الاقتصاد الحيوي

استخدم خوان إنريكيز ورودريغو مارتينيز مصطلح "التكنولوجيا الحيوية" في ندوة علم الجينوم خلال اجتماع الجمعية الأمريكية لتقدم العلوم عام 1997. ونُشر مقتطف من هذه الورقة في مجلة ساينس . ^{[ 7 ]}

في عام 2010، تم تعريفها في التقرير المعنون "الاقتصاد الحيوي القائم على المعرفة (KBBE) في أوروبا: الإنجازات والتحديات" من قبل ألبريشت وآخرون على النحو التالي: الاقتصاد الحيوي هو الإنتاج والتحويل المستدام للكتلة الحيوية، لمجموعة من المنتجات الغذائية والصحية والألياف والصناعية والطاقة، حيث تشمل الكتلة الحيوية المتجددة أي مادة بيولوجية تستخدم كمادة خام . ^{[ 3 ]}

بحسب دراسة أجريت عام 2013، "يمكن تعريف الاقتصاد الحيوي بأنه اقتصاد تُستمد فيه اللبنات الأساسية للمواد والكيماويات والطاقة من موارد بيولوجية متجددة". ^{[ 8 ]}

عرّفت القمة العالمية الأولى للاقتصاد الحيوي، التي عُقدت في برلين في نوفمبر 2015، الاقتصاد الحيوي بأنه "إنتاج واستخدام الموارد والعمليات والمبادئ البيولوجية القائمة على المعرفة، بهدف توفير السلع والخدمات بشكل مستدام في جميع القطاعات الاقتصادية". ووفقًا للقمة، يتضمن الاقتصاد الحيوي ثلاثة عناصر: الكتلة الحيوية المتجددة، والتقنيات المُمكّنة والمُتقاربة، والتكامل بين التطبيقات المتعلقة بالإنتاج الأولي (أي جميع الموارد الطبيعية الحية)، والصحة (أي المستحضرات الصيدلانية والأجهزة الطبية)، والصناعة (أي المواد الكيميائية، والبلاستيك، والإنزيمات، واللب والورق، والطاقة الحيوية). ^{[ 9 ]}

الزراعة الخلوية هي إنتاج المنتجات الزراعية من مزارع الخلايا، باستخدام مزيج من التقنيات الحيوية ، وهندسة الأنسجة ، والبيولوجيا الجزيئية ، والبيولوجيا التركيبية ، لابتكار وتصميم أساليب جديدة لإنتاج البروتينات والدهون والأنسجة التي تُستخلص عادةً من الزراعة التقليدية. يركز هذا القطاع بشكل أساسي على إنتاج المنتجات الحيوانية، بما في ذلك اللحوم والحليب والعسل والبيض، من خلال زراعة الخلايا. ويُقترح كبديل مستدام لتربية الماشية وذبحها، وهي ممارسات تُشكل تحديات عالمية كبيرة من حيث الأثر البيئي (مثل إنتاج اللحوم )، ورفاهية الحيوان ، والأمن الغذائي ، وصحة الإنسان . ( للاطلاع على المقال كاملاً... )

مع ذلك، لا تقتصر جميع منتجات التغذية الاصطناعية على المنتجات الغذائية الحيوانية كاللحوم والألبان؛ فعلى سبيل المثال، تشير التقارير إلى وجود منتجات قهوة اصطناعية قريبة من طرحها في الأسواق بحلول عام 2021. ^{[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]} ومن المجالات البحثية والإنتاجية المشابهة القائمة على الزراعة الحيوية:

• مزارع الأغذية الميكروبية والإنتاج الميكروبي المعدل وراثيا (على سبيل المثال حرير العنكبوت ^{[ 31 ] [ 32 ]} أو مسحوق البروتين القائم على الطاقة الشمسية) ^{[ 33 ] [ 34 ]}
• التجميع الذاتي المتحكم فيه للبروتينات النباتية (على سبيل المثال حرير العنكبوت بدائل بلاستيكية مماثلة تعتمد على البروتينات النباتية ) ^{[ 35 ] [ 36 ]}
• التخليق الاصطناعي الخالي من الخلايا (على سبيل المثال، النشا ^{[ 37 ] [ 38 ]} )
• الأطعمة المقلدة المنتجة بيولوجيًا (مثل بدائل اللحوم وبدائل الحليب )

قد لا تكون العديد من الأطعمة المنتجة باستخدام أدوات وأساليب الاقتصاد الحيوي مخصصة للاستهلاك البشري، بل للحيوانات غير البشرية، مثل علف الماشية ، أو أغذية الحيوانات الأليفة المصنوعة من الحشرات، أو أعلاف الاستزراع المائي المستدام . وتوجد العديد من الشركات الناشئة وفرق البحث حول العالم التي تستخدم البيولوجيا التركيبية لإنتاج أعلاف الحيوانات. ^{[ 39 ]}

علاوة على ذلك، يمكن هندسة المحاصيل وراثيًا بطرق تزيد من الإنتاجية بشكل آمن، وتقلل الحاجة إلى المبيدات الحشرية، أو تسهل الإنتاج الداخلي.

من الأمثلة على المنتجات المتخصصة للغاية في الاقتصاد الحيوي والمتوفرة على نطاق واسع زيت الطحالب ، وهو مكمل غذائي يمكن أن يحل محل مكملات زيت السمك التي قد تكون أقل استدامة ولكنها تحظى بحصة سوقية أكبر . ^{[ 40 ] [ 41 ]}

الزراعة العمودية

الزراعة الرأسية هي ممارسة زراعة المحاصيل في طبقات متراصة رأسياً وأفقياً. ^{[ 42 ]} وهي غالباً ما تتضمن الزراعة في بيئات مُتحكَّم بها ، والتي تهدف إلى تحسين نمو النباتات، وتقنيات الزراعة بدون تربة مثل الزراعة المائية ، والزراعة المائية السمكية ، والزراعة الهوائية . ^{[ 42 ]} تشمل بعض الخيارات الشائعة للهياكل التي تُؤوي أنظمة الزراعة الرأسية المباني، وحاويات الشحن ، والأنفاق تحت الأرض، ومناجم مهجورة.

طُرح المفهوم الحديث للزراعة الرأسية عام ١٩٩٩ على يد ديكسون ديسبومير ، أستاذ الصحة العامة والبيئية في جامعة كولومبيا. ^{[ ٤٣ ]} ابتكر ديسبومير وطلابه تصميمًا لمزرعة ناطحة سحاب قادرة على إطعام ٥٠ ألف شخص. ^{[ ٤٤ ]} ورغم أن هذا التصميم لم يُبنَ بعد، إلا أنه نجح في نشر فكرة الزراعة الرأسية. ^{[ ٤٤ ]} وقد أسفرت التطبيقات الحالية للزراعة الرأسية، إلى جانب تقنيات متطورة أخرى، مثل مصابيح LED المتخصصة ، عن زيادة في إنتاج المحاصيل بأكثر من عشرة أضعاف مقارنةً بالأساليب الزراعية التقليدية. ^{[ ٤٥ ]}

تتمثل الميزة الرئيسية لاستخدام تقنيات الزراعة الرأسية في زيادة إنتاجية المحاصيل مع تقليل مساحة الأرض المطلوبة. ^{[ 46 ] [ 47 ]} كما تُعدّ القدرة المتزايدة على زراعة مجموعة متنوعة من المحاصيل في وقت واحد، نظرًا لعدم تقاسمها نفس قطعة الأرض أثناء النمو، ميزة أخرى مرغوبة. إضافةً إلى ذلك، تُصبح المحاصيل أكثر مقاومةً للتقلبات الجوية بفضل زراعتها داخل البيوت المحمية، مما يقلل من خسائر المحاصيل الناتجة عن الظروف الجوية القاسية أو غير المتوقعة. وأخيرًا، نظرًا لاستخدامها المحدود للأرض، تُعدّ الزراعة الرأسية أقل ضررًا بالنباتات والحيوانات المحلية، مما يُسهم في الحفاظ على التنوع البيولوجي المحلي. ^{[ 48 ]}

تواجه تقنيات الزراعة الرأسية تحديات اقتصادية تتمثل في ارتفاع تكاليف التأسيس مقارنةً بالمزارع التقليدية. فهي لا تستطيع زراعة جميع أنواع المحاصيل، ولكنها قد تكون فعّالة من حيث التكلفة للمنتجات ذات القيمة العالية، مثل خضراوات السلطة. ^{[ 49 ]} كما تواجه المزارع الرأسية متطلبات طاقة كبيرة نتيجة استخدام الإضاءة التكميلية، مثل مصابيح LED. وتحتاج هذه المباني أيضًا إلى تحكم دقيق في درجة الحرارة والرطوبة وإمدادات المياه. علاوة على ذلك، إذا استُخدمت الكهرباء غير منخفضة الكربون لتلبية هذه المتطلبات، فقد تُنتج المزارع الرأسية تلوثًا أكثر من المزارع التقليدية أو البيوت الزجاجية . يتمثل أحد الحلول لضمان أداء بيئي أفضل فيما يتعلق بالطاقة في استخدام الزراعة الرأسية التي تعمل بالطاقة الشمسية في نفق زراعي ^{[ 50 ]} أو بيئة زراعية محوسبة مماثلة. وبهذه الطريقة، يمكن زراعة المحاصيل تحت ألواح الطاقة الشمسية الخارجية، ويمكن استخدام الكهرباء الشمسية التي توفرها لتشغيل الزراعة الرأسية.

زراعة الفطريات

يُعدّ استخدام الفطريات في تحضير الطعام وحفظه، ولأغراض أخرى، واسع النطاق وله تاريخ طويل. وتُشكّل زراعة الفطر وجمعه صناعات ضخمة في العديد من البلدان. ​​ويُعرف علم دراسة الاستخدامات التاريخية للفطريات وتأثيرها الاجتماعي بعلم الفطريات العرقي . ونظرًا لقدرة هذه المجموعة على إنتاج طيف واسع من المنتجات الطبيعية ذات الخصائص المضادة للميكروبات أو غيرها من الخصائص البيولوجية، فقد استُخدمت أنواع عديدة منها منذ زمن طويل، أو يجري تطويرها حاليًا، للإنتاج الصناعي للمضادات الحيوية والفيتامينات وأدوية السرطان وخافضات الكوليسترول . وقد طُوّرت طرق للهندسة الوراثية للفطريات، ^{[ 51 ]} مما يُتيح الهندسة الأيضية لأنواع الفطريات. فعلى سبيل المثال، أدى التعديل الوراثي لأنواع الخميرة ^{[ 52 ]} - التي يسهل زراعتها بسرعة في أوعية التخمير الكبيرة - إلى فتح آفاق جديدة في إنتاج المستحضرات الصيدلانية ، والتي يُحتمل أن تكون أكثر كفاءة من الإنتاج باستخدام الكائنات الحية الأصلية. ^{[ 53 ]} وتُعتبر الصناعات القائمة على الفطريات أحيانًا جزءًا رئيسيًا من الاقتصاد الحيوي المتنامي، مع تطبيقات قيد البحث والتطوير، بما في ذلك استخدامها في صناعة المنسوجات، وبدائل اللحوم ، والتكنولوجيا الحيوية الفطرية العامة. ^{[ 54 ] [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ] [ 58 ]}

فعلى سبيل المثال، هناك أبحاث وتطوير مستمران لآليات الإنتاج العالي في الأماكن المغلقة. ^{[ 59 ]}

تُستخدم خميرة الخباز، أو Saccharomyces cerevisiae ، وهي فطر وحيد الخلية، في صناعة الخبز ومنتجات القمح الأخرى، مثل عجينة البيتزا والزلابية . ^{[ 60 ]} كما تُستخدم أنواع الخميرة من جنس Saccharomyces في إنتاج المشروبات الكحولية عن طريق التخمير. ^{[ 61 ]} يُعدّ عفن شويو كوجي ( Aspergillus oryzae ) مكونًا أساسيًا في تخمير صلصة الصويا ( الشويو ) والساكي ، وفي تحضير الميسو ، ^{[ 62 ]} بينما تُستخدم أنواع Rhizopus في صناعة التمبيه . ^{[ 63 ]} العديد من هذه الفطريات هي أنواع مُستأنسة تمّت تربيتها أو اختيارها وفقًا لقدرتها على تخمير الطعام دون إنتاج سموم فطرية ضارة (انظر أدناه)، والتي تُنتجها أنواع Aspergillus وثيقة الصلة بها . ^{[ 64 ]} يُصنع الكورن ، وهو بديل للحوم ، من Fusarium venenatum . ^{[ 65 ]}

بروتين فطري

البروتين الفطري (حرفيًا "بروتين من الفطريات")، والمعروف أيضًا باسم البروتين القائم على الميسيليوم أو البروتين الفطري، هو شكل من أشكال البروتين أحادي الخلية المشتق من الفطريات للاستهلاك البشري. ^{[ 66 ]}

قد تُشكّل التطبيقات الحيوية، والبحوث والتطوير في مجال إدارة النفايات ، جزءًا من الاقتصاد الحيوي. وترتبط إعادة التدوير الحيوي ( النفايات الإلكترونية ، ^{[ 79 ]} إعادة تدوير البلاستيك ، إلخ) بإدارة النفايات والمعايير والمتطلبات ذات الصلة بالإنتاج والمنتجات. وقد يكون بعض إعادة تدوير النفايات تعدينًا حيويًا، ويمكن تطبيق بعض التعدين الحيوي في مجالات أخرى غير إعادة التدوير. ^{[ 80 ]}

على سبيل المثال، في عام 2020، أفاد علماء التقنية الحيوية عن تحسينات هندسية وراثية ووصف ميكانيكي لإنزيمات متآزرة - إنزيم PETase ، الذي اكتُشف لأول مرة في عام 2016، وإنزيم MHETase من بكتيريا Ideonella sakaiensis - لتسريع عملية إزالة البلمرة من البولي إيثيلين تيريفثالات (PET) وكذلك البولي إيثيلين فورماميد (PEF)، مما قد يكون مفيدًا في إزالة التلوث وإعادة التدوير وإعادة استخدام المواد البلاستيكية المختلطة إلى جانب طرق أخرى. ^{[ 81 ] [ 82 ] [ 83 ]} قد تكون هذه الطرق أكثر ملاءمة للبيئة وأكثر فعالية من حيث التكلفة من إعادة تدوير البولي إيثيلين تيريفثالات ميكانيكيًا وكيميائيًا، مما يتيح حلولًا للاقتصاد الحيوي الدائري للبلاستيك من خلال أنظمة تعتمد على سلالات مُهندسة. ^{[ 84 ]} علاوة على ذلك، يمكن استخدام الكائنات الحية الدقيقة لاستخراج العناصر المفيدة من صخور البازلت من خلال الاستخلاص الحيوي . ^{[ 85 ] [ 86 ]}

في عام 2020، قُدّرت قيمة صناعة المكملات الغذائية العالمية بـ 140.3 مليار دولار أمريكي، وفقًا لتحليل أجرته شركة "جراند فيو ريسيرش". ^{[ 87 ]} قد تتداخل بعض جوانب الاقتصاد الصحي مع الاقتصاد الحيوي، ^{[ 88 ] [ 89 ]} بما في ذلك المنتجات والأنشطة المتعلقة بمكافحة الشيخوخة وإطالة العمر ، ومنتجات النظافة والجمال، ^{[ 89 ]} والأغذية الوظيفية ، ^{[ 89 ]} والمنتجات المتعلقة بالأداء الرياضي، والاختبارات الحيوية (مثل اختبارات الميكروبيوم ) وبنوك العينات (مثل بنوك عينات البراز ^{[ 90 ]} بما في ذلك كبسولات "البراز الفائق" الفموية ^{[ 91 ]} ) وقواعد البيانات (وخاصة قواعد بيانات الحمض النووي )، والتي يمكن استخدامها بدورها للتدخلات الفردية والمراقبة وتطوير منتجات جديدة. كما يُمكن اعتبار قطاع الأدوية، بما في ذلك البحث والتطوير في مجال المضادات الحيوية الجديدة، قطاعًا من قطاعات الاقتصاد الحيوي.

يعتمد الاقتصاد الحيوي للغابات على الغابات ومواردها الطبيعية، ويشمل مجموعة متنوعة من الصناعات وعمليات الإنتاج. فعلى سبيل المثال، يتضمن هذا الاقتصاد معالجة الكتلة الحيوية للغابات لتوفير منتجات متعلقة بالطاقة والكيمياء والصناعات الغذائية. وبالتالي، يغطي الاقتصاد الحيوي للغابات مجموعة متنوعة من عمليات التصنيع القائمة على المواد الخشبية، ويتميز بتنوع منتجاته النهائية. ^{[ 92 ]}

إلى جانب المنتجات الخشبية المختلفة، تُعدّ الأنشطة الترفيهية والسياحة البيئية والصيد جزءًا أساسيًا من الاقتصاد الحيوي للغابات. كما يشمل مفهوم الاقتصاد الحيوي للغابات احتجاز الكربون وخدمات النظام البيئي . ^{[ 92 ]}

تُعدّ اللب والورق ومواد التغليف والأخشاب المنشورة من المنتجات التقليدية لصناعة الغابات . كما يُستخدم الخشب تقليديًا في صناعات الأثاث والبناء. ولكن بالإضافة إلى ذلك، وباعتباره موردًا طبيعيًا متجددًا، يُمكن استغلال مكونات الخشب في إنتاج منتجات حيوية مبتكرة إلى جانب مجموعة من منتجات صناعة الغابات التقليدية. وهكذا، فإن مواقع المطاحن التقليدية التابعة لشركات صناعة الغابات الكبرى، كما هو الحال في فنلندا، في طور التحول إلى مصافي حيوية . وفي عمليات مختلفة، تُستخدم الكتلة الحيوية للغابات لإنتاج المنسوجات والمواد الكيميائية ومستحضرات التجميل والوقود والأدوية والتغليف الذكي والطلاءات والمواد اللاصقة والبلاستيك والأغذية والأعلاف. ^{[ 92 ] [ 93 ]}

يشمل الاقتصاد الحيوي الأزرق الشركات القائمة على الاستخدام المستدام للموارد المائية المتجددة، بالإضافة إلى مجالات الخبرة المتعلقة بالمياه. ويشمل تطوير وتسويق منتجات وخدمات الاقتصاد الحيوي الأزرق. وفي هذا الصدد، تشمل القطاعات الرئيسية الأنشطة التجارية القائمة على الخبرة والتكنولوجيا المائية، والسياحة المائية، واستخدام الكتلة الحيوية المائية، وسلسلة قيمة مصايد الأسماك. علاوة على ذلك، فإن القيمة المعنوية للموارد الطبيعية المائية عالية جدًا. وللمناطق المائية قيم أخرى تتجاوز كونها منصات للأنشطة الاقتصادية، فهي توفر رفاهية الإنسان وترفيهه وصحته. ^{[ 94 ]}

بحسب الاتحاد الأوروبي، يركز الاقتصاد الحيوي الأزرق على البيئات المائية أو البحرية، وخاصة على تطبيقات الاستزراع المائي الجديدة، بما في ذلك غير الغذائية والغذائية والأعلاف. ^{[ 95 ]}

في التقرير الأوروبي حول استراتيجية النمو الأزرق - نحو نمو أكثر استدامة وفرص عمل في الاقتصاد الأزرق (2017)، يُعرَّف الاقتصاد الحيوي الأزرق بشكل مختلف عن الاقتصاد الأزرق. فالاقتصاد الأزرق يعني الصناعات المرتبطة بالأنشطة البيئية البحرية، مثل بناء السفن، والنقل، والسياحة الساحلية، والطاقات المتجددة (مثل طواحين الهواء البحرية)، والموارد الحية وغير الحية. ^{[ 96 ]}

يشمل الاقتصاد الحيوي أيضاً الطاقة الحيوية والهيدروجين الحيوي والوقود الحيوي ووقود الطحالب .

بحسب الرابطة العالمية للطاقة الحيوية،  غُطّي 17.8 % من إجمالي استهلاك الطاقة النهائي بالطاقة المتجددة. ومن بين مصادر الطاقة المتجددة، تُعدّ الطاقة الحيوية (الطاقة المُستمدة من مصادر حيوية) أكبر مصدر للطاقة المتجددة. في عام 2017، شكّلت الطاقة الحيوية 70% من استهلاك الطاقة المتجددة. ^{[ 97 ]}

يختلف دور الطاقة الحيوية باختلاف البلدان والقارات. ففي أفريقيا، تُعدّ أهم مصادر الطاقة بنسبة 96%. وللطاقة الحيوية حصص كبيرة في إنتاج الطاقة في الأمريكتين (59%) وآسيا (65%) وأوروبا (59%). تُنتَج الطاقة الحيوية من مجموعة واسعة من الكتلة الحيوية من الغابات والزراعة والنفايات والمخلفات الصناعية لإنتاج منتجات نهائية مفيدة (مثل الكريات الخشبية، ورقائق الخشب، والإيثانول الحيوي، والغاز الحيوي، والديزل الحيوي) لتوليد الكهرباء والتدفئة ووقود النقل في جميع أنحاء العالم. ^{[ 97 ]}

الكتلة الحيوية مورد طبيعي متجدد، ولكنه لا يزال مورداً محدوداً. توجد موارد هائلة منها على مستوى العالم، إلا أن العوامل البيئية والاجتماعية والاقتصادية تحدّ من استخدامها. يمكن للكتلة الحيوية أن تلعب دوراً هاماً في إيجاد حلول منخفضة الكربون في مجالات إمدادات المستهلكين والطاقة والغذاء والأعلاف. عملياً، تتعدد استخداماتها وتتنافس فيما بينها. ^{[ 92 ]}

يعتمد الاقتصاد الحيوي على الكتلة الحيوية من الجيل الأول (المحاصيل)، والكتلة الحيوية من الجيل الثاني (مخلفات المحاصيل)، والكتلة الحيوية من الجيل الثالث (الأعشاب البحرية والطحالب). ثم تُستخدم عدة طرق للمعالجة (في مصافي التكرير الحيوي ) لاستخلاص أقصى قدر من الكتلة الحيوية. ويشمل ذلك تقنيات مثل:

• الهضم اللاهوائي
• الانحلال الحراري
• التحميص
• التخمير

تُستخدم عملية الهضم اللاهوائي عمومًا لإنتاج الغاز الحيوي ، بينما يُنتج تخمير السكريات الإيثانول ، وتُستخدم عملية التحلل الحراري لإنتاج زيت التحلل الحراري (وهو غاز حيوي متصلب)، وتُستخدم عملية التحميص لإنتاج فحم الكتلة الحيوية. ^{[ 98 ]} يُحرق فحم الكتلة الحيوية والغاز الحيوي لإنتاج الطاقة، ويمكن استخدام الإيثانول كوقود (للمركبات)، بالإضافة إلى استخدامه لأغراض أخرى، مثل منتجات العناية بالبشرة . ^{[ 99 ]}

يمكن استخدام الطاقة الحيوية لإدارة عدم انتظام مصادر الطاقة المتجددة المتغيرة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.

رقائق الخشب والكريات

تُستخدم رقائق الخشب تقليديًا كوقود صلب للتدفئة أو في محطات الطاقة لتوليد الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة . وتُعدّ مخلفات قطع الأشجار المصدر الرئيسي لرقائق الخشب في أوروبا ومعظم دولها. ومن المتوقع أن تزداد حصة جذوع الأشجار والأخشاب المستديرة في المستقبل. ^{[ 100 ]} وفي عام 2013، بلغت تقديرات إمكانات الكتلة الحيوية للطاقة في الاتحاد الأوروبي، في ظل ظروف عام 2018 الحالية، بما في ذلك الاستخدام المستدام للغابات وتوفير الأخشاب لقطاعات الغابات التقليدية، 277  مليون متر ^مكعب للكتلة الحيوية فوق سطح الأرض، و585  مليون متر ^مكعب للكتلة الحيوية الكلية. ^{[ 101 ]}

تستخدم أنظمة الوقود الحديثة للتدفئة إما رقائق الخشب أو حبيبات الخشب . تتميز رقائق الخشب بتكلفتها المنخفضة، بينما تتميز حبيبات الخشب بقيمة وقودها المُتحكَّم بها. ويعتمد استخدام رقائق الخشب في أنظمة التدفئة الآلية على تقنية متينة. ^{[ 100 ]}

يُعدّ حجم رقائق الخشب ومحتواها من الرطوبة والمادة الخام المُصنّعة منها عوامل بالغة الأهمية عند حرقها في محطات صغيرة. وللأسف، لا توجد معايير كافية لتحديد أحجام رقائق الخشب. مع ذلك، في مارس 2018، اعتمد المعهد الوطني الأمريكي للمعايير معيار AD17225-4 لجودة وقود التدفئة المصنوع من رقائق الخشب. العنوان الكامل للمعيار هو: ANSI/ASABE AD17225-4:2014 FEB2018 الوقود الحيوي الصلب - مواصفات الوقود وفئاته - الجزء 4: رقائق الخشب المُصنّفة. ^{[ 102 ]} إحدى فئات الرقائق الشائعة هي GF60، والتي تُستخدم عادةً في المحطات الصغيرة، بما في ذلك الصناعات الصغيرة والفلل والمباني السكنية. ويُعرف هذا النوع باسم "رقائق الخشب الناعمة والجافة والصغيرة". تتطلب مواصفات GF60 أن تتراوح نسبة الرطوبة بين 10 و30%، وأن تتوزع أحجام رقائق الخشب كما يلي: 0-3.5 مم: أقل من 8%، 3.5-30 مم: أقل من 7%، 30-60  مم: 80-100%، 60-100  مم: أقل من 3%، 100-120  مم: أقل من 2%. ^{[ 100 ]}

عادةً ما يكون محتوى الطاقة في متر مكعب واحد من الخشب أعلى منه في متر مكعب واحد من جذوع الأشجار، ولكنه قد يختلف اختلافًا كبيرًا تبعًا لنسبة الرطوبة. وتتحدد نسبة الرطوبة بكيفية معالجة المادة الخام. فإذا قُطعت الأشجار في الشتاء وتُركت لتجف خلال الصيف (مع وجود مواد حافظة في اللحاء وتغطيتها لمنع وصول المطر إليها)، ثم قُطعت إلى رقائق في الخريف، فإن محتوى الرطوبة في رقائق الخشب سيكون حوالي 20-25%. وبالتالي، فإن محتوى الطاقة سيكون حوالي 3.5-4.5 كيلوواط ساعة/كيلوجرام (حوالي 150-250  كيلوجرام/متر مكعب). ^{[ 100 ]}

تم تحويل محطات توليد الطاقة بالفحم للعمل على رقائق الخشب، وهو أمر سهل نسبياً، حيث أن كلاهما يستخدم محرك توربيني بخاري متطابق ، وتكلفة وقود رقائق الخشب مماثلة لتكلفة الفحم . ^{[ 100 ]}

تُعدّ الكتلة الحيوية الصلبة وقودًا جذابًا لمعالجة مخاوف أزمة الطاقة وتغير المناخ ، نظرًا لكونه وقودًا ميسور التكلفة، ومتوفرًا على نطاق واسع، وقريبًا من الحياد الكربوني ، وبالتالي محايدًا مناخيًا من حيث ثاني أكسيد الكربون (CO2 ₎ ، حيث أنه في الحالة المثالية، لا يُطلق في الغلاف الجوي إلا ثاني أكسيد الكربون الذي امتصته الشجرة أثناء نموها وخزّنته في الخشب. ^{[ 100 ]}

تتشابه رقائق الخشب مع حبيبات الخشب المضغوطة من حيث سهولة نقلها وتداولها وأتمتة عملياتها مقارنةً بالحطب، لا سيما في الأنظمة الصغيرة. كما أن إنتاج رقائق الخشب أقل تكلفة من إنتاج حبيبات الخشب المضغوطة، التي تتطلب معالجة في منشآت متخصصة. ورغم تجنب تكاليف التكرير، إلا أن انخفاض كثافة رقائق الخشب وارتفاع نسبة رطوبتها يقلل من قيمتها الحرارية ، مما يزيد بشكل كبير من كمية المواد الخام اللازمة لتوليد نفس كمية الحرارة. كما أن زيادة حجمها المادي تزيد من تكلفة نقلها وتخزينها وشحنها، بالإضافة إلى زيادة انبعاثاتها.

تُعدّ رقائق الخشب أقل تكلفة من حطب الوقود ، نظرًا لسرعة عملية الحصاد وأتمتتها العالية. كما أن رقائق الخشب متوفرة بكثرة، ويعود ذلك جزئيًا إلى إمكانية تقطيع جميع أجزاء الشجرة، بينما قد تتطلب الأغصان الصغيرة والفروع جهدًا كبيرًا لتحويلها إلى حطب وقود. يحتاج حطب الوقود عادةً إلى التجفيف قبل حرقه بكفاءة ونظافة. في المقابل، صُممت أنظمة رقائق الخشب خصيصًا لحرق الرقائق الخضراء بكفاءة ونظافة، والتي تتميز بمحتوى رطوبة عالٍ جدًا يتراوح بين 43 و47% (على أساس الوزن الرطب). ^{[ 103 ]} (انظر: التغويز وغاز الخشب )

المنتجات الحيوية أو المنتجات القائمة على المواد الحيوية هي منتجات مصنوعة من الكتلة الحيوية . ويشير مصطلح "المنتج الحيوي" إلى مجموعة واسعة من المنتجات الصناعية والتجارية التي تتميز بتنوع خصائصها وتراكيبها وعمليات تصنيعها، فضلاً عن اختلاف فوائدها ومخاطرها. ^{[ 106 ]}

تُطوَّر المنتجات الحيوية بهدف تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري والموارد غير المتجددة. ولتحقيق ذلك، يكمن المفتاح في تطوير تقنيات جديدة للتكرير الحيوي لتحويل الموارد الطبيعية المتجددة بشكل مستدام إلى منتجات ومواد ووقود حيوي، على سبيل المثال ^{[ 107 ].}

مواد

توجد إمكانية لإنتاج مواد البناء (العزل، مواد الأسطح، إلخ) ومواد جديدة بشكل عام (البوليمرات، البلاستيك، المواد المركبة، إلخ) باستخدام المواد الحيوية. ^{[ 89 ]} وقد استُخدمت الخلايا الميكروبية الضوئية كخطوة نحو الإنتاج الاصطناعي لخيوط العنكبوت . ^{[ 31 ] [ 32 ]}

البلاستيك الحيوي

لا تقتصر المواد البلاستيكية الحيوية على مادة واحدة، بل تشمل مجموعة واسعة من المواد ذات الخصائص والتطبيقات المختلفة. ووفقًا لمنظمة البلاستيك الحيوي الأوروبية، تُعرَّف المادة البلاستيكية بأنها بلاستيكية حيوية إذا كانت إما بلاستيكًا حيويًا ، أو بلاستيكًا قابلًا للتحلل الحيوي ، أو مادة تجمع بين هاتين الخاصيتين. تتمتع المواد البلاستيكية الحيوية بنفس خصائص البلاستيك التقليدي، وتوفر مزايا إضافية، مثل تقليل البصمة الكربونية أو خيارات إضافية لإدارة النفايات، كالتسميد . ^{[ 118 ]}

تنقسم المواد البلاستيكية الحيوية إلى ثلاث مجموعات رئيسية: ^{[ 118 ]}

• البلاستيك غير القابل للتحلل الحيوي، سواء كان حيويًا أو شبه حيوي، مثل البولي إيثيلين الحيوي، أو البولي بروبيلين، أو البولي إيثيلين تيريفثالات (ما يسمى بالبدائل)، والبوليمرات التقنية الحيوية عالية الأداء مثل البولي تيترا ثيوفين أو البولي إيثيلين تيريفثالات
• البلاستيكات التي تكون حيوية المصدر وقابلة للتحلل الحيوي، مثل PLA وPHA أو PBS
• البلاستيك المصنوع من موارد أحفورية والقابل للتحلل الحيوي، مثل PBAT

بالإضافة إلى ذلك، توفر مواد جديدة مثل حمض البولي لاكتيك (PLA) والبولي هيدروكسي ألكانوات (PHA) والسليلوز أو المواد القائمة على النشا حلولاً ذات وظائف جديدة كلياً، مثل قابلية التحلل الحيوي والتسميد، وفي بعض الحالات خصائص حاجز محسّنة. ومع ازدياد تنوع المواد البلاستيكية الحيوية، تحسّنت بشكل ملحوظ خصائص أخرى مثل المرونة والمتانة وقابلية الطباعة والشفافية والحاجز ومقاومة الحرارة واللمعان وغيرها الكثير. ^{[ 118 ]}

تم تصنيع البلاستيك الحيوي من بنجر السكر بواسطة البكتيريا. ^{[ 119 ] [ 120 ]}

أمثلة على البلاستيك الحيوي

• بابتيك: توجد مواد تغليف تجمع بين خصائص الورق والبلاستيك. على سبيل المثال، يُصنع بابتيك من ألياف خشبية تحتوي على أكثر من 70% خشب. تُشكّل هذه المادة بتقنية تشكيل الرغوة، مما يوفر المواد الخام ويُحسّن خصائصها. يمكن إنتاجها على شكل بكرات، مما يُتيح توصيلها باستخدام المطاحن الموجودة. تتميز المادة بمقاومتها للتناثر، ولكنها تتحلل عند غمرها بالماء. وهي أكثر متانة من الورق وتحافظ على شكلها بشكل أفضل من البلاستيك. يُعاد تدويرها مع الكرتون. ^{[ 121 ]}

أمثلة على المركبات الحيوية

• تُصنع علب سولاباك من رقائق الخشب ومادة رابطة طبيعية قابلة للتحلل الحيوي، وتتميز بخصائص مشابهة للبلاستيك. تتحمل هذه العلب الماء والدهون، ولا تسمح بمرور الأكسجين. تجمع منتجات سولاباك بين الاستدامة والفخامة، ولا تخضع لقيود التصميم. تُنافس سولاباك العلب البلاستيكية التقليدية من حيث التكلفة، وهي مناسبة لنفس أجهزة التعبئة والتغليف. ^{[ 122 ]}
• تُنتج شركة ووديو أحواضًا وأثاثًا آخر للحمامات مصنوعة من الخشب المركب. يُصنع هذا المركب بتشكيل مزيج من رقائق الخشب ومادة رابطة شفافة. وقد طورت ووديو مركبًا من الخشب الصلب مقاومًا للماء تمامًا. يتميز هذا المركب بخصائص مشابهة للسيراميك، ولكنه يُمكن استخدامه لإنتاج الطاقة في نهاية عمره الافتراضي، على عكس نفايات السيراميك. يتميز مركب الخشب الصلب بصلابته، ويمكن تشكيله باستخدام أدوات خشبية. ^{[ 123 ]}
• وودكاست مادة صب متجددة وقابلة للتحلل الحيوي. تُصنع من رقائق الخشب والبلاستيك القابل للتحلل الحيوي. تتميز بصلابتها ومتانتها في درجة حرارة الغرفة، ولكنها تصبح مرنة وذاتية الالتصاق عند تسخينها. يمكن استخدام وودكاست في جميع أعمال التجصيص والتدعيم. تتميز المادة بنفاذيتها للهواء وشفافيتها للأشعة السينية. تُستخدم في أعمال التجصيص والعلاج الوظيفي، ويمكن تشكيلها لتناسب أي شكل تشريحي. يمكن إعادة استخدام القطع الزائدة، بينما يمكن التخلص من القوالب المستخدمة إما كمصدر للطاقة أو كنفايات عضوية. يختلف هذا المركب عن قوالب الجير التقليدية في أنه لا يحتاج إلى الماء وهو غير سام. لذلك، لا حاجة إلى أقنعة الغاز أو القفازات أو مراوح الشفط عند التعامل مع القالب. ^{[ 124 ] [ 125 ] [ 126 ]}

لتغليف مستدام

تم تطوير أو استخدام مواد حيوية المنشأ للتغليف بدون استخدام البلاستيك، وخاصة في حالات الاستخدام التي لا يمكن فيها التخلص التدريجي من التغليف، مثل حفظ الأغذية. ^{[ 127 ]}

تم تطوير بديل للتغليف البلاستيكي قابل للتحلل الحيوي ومصنوع من البروتينات النباتية ^{[ 128 ]،} وذلك استنادًا إلى أبحاث أجريت على خيوط العنكبوت المعروفة بقوتها العالية وتشابهها على المستوى الجزيئي. ^{[ 129 ] [ 130 ]}

يبحث باحثون في دائرة البحوث الزراعية في استخدام أغشية مصنوعة من منتجات الألبان كبديل للتغليف المصنوع من مشتقات البترول. فبدلاً من تصنيعها من بوليمرات اصطناعية ، ستُصنع هذه الأغشية من بروتينات مثل الكازين ومصل اللبن ، الموجودة في الحليب. وستكون هذه الأغشية قابلة للتحلل الحيوي ، وتوفر حماية أفضل ضد الأكسجين مقارنةً بالأغشية الاصطناعية المصنوعة من مواد كيميائية. كما يمكن استخدام عديدات السكاريد، وهي بوليمرات أخرى قابلة للتحلل الحيوي، والموجودة في السليلوز والكيتوزان والنشا، في صناعة الأغشية والطلاءات والهلاميات الهوائية لتغليف المواد الغذائية. ^{[ 131 ]} ولا يزال هناك حاجة إلى مزيد من الأبحاث لتحسين جودة حاجز الماء في الأغشية المصنوعة من منتجات الألبان، ولكن يجري العمل بنشاط على تطوير حلول تغليف مستدامة. ^{[ 132 ]}

تم تحديد الألياف النباتية غير الخشبية من منطقة الأمازون كمواد خام واعدة لمواد التغليف المستدامة. وقد وجدت دراسة أجريت عام 2026، قارنت 19 نوعًا من ألياف الأمازون، بما في ذلك تفل الآساي، وساق الموز الكاذب، وتفل قصب السكر، أن المخلفات الزراعية توفر أعلى أحجام إنتاج وأقل التكاليف، مع تطبيقات في صناعة اللب والورق، والمنسوجات، والنانوسليلوز. ويتميز تفل الآساي، على وجه الخصوص، بإنتاجيته العالية من الألياف لكل هكتار وانتشاره الجغرافي الواسع في حوض الأمازون، مما يجعله مرشحًا قويًا لإنتاج مواد تغليف مستدامة على نطاق واسع. ^{[ 133 ]}

لا يمكن تطبيق سياسة التغليف المستدام على منتج محدد. يجب أن تتضمن التشريعات الفعّالة بدائل للعديد من المنتجات، وليس لعدد قليل منها فقط؛ وإلا فلن تكون الآثار الإيجابية للتغليف المستدام فعّالة بالقدر الكافي لتحقيق خفض كبير في استخدام التغليف البلاستيكي. إن إيجاد بدائل من شأنه أن يقلل من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري الناتجة عن إنتاج التغليف غير المستدام، ويقلل من المنتجات الكيميائية الثانوية الخطرة الناتجة عن ممارسات التغليف غير المستدامة. ^{[ 134 ]}

يتسع نطاق الاقتصاد الحيوي باستمرار مع ظهور مجالات متخصصة جديدة. ومن هذه المجالات الاقتصاد الحيوي المناعي ، الذي يحلل النماذج الاقتصادية وسلوك المستهلك في أسواق المنتجات والخدمات القائمة على الجهاز المناعي. ويشمل ذلك دراسة ديناميكيات السوق وعمليات صنع القرار للمنتجات البيولوجية مثل بنوك دم الحبل السري. ^{[ 142 ]}

ارتبط الاقتصاد الحيوي إلى حد كبير برؤى "النمو الأخضر". ^{[ 143 ]} وخلصت دراسة إلى أن "الاقتصاد الحيوي الدائري" قد يكون "ضروريًا لبناء مستقبل خالٍ من الكربون بما يتماشى مع أهداف اتفاقية باريس للمناخ ". ^{[ 144 ]} ومع ذلك، يخشى البعض من أن التركيز على التقدم التكنولوجي أو الاعتماد عليه قد يؤدي إلى استمرار نموذج اجتماعي اقتصادي غير مستدام بدلاً من تغييره. ^{[ 145 ]} ويخشى آخرون من أن ذلك قد لا يؤدي إلى اقتصاد صديق للبيئة، بل إلى اقتصاد يعتمد على العناصر البيولوجية، "الكائنات الحية"، ويحذرون من ضرورة النظر في إمكانيات التقنيات غير الحيوية لتحقيق استدامة أكبر. ^{[ 145 ]} وجدت دراسة أن تفسير الاتحاد الأوروبي الحالي للاقتصاد الحيوي، حتى عام 2019، "يُناقض تمامًا الرواية الأصلية لبارانوف وجورجيسكو-رويجن التي أشارت إلى أن توسيع حصة الأنشطة القائمة على الموارد المتجددة في الاقتصاد سيؤدي إلى إبطاء النمو الاقتصادي وفرض قيود صارمة على التوسع الاقتصادي الشامل". ^{[ 146 ]} علاوة على ذلك، يحذر البعض من أن "وادي السيليكون وشركات الأغذية" قد تستخدم تقنيات الاقتصاد الحيوي للتسويق الأخضر واحتكار السوق . ^{[ 147 ]} قد يُشتت الاقتصاد الحيوي، بإمكانياته وأنماط الإنتاج الجديدة الثورية والابتكارات، الانتباه عن الحاجة إلى تغييرات هيكلية اجتماعية واقتصادية شاملة ^{[ 148 ] [ 149 ]} ويُقدم وهمًا زائفًا بالتفاؤل الطوباوي التكنولوجي الرأسمالي الذي يوحي بأن الحلول التكنولوجية ^{[ 8 ]} قد تُمكن من الحفاظ على الأنماط والهياكل المعاصرة، مُستبقةً بذلك التغييرات الهيكلية.

يعتمد العديد من المزارعين على الأساليب التقليدية لإنتاج المحاصيل، ويعيش الكثير منهم في اقتصادات نامية. ^{[ 29 ]} قد تُهدد الزراعة الخلوية لمنتجات مثل القهوة الاصطناعية، إذا لم يتغير السياق الاجتماعي والاقتصادي الحالي ( آليات النظام الاجتماعي والاقتصادي كالحوافز وآليات توزيع الموارد كالأسواق) (من حيث طبيعتها وأهدافها ونطاقها وحدودها ودرجاتها)، وظائفهم وسبل عيشهم، فضلاً عن اقتصاد الدولة المعنية واستقرارها الاجتماعي. وخلصت دراسة إلى أنه "بالنظر إلى الخبرة المطلوبة وتكاليف الاستثمار المرتفعة لهذا الابتكار، يبدو من غير المرجح أن تُفيد اللحوم المستنبتة الفقراء في البلدان النامية بشكل مباشر"، وأكدت أن تربية الحيوانات غالباً ما تكون ضرورية لمعيشة المزارعين في البلدان الفقيرة. ^{[ 150 ]} ومع ذلك، قد لا تتأثر البلدان النامية وحدها. ^{[ 151 ]}

يخشى المراقبون من أن يصبح الاقتصاد الحيوي غامضاً وخالياً من المساءلة، تماماً كالصناعة التي يسعى لاستبدالها، ألا وهي نظام الغذاء الحالي . ويكمن الخوف في أن منتجاته الأساسية ستكون لحوماً منتجة بكميات كبيرة، ذات قيمة غذائية مشكوك فيها، تُباع في مطاعم الوجبات السريعة المتجانسة في المستقبل. ^{[ 147 ]}

حذّر المجتمع الطبي من أن براءات اختراع الجينات قد تعيق ممارسة الطب وتقدم العلوم. ^{[ 152 ]} وينطبق هذا أيضًا على مجالات أخرى تُستخدم فيها براءات الاختراع وتراخيص الملكية الفكرية الخاصة، مما يمنع في كثير من الأحيان استخدام المعارف والتقنيات وتطويرها المستمر لسنوات أو عقود. من جهة أخرى، يخشى البعض أنه بدون حماية الملكية الفكرية كحافز للبحث والتطوير، لا سيما بالمستويات والنطاقات الحالية، لن تمتلك الشركات الموارد أو الدوافع لإجراء أبحاث تنافسية ومجدية في مجال التقنية الحيوية، وإلا فقد لا تتمكن من تحقيق عوائد كافية من الاستثمار الأولي في البحث والتطوير، أو قد تحقق عوائد أقل من تلك التي تحققها من النفقات الأخرى المتاحة. ^{[ 153 ]} ويُشير مصطلح " القرصنة البيولوجية " إلى "استخدام أنظمة الملكية الفكرية لإضفاء الشرعية على الملكية الحصرية والسيطرة على الموارد والمنتجات البيولوجية التي استُخدمت على مر القرون في المجتمعات غير الصناعية". ^{[ 154 ]}

بدلاً من أن يؤدي الاقتصاد الحيوي إلى إنتاج غذاء مستدام وصحي وغير مكلف وآمن ومتاح محلياً بأقل قدر من العمالة - بعد نقل المعرفة والتكنولوجيا والابتكار الفعال في الوقت المناسب - قد يؤدي إلى تكوين احتكارات عدوانية وتفاقم عدم المساواة. ^{[ 155 ] [ 156 ] [ 147 ]} على سبيل المثال، في حين أن تكاليف الإنتاج قد تكون ضئيلة، فإن التكاليف - بما في ذلك تكاليف الأدوية ^{[ 157 ]} - قد تكون مرتفعة.

لقد طُرحت فكرة أن الاستثمار العام يُعد أداةً ينبغي للحكومات استخدامها لتنظيم وترخيص الزراعة الخلوية. ومن المرجح أن تسعى الشركات الخاصة ورأس المال الاستثماري إلى تعظيم قيمة المستثمرين بدلاً من الرفاه الاجتماعي. ^{[ 147 ]} علاوة على ذلك، يُعتبر الابتكار الجذري أكثر خطورة، "ومن المرجح أن ينطوي على قدر أكبر من عدم تماثل المعلومات، مما قد يؤدي إلى عدم قدرة الأسواق المالية الخاصة على إدارة هذه المعوقات بكفاءة". ويمكن للحكومات أيضاً المساعدة في التنسيق "إذ قد يكون من الضروري وجود العديد من المبتكرين لدفع حدود المعرفة وجعل السوق مربحة، ولكن لا ترغب أي شركة بمفردها في القيام بالاستثمارات الأولية اللازمة". ويبدو أن الاستثمارات في القطاعات ذات الصلة تُشكل عائقاً أمام الانتقال نحو الاقتصاد الحيوي. ^{[ 158 ]} كما يمكن للحكومات مساعدة المبتكرين الذين يفتقرون إلى الشبكة "للحصول بشكل طبيعي على الظهور والنفوذ السياسي اللازمين للحصول على التمويل العام"، ويمكنها المساعدة في تحديد القوانين ذات الصلة. ^{[ 159 ]} ومن خلال إنشاء بنية تحتية داعمة للنظم البيئية الريادية، يمكنها المساعدة في خلق بيئة مواتية للشركات الناشئة المبتكرة في مجال الاقتصاد الحيوي. ^{[ 160 ]} إن تمكين الشركات الناشئة في مجال الاقتصاد الحيوي من الاستفادة من الفرص التي يوفرها التحول في الاقتصاد الحيوي يساهم بشكل أكبر في نجاحه. ^{[ 161 ]}