كيف يمكننا تصميم أجراس معلقة تعمل بالطاقة الشمسية بدورة حياة كاملة؟

الحالة الخاصة بالتصميم الدائري في ديكور الحدائق العاملة بالطاقة الشمسية

الظاهرة: العبء المتزايد للنفايات الإلكترونية الناتجة عن ديكورات الحدائق العاملة بالطاقة الشمسية

ينتهي حوالي 2.7 مليون قطعة من زينة الحدائق الشمسية كنفايات إلكترونية كل عام. إذا تم التخلص منها بشكل عشوائي، تبدأ مواد ضارة مثل لحام الرصاص و الليثيوم بالتسرب إلى تربتنا. ما لا يدركه الناس هو أن هذه الأجهزة الصغيرة التي تعمل بالطاقة الشمسية غالبًا ما تُستبعد من برامج إعادة التدوير العادية، على الرغم من احتوائها على معادن ثمينة بداخلها - مثل السيليكون والفضة والنحاس. يمكن في الواقع استخراج كل هذه المواد وإعادتها إلى الدورة الاقتصادية بدلاً من تركها في مكبات النفايات.

المبدأ: يجب أن يمتد الاقتصاد الدائري للطاقة الشمسية الكهروضوئية ليشمل منتجات الطاقة الشمسية الصغيرة وليس الألواح فقط

عند التفكير في التصميم الدائري لتكنولوجيا الطاقة الشمسية، نحتاج إلى النظر إلى ما هو أبعد من الألواح الكبيرة المثبتة على الأسطح التي يتحدث عنها الجميع. فخذ على سبيل المثال تلك الأجهزة الشمسية الصغيرة التي يعلقها الناس خارجًا كزينة. هذه الأجهزة الصغيرة تحتوي في الواقع على نسبة كبيرة من المواد القيمة بداخلها. فهي تحتوي على خلايا سيليكون، وتوصيلات فضية، إضافةً إلى معادن نادرة متنوعة تُقدّر بنحو 23٪ من الوزن الكلي للمواد المستخدمة في الألواح الشمسية التقليدية وحدها. وفقًا لأحدث الأبحاث الصادرة عن معهد استرداد المواد (2024)، إذا طبّق المصنعون أساليب إعادة التدوير المناسبة على 100,000 من هذه المنتجات الشمسية الصغيرة، فقد يتمكنون من استعادة مواد تبلغ قيمتها حوالي 740,000 دولار أمريكي. ولهذا السبب فإن إدراج هذه الأجهزة الشمسية الصغيرة ضمن جهود الاستدامة الشاملة يعد أمرًا بالغ الأهمية، سواءً للحفاظ على البيئة أو لتقليل التكاليف على المدى الطويل.

دراسة حالة: برنامج تجريبي لاسترجاع أجراس الحديقة الشمسية (2023–2024)

استعادت مبادرة تجريبية طوعية أطلقتها الشركة المصنعة 89٪ من المواد من أجراس الطاقة الشمسية المرتجعة. وتلقى المستهلكون خصومات على المشتريات الجديدة عند إرجاع المنتجات المنتهية الصلاحية. وقد أظهر البرنامج أن تصميم أجراس الطاقة الشمسية المعلقة بحيث يسهل فكها يمكّن من استعادة المواد بفعالية من حيث التكلفة وعلى نطاق واسع، مما يُعد سابقة لتبني هذه الممارسة في جميع أنحاء القطاع.

التصميم من أجل الفك وتبسيط المواد

بناء وحداتي يتيح فك أجراس الطاقة الشمسية المعلقة دون الحاجة إلى أدوات

تأتي أجراس الشمس المعلقة التي تعمل بالطاقة الشمسية وبتصميم وحداتي مع وصلات تثبيت سريعة ومثبتات قياسية، مما يسمح للأشخاص بتفكيكها دون الحاجة إلى أدوات خاصة. ويُبسّط هذا التصميم عملية فصل الألواح الشمسية وأعمدة الجرس والإطار عند انتهاء دورة حياة المنتج. وتحصل الشركات المصنعة على استرداد ما يقارب 98 في المئة من المواد لأنها تتجنب استخدام الغراء الدائم والمواد المركبة المعقدة، وهي نسبة تزيد فعليًا عن مثلي ما تحققه التصاميم التقليدية والتي تبلغ حوالي 45 في المئة. وعندما تتآكل القطع أو تنكسر، يمكن للعملاء استبدال هذه الأجزاء المحددة فقط بدلاً من التخلص من الوحدة بأكملها. ووفقًا للتقارير الدورية الحديثة لعام 2023، فإن هذا النهج يقلل من النفايات الإلكترونية بنسبة تصل إلى ستين في المئة. وبما أن المكونات سهلة الاستبدال إلى هذا الحد، تظل الصيانة الدورية في متناول معظم المستخدمين دون الحاجة إلى مساعدة احترافية.

تصميم من مادة واحدة: دراسة حالة لإطار من الألومنيوم وغطاء عدسة شمسية من مادة البولي إيثيلين تيرفثالات (PET) من حيث إمكانية إعادة التدوير

عندما ندمج إطارات الألومنيوم مع عدسات الطاقة الشمسية المصنوعة من مادة البولي إيثيلين تيرفثالات (PET)، نحصل على شيء مميز للغاية بالنسبة لتيارات المواد. فالألومنيوم يتحسن باستمرار في كل مرة يمر فيها بعملية إعادة التدوير، ويمكن القول إنه إلى الأبد تقريبًا. أما مادة الـ PET؟ فإن إعادة تدويرها تستهلك طاقة أقل بكثير مقارنةً بالبلاستيك الجديد، حوالي 75٪ أقل فعليًا. معظم الزينة الشمسية للحدائق تنتهي بهجرانها في مكبات النفايات لأنها تدمج مواد مختلفة معًا، ما يجعل إعادة تدويرها مستحيلة وفقًا لدراسات حديثة عام 2024 حول استرداد المواد. ولكن عندما تُصنع المنتجات من هذين المادتين فقط، يصبح فكها أمرًا مباشرًا وبسيطًا. عادةً ما يعود الألومنيوم إلى خطوط الإنتاج بنسبة تصل إلى 95٪، بينما تبلغ نسبة نجاح عودة مادة الـ PET حوالي 80٪ ضمن برامج إعادة التدوير الحضرية المعتادة. ما المقصود عمليًا بذلك؟ يعني تكاليف أقل لفصل النفايات وتحقيق معدل استرداد أعلى بكثير في أنظمتنا لإعادة التدوير.

إطالة عمر المنتج من خلال الإصلاح واستبدال القطع

خلايا شمسية وأعمدة أجراس قابلة للتبديل: التصميم من أجل إمكانية الإصلاح

تأتي أحدث أطواق الأجراس الشمسية مزودة بموصلات قياسية وأجزاء تثبّت بالضغط، مما يسمح للأفراد باستبدال الألواح الشمسية التالفة أو أعمدة الأجراس المكسورة بسرعة ودون الحاجة إلى أدوات خاصة من متاجر الأدوات. وفقًا لتحليلات تدهور هذه المنتجات مع مرور الوقت، فإن هذا النوع من الإصلاح السهل يضيف فعليًا حوالي 3 إلى 5 سنوات إضافية قبل أن تحتاج المنتجات إلى استبدال كامل. وعندما تتيح الشركات للعملاء إصلاح مكونات محددة بدلاً من التخلص من الوحدات بأكملها، فإنها تقلل من كمية النفايات التي تذهب إلى المدافن بنسبة تتراوح بين 40 إلى 60 في المئة سنويًا عبر خطوط منتجاتها. وبخلاف الفائدة البيئية، فإن هذه الخيارات التصميمية تُعزز الروابط بين العلامات التجارية وعملائها، لأن المستخدمين يشعرون بمزيد من السيطرة عند صيانة المنتجات التي يشترونها.

استرداد المواد: الاستخلاص الآمن للسيليكون والفضة والنحاس من المكونات المنتهية الصلاحية

غالبًا ما تستخدم المنشآت المتخصصة في إعادة التدوير تقنيات الهيدرومتالurgy لاستخلاص المكونات القيمة من الأجهزة التي لا يمكن إصلاحها بعد الآن. على سبيل المثال، تمر رقائق السيليكون بعمليات معالجة حرارية كي تُعاد استخدامها في تصنيع الألواح الشمسية. أما بالنسبة لمفاصل الفضة، فتُذاب في محاليل صديقة للبيئة، وتُبلغ معظم العمليات عن معدل نجاح يبلغ حوالي 95٪ في استرداد هذا المعدن الثمين. ويتم سحب الأسلاك النحاسية ميكانيكيًا أولًا قبل أن تُصهر لإنتاج أجزاء موصلة جديدة. وبإبقاء المواد ضمن هذه الدورة بدلاً من التخلص منها، فإن المصانع تتفادى تلوث البيئة بالمعادن الثقيلة، كما تُغطي نحو 30٪ من احتياجاتها من المواد الخام لإنتاج منتجات جديدة. وتمثل هذه الطريقة نهجًا أكثر شمولاً من مجرد تفكيك الأشياء قطعة قطعة.

إغلاق الدورة: البنية التحتية للتغليف وإعادة الاسترجاع

خيارات التغليف القابلة للتحلل: أداء وقابلية التوسع لفطر الميسيليوم مقابل الألياف المقولبة

عندما يتعلق الأمر بتغليف أجراس الشمس المعلقة ذات التصميم الدائري التي كنا نتحدث عنها، فإن الاتجاه نحو الصديق للبيئة هو ببساطة منطقي. يعمل فطر الميسيليوم بشكل ممتاز كمادة تبطين ويتقّدم في التحلل خلال حوالي 45 يومًا إذا تم رميها في كومة سماد. ما المشكلة؟ يتأثر بسهولة عند التعرض للرطوبة، مما يجعل الشحن على نطاق واسع غير موثوق إلى حدٍ كبير. تُعد الألياف المقولبة خيارًا آخر يتميز بمقاومة أفضل للماء ويمكن التخلص منها عبر السماد الصناعي أيضًا، على الرغم من أنها لا تحمي من الصدمات بنفس كفاءة فطر الميسيليوم. على أي حال، تعتمد هاتان المادتان على توفر مرافق سماد مناسبة. ودعونا نكون صريحين، وفقًا لبيانات وكالة حماية البيئة لعام 2023، لا يزيد عدد المنازل الأمريكية التي لديها بالفعل إمكانية الوصول إلى مثل هذه الخدمات عن 27٪ تقريبًا. وهذا يوضح سبب عدم اكتفاء الشركات بصنع منتجات صديقة للبيئة فحسب، بل يجب أن تدفع أيضًا من أجل تحسين أنظمة إدارة النفايات بشكل شامل.

بناء أنظمة الاسترداد: إرجاع المنتجات مقابل حوافز وخدمات لوجستية في نهاية العمر الافتراضي لتحقيق الدوران المغلق

تعمل برامج الاسترجاع الجيدة عندما تقدم سهولة في الاستخدام ونظام مكافآت من نوع ما. تمنح العديد من الشركات خصوماً بقيمة خمسة دولارات تقريباً على عملية الشراء التالية للعملاء، أو تتبرع بمال للجمعيات الخيرية بناءً على عدد العناصر التي يعيد الناس إليها. ومع ذلك، لا تزال الجوانب اللوجستية صعبة نسبياً. فتكلفة شحن تلك الأجهزة الصغيرة مثل جهاز التشيم (chime) لا تتجاوز حوالي 18 سنتاً لكل قطعة، وهي تبدو رخيصة حتى تقوم بمقارنتها بشحن الألواح الشمسية الأكبر حجماً، والتي تبلغ تكلفتها أقرب إلى دولارين لكل وحدة وفقاً لمجلة Circular Logistics Journal من العام الماضي. عادةً ما تضع الشركات الناجحة داخل مواد التعبئة والتغليف الصديقة للبيئة بطاقات شحن مدفوعة مسبقاً. كما أنها تتعاون مع مراكز إعادة تدوير الإلكترونيات المحلية التي يمكنها استخراج المكونات القيّمة مثل خلايا السيليكون وأسلاك النحاس. وعندما تتكامل جميع هذه العناصر بشكل صحيح، يتم تحويل المنتجات القديمة إلى مواد خام لإنتاج منتجات جديدة، وبذلك يتم إنشاء اقتصاد دائري لا يُهدر فيه شيء فعلياً في نهاية دورة حياته.

أسئلة شائعة

ما أهمية الاقتصاد الدائري في ديكورات الحدائق العاملة بالطاقة الشمسية؟

يسعى الاقتصاد الدائري إلى إبقاء المواد قيد الاستخدام لأطول فترة ممكنة من خلال تعزيز إعادة التدوير والاستخدام. وفي سياق ديكورات الحدائق العاملة بالطاقة الشمسية، يعني ذلك التركيز على إعادة تدوير المواد القيّمة المدمجة في هذه المنتجات، مثل السيليكون والفضة والنحاس، للحد من النفايات الإلكترونية والأضرار البيئية.

كيف يمكن أن يستفيد ديكور الحديقة الشمسي من البناء الوحداتي؟

يتيح البناء الوحداتي فك أجزاء ديكورات الحدائق الشمسية واستبدالها بسهولة. كما يُسهل تحقيق معدلات عالية لاسترداد المواد ويمد من عمر المنتجات من خلال تمكين المستخدمين من استبدال الأجزاء بدلاً من التخلص من الوحدة بأكملها.

لماذا يُعد التصميم باستخدام مادة واحدة مهمًا لإمكانية إعادة التدوير؟

يُبسّط التصميم الموحّد للمواد عملية إعادة التدوير من خلال استخدام نوع واحد من المواد، مثل الألومنيوم والبولي إيثيلين تيرفثالات (PET). ويجعل هذا النهج التصميمي من السهل فكّ وتكرير منتجات الزينة الشمسية للحدائق مقارنةً بتلك المصنوعة بمزيج من مواد مختلفة.

ما هي التحديات في استخدام التغليف القابل للتحلل الحيوي للزينة الشمسية للحدائق؟

رغم أن التغليف القابل للتحلل الحيوي، مثل مايسيليوم والألياف المقولبة، يقلل من الأثر البيئي، فإنه يعتمد على توفر مرافق تخمير مناسبة. بالإضافة إلى ذلك، يجب أخذ التحديات مثل الحساسية تجاه الرطوبة وقدرات الحماية أثناء الشحن بعين الاعتبار.