تتطلب التنمية المستدامة طاقة نظيفة ومياهاً آمنة وغذاءً كافياً ومواد متينة وبيئة سليمة. وتقع الهندسة الكيميائية في قلب هذه العناصر الخمسة، لأنها تصمم العمليات التي تحول الموارد إلى منتجات على نطاق صناعي. يستعرض هذا المقال إسهام هذا التخصص في الطاقة المتجددة وإدارة الكربون والاقتصاد الدائري ومعالجة المياه والكيمياء الخضراء والمواد المستدامة، ويناقش التحديات والمهارات اللازمة لتحقيق هذه الإسهامات. .1 المقدمة يواجه العالم ضغوطاً متشابكة: تغير المناخ، واستنزاف الموارد، والتلوث، ونمو السكان. ومواجهتها تتطلب عمليات صناعية تستهلك طاقة ومواد خاماً أقل، وتنتج نفايات أقل، وتعتمد بشكل متزايد على مدخلات متجددة. والمهندسون الكيميائيون مؤهلون لتحليل منظومات كاملة من الكتلة والطاقة والاقتصاد، مما يجعلهم في موقع مناسب لإعادة تصميم الصناعات القائمة ونقل التقنيات الجديدة من المختبر إلى المصنع. .2 المبادئ الموجِّهة • كفاءة العمليات: رفع المردود والانتقائية بحيث تتحول نسبة أقل من المواد الأولية إلى نفايات. • تكامل الطاقة: استرداد الحرارة داخل العمليات وفيما بينها لخفض استهلاك الوقود. • التصميم الأنظف والأكثر أماناً بطبيعته: اختيار مواد أقل ضرراً وظروف تشغيل أخف. • التفكير بدورة الحياة : تقييم الأثر البيئي من المادة الخام حتى التخلص منها باستخدام تقييم دورة الحياة (LCA) مع التحليل التقني الاقتصادي. • الدائرية: تصميم المنتجات والعمليات بحيث تُعاد المواد استخداماً أو تدويراً أو استرداداً. .3الإسهام في مجالات الاستدامة الرئيسية 3.1 الطاقة النظيفة والمتجددة يطور المهندسون الكيميائيون تقنيات مثل الوقود الحيوي، وإنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي للماء أو بمسارات منخفضة الكربون، وخلايا الوقود، والبطاريات، ومواد الخلايا الشمسية، ويوسعون نطاقها. ويعالجون كذلك التخزين والنقل، كتحويل الهيدروجين إلى ناقلات يسهل التعامل معها. والتكامل مع الشبكة الكهربائية ومع المستخدمين الصناعيين مسألة تصميم بقدر ما هي مسألة كيميائية. 3.2 إدارة الكربون يستخدم احتجاز الكربون واستخدامه وتخزينه تقنيات الامتصاص والادمصاص والغشائيات والفصل بالتبريد العميق لإزالة ثاني أكسيد الكربون من غازات المداخن أو من الهواء. ويمكن تخزين الغاز المحتجز أو تحويله إلى وقود ومواد كيميائية ومواد بناء. والتحدي الأبرز هو طاقة الاحتجاز وكلفته، وهنا تبرز أهمية تحسين العمليات. 3.3 معالجة المياه والمياه العادمة تتيح العمليات الغشائية والأكسدة المتقدمة والادمصاص والمعالجة الحيوية تنقية المياه وإعادة استخدام المخلفات السائلة الصناعية واسترداد مواد قيّمة. وتعتمد تحلية المياه، المهمة خصوصاً في المناطق الشحيحة، على تصميم كفاءة للأنظمة الغشائية والحرارية وعلى تحسين استرداد الطاقة. 3.4 الاقتصاد الدائري وإعادة التدوير يمكن للتدوير الكيميائي تفكيك البلاستيك إلى مونومرات أو مواد أولية، بما يكمّل التدوير الميكانيكي. كما يصمم المهندسون عمليات لاسترداد المعادن من النفايات الإلكترونية والبطاريات، ولتحويل النفايات الزراعية والبلدية إلى طاقة وأسمدة ومواد.. 4. التحديات • التوسيع والكلفة: كثير من التقنيات الواعدة أثبتت جدواها في المختبر لكنها لم تصبح منافسة على النطاق الصناعي. • الطلب على الطاقة في العمليات الجديدة: المنتج المستدام يحتاج إمداداً منخفض الكربون بالطاقة ليحقق فائدته. • المفاضلات: تحسّن مؤشر ما، كالكربون، قد يسوء مؤشراً آخر كاستهلاك المياه، ولذلك يلزم تقييم دورة الحياة. • السياسات والأسواق: تؤثر الحوافز والمعايير والبنية التحتية تأثيراً كبيراً في التقنيات التي يجري تبنيها. • المهارات والأخلاقيات: يحتاج المهندسون إلى معرفة متعددة التخصصات والتزام بالمسؤولية الاجتماعية والبيئية. 5. الخاتمة تقدم الهندسة الكيميائية أدوات عملية لمستقبل أكثر استدامة: عمليات كفؤة، وحوامل طاقة نظيفة، وإدارة للكربون والمياه، وتدفقات دائرية للمواد. ولتحقيق هذه الإمكانات لا بد من الجمع بين الابتكار التقني والاقتصاد السليم والسياسات الداعمة ومهندسين مؤهلين لرؤية المنظومة كاملة. وسيأتي التقدم من تحسينات تدريجية كثيرة في المصانع القائمة كما يأتي من التقنيات الجديدة.