتطلب كلا النظامين مراعاة جميع العناصر والروابط ضمن المشروع ككل لتعزيز قيمته. ويجب تقييم كل مُكوّن وخطوة في النظام. ولا يقتصر تحديد القيمة الإجمالية على فعالية المشروع من حيث التكلفة فحسب، بل يشمل قيمًا أخرى، بما في ذلك العوامل البيئية والصحية العامة. وبالتالي، فإن المفهوم الأوسع لهندسة القيمة يتوافق مع الهندسة الخضراء، بل ويمكن أن يكون مطابقًا لها، لأن هندسة القيمة تهدف إلى الفعالية، وليس الكفاءة فقط، أي أن المشروع يُصمّم لتحقيق أهداف متعددة دون التضحية بأي قيم مهمة. والكفاءة مصطلح هندسي وديناميكي حراري يُشير إلى نسبة مُدخلات الطاقة والكتلة إلى مُخرجاتها في النظام. وكلما اقتربت هذه النسبة من 100%، زادت كفاءة النظام. وتتطلب الفعالية تحقيق الكفاءة لكل مُكوّن، بالإضافة إلى أن يؤدي تكامل المُكوّنات إلى تصميم فعّال قائم على قيم متعددة. [ 13 ] الهندسة الخضراء هي أيضًا نوع من أنواع الهندسة المتزامنة ، حيث يجب أن تتم توازي المهام لتحقيق أهداف تصميم متعددة.

تطبيق

السوائل الأيونية

يمكن وصف السائل الأيوني ببساطة بأنه ملح في حالة سائلة، يتميز بخصائص كهروإجهادية تسمح باستخدامه كمادة تشحيم. تتكون المذيبات التقليدية من زيوت أو مركبات اصطناعية، مثل مركبات الفلوروكربون ، التي قد تعمل كغازات دفيئة عند وجودها في الهواء . تتميز السوائل الأيونية بأنها غير متطايرة وتتمتع بثبات حراري عالٍ، وكما ذكر لي، "فهي تُقدم بديلاً أكثر استدامة للمذيبات التقليدية". [ 14 ] يمكن أيضًا استخدام السوائل الأيونية في احتجاز ثاني أكسيد الكربون أو كمكون في إنتاج الإيثانول الحيوي في عملية التغويز. [ 3 ]

بلاط سيراميك

تُعدّ صناعة بلاط السيراميك عملية كثيفة الاستهلاك للطاقة والمياه. وتشبه عملية طحن بلاط السيراميك عملية طحن الإسمنت للخرسانة، حيث توجد كلتا العمليتين: الطحن الجاف والطحن الرطب. ينتج عن الطحن الرطب عادةً بلاط ذو جودة أعلى بتكلفة أعلى من الطاقة والمياه، بينما ينتج عن الطحن الجاف بلاط ذو جودة أقل بتكلفة أقل. [ 3 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ وكالة حماية البيئة الأمريكية (2014)، الهندسة الخضراء. http://www.epa.gov/oppt/greenengineering/
  2. 1 2 بلوتكا-واسيلكا، جوستينا؛ كوروسكا-سوسدورف، ألكسندرا؛ ساجد، محمد؛ دي لا غوارديا، ميغيل؛ ناميشنيك، جاسيك؛ توبيزيفسكي ، ماريك (2018/09/11). "الكيمياء الخضراء في التعليم العالي: أحدث التطورات والتحديات والاتجاهات المستقبلية" . كيمسوستشيم . 11 (17): 2845–2858 . بيب كود : 2018ChSCh..11.2845P . دوى : 10.1002/cssc.201801109 . ردمك 1864-5631 . بميد 29963770 . S2CID 49643745 .   
  3. لوزانو ، فرانسيسكو ج.؛ لوزانو، رودريغو؛ فريري، باولو؛ خيمينيز-غونزاليس، كونسبسيون؛ ساكاو، توموهيكو؛ أورتيز، ماريا غابرييلا؛ ترياني، أندريا؛ كاربنتر، أنجيلا؛ فيفيروس، توماس (2018-01-20). " آفاق جديدة للكيمياء والهندسة الخضراء والمستدامة: مناهج من منظور الاستخدام المستدام للموارد والطاقة وإدارتها وتحويلها" . مجلة الإنتاج الأنظف . 172 : 227-232 . Bibcode : 2018JCPro.172..227L . doi : 10.1016/j.jclepro.2017.10.145 . hdl : 10453/129794 . ISSN 0959-6526 . 
  4. ↑ "12 مبدأً للهندسة الخضراء" . الجمعية الكيميائية الأمريكية .
  5. ↑ تشين، تسيه-لون؛ كيم، هيونوك؛ بان، شو-يوان؛ تسينغ، بو-تشيه؛ لين، يي-بين؛ تشيانغ، بين-تشي (10 مايو 2020). "تطبيق مبادئ الكيمياء الخضراء في نظام الاقتصاد الدائري لتحقيق أهداف التنمية المستدامة: التحديات والآفاق" . مجلة علوم البيئة الشاملة . 716 136998. Bibcode : 2020ScTEn.71636998C . doi : 10.1016/j.scitotenv.2020.136998 . ISSN 0048-9697 . PMID 32044483. S2CID 211080215 .   
  6. 1 2 "إعلان سانديستين: 9 مبادئ للهندسة الخضراء" . الجمعية الكيميائية الأمريكية .
  7. ↑ مؤتمر الهندسة الخضراء: تحديد المبادئ، سانديستين، فلوريدا، مايو 2003.
  8. ↑ بي تي أناستاس وجيه بي زيمرمان (2003). التصميم من خلال المبادئ الاثني عشر للهندسة الخضراء. العلوم والتكنولوجيا البيئية، 37، 5، 94A-101A.
  9. ↑ الجمعيةالكيميائية الأمريكية (2014). 12 مبدأً للهندسة الخضراء. http://www.acs.org/content/acs/en/greenchemistry/what-is-green-chemistry/principles/12-principles-of-green-engineering.html
  10. ↑ كابيزاس، هيريبيرتو؛ ماوتر، ميغان س.؛ شونارد، ديفيد؛ يو، فينغكي (2018). "عدد خاص افتراضي من مجلة ACS للكيمياء والهندسة المستدامة حول تحليل النظم وتصميمها وتحسينها من أجل الاستدامة" . مجلة ACS للكيمياء والهندسة المستدامة . 6 (6): 7199. doi : 10.1021/acssuschemeng.8b02227 .
  11. ↑ د. فاليرو و سي. برازييه (2008)، التصميم المستدام: علم الاستدامة والهندسة الخضراء. جون وايلي وأولاده، هوبوكين، نيوجيرسي، ISBN 0470130628.
  12. ^ د. فاليرو وسي. برازييه (2008).
  13. ↑ د. فاليرو (2003). هندسة مخاطر النفايات الخطرة. باتروورث-هاينمان، أمستردام، هولندا وبوسطن، ماساتشوستس، ISBN 0750677422.
  14. ↑ لي، تشيغانغ؛ تشين، بياوهوا؛ كو، يون-مو؛ ماكفارلين، دوغلاس ر. (24-05-2017). "مقدمة: السوائل الأيونية" . مراجعات كيميائية . 117 (10): 6633-6635 . doi : 10.1021/acs.chemrev.7b00246 . ISSN 0009-2665 . PMID 28535681 .