كفاءة استخدام المواد

في مجالي التصنيع والبناء ، تشير كفاءة استخدام المواد إلى ممارسة تقليل كمية مادة معينة لازمة لإنتاج منتج محدد. ^{[ 1 ]} كما تشير إلى مقياس Mp _، وهو نسبة المواد المستخدمة إلى المواد الموردة، والتي ينبغي تقليلها قدر الإمكان عمليًا. تشمل بعض أشكال كفاءة استخدام المواد إطالة عمر المنتجات الحالية، واستخدامها بالكامل، وإعادة استخدام المكونات لتجنب الهدر، أو تقليل كمية المواد من خلال تصميم منتج خفيف الوزن. ^{[ 2 ]} ترتبط كفاءة استخدام المواد بالبناء الأخضر وترشيد استهلاك الطاقة ، بالإضافة إلى طرق أخرى لدمج الموارد المتجددة في عملية البناء من البداية إلى النهاية.

يمكن لزيادة كفاءة استخدام المواد أن تقلل من آثار استهلاكها. ^{[ 3 ]} وتشمل هذه الآثار تقليل الطلب على الطاقة، وتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري ، وغيرها من الآثار البيئية مثل استخدام الأراضي ، وندرة المياه ، وتلوث الهواء ، وتلوث المياه ، وإدارة النفايات . ^{[ 4 ]}

تشير كفاءة استخدام المواد في التصنيع إلى زيادة كفاءة المواد الخام في تحويلها إلى منتجات مصنعة، وتقليل النفايات الناتجة عن كل منتج، وتحسين إدارة النفايات. ^{[ 5 ]} يؤدي استخدام مواد البناء مثل الفولاذ والخرسانة المسلحة والألومنيوم إلى انبعاث _ثاني أكسيد الكربون أثناء الإنتاج. ^{[ 6 ]} في عام 2015، ساهم تصنيع مواد البناء بنسبة 11% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية المرتبطة بالطاقة _. [ 7 ^{] يُعد قطاع} النقل أكبر سوق للألومنيوم، بينما تشمل استخداماته الأخرى البناء والتشييد والتغليف. ^{[ 8 ]}

يمكن أن تشمل الإمكانات في مجال التصنيع أيضًا تحسين فرز النفايات (مثل فصل البلاستيك عن المواد القابلة للاحتراق). يسمح إعادة تدوير المكونات وإعادة استخدامها بإعادة التصنيع أثناء عملية تحسين المنتج، مما يزيد من متانة المواد، ويساهم في تطوير التكنولوجيا، ويضمن شراء المكونات/المواد المناسبة. ^{[ 9 ]}

يمكن أن تساهم كفاءة استخدام المواد في الاقتصاد الدائري وتحقيق القيمة المضافة في الصناعة. ^{[ 10 ]} وقد طبقت بعض الشركات نظرية الاقتصاد الدائري لتصميم استراتيجيات ونماذج أعمال تهدف إلى إغلاق دورات المواد. ^{[ 11 ]}

منذ عام 1971، ازداد الطلب العالمي على الصلب ثلاثة أضعاف، والأسمنت ما يقارب سبعة أضعاف، والألومنيوم الأولي ما يقارب ستة أضعاف، والبلاستيك أكثر من عشرة أضعاف. ^{[ 12 ]} تؤثر مواد هامة، مثل الحديد والصلب والألومنيوم والأسمنت والمنتجات الكيميائية والورق واللب، على عملية البناء. ومع ذلك، فإن استخدام استراتيجيات أكثر كفاءة لإنتاج هذه المواد سيقلل من استهلاك الطاقة والتكلفة، دون إغفال خفض انبعاثات الكربون. ^{[ 13 ]}

إحدى الطرق الفعّالة هي استخدام الفولاذ المُعاد تدويره، مما يوفر مساحة في مكبات النفايات كان سيشغلها الفولاذ لولا ذلك، ويقلل من استهلاك الطاقة اللازمة لإنتاج الفولاذ بنسبة 75%، ويمنع قطع الأشجار لبناء المنشآت. ويمكن تشكيل الفولاذ المُعاد تدويره بأبعاد دقيقة تناسب المبنى، كما يمكن تصنيعه على هيئة "عوارض وألواح فولاذية مُخصصة لتناسب كل تصميم على حدة". ^{[ 14 ]}

خلال عملية التصنيع، يمكن لكل مرحلة أن تزيد من كفاءة استخدام المواد، بدءًا من التصميم والتصنيع، مرورًا بالاستخدام، وانتهاءً بنهاية العمر الافتراضي. ^{[ 12 ]}

بعض الاستراتيجيات هي:

• التخفيض: استراتيجيات قد تقلل من استخدام المواد مع الحفاظ على نفس التأثير. كما أن التصميم الذي يراعي المتانة قد يؤدي إلى مادة مرنة. ^{[ 1 ]} يمكن للتصميم المعياري أن يُحسّن كفاءة استخدام المواد من خلال إعادة استخدام المكونات وتقليل عدد المكونات اللازمة في عملية الإنتاج. ^{[ 15 ]}
• المتانة: إطالة عمر المنتج من خلال إعادة التصميم أو الإصلاح. يمكن أن يقلل الاستخدام المكثف وإطالة عمر المنتجات أو المباني من خلال الإصلاح والتجديد من الحاجة إلى المواد اللازمة لإنتاج منتجات جديدة. ^{[ 1 ]}
• المنتجات خفيفة الوزن: تقليل المواد المستخدمة في الخدمة؛ ومن الأمثلة على ذلك: العوارض الفولاذية، وعلب الطعام، وقضبان التسليح، والمباني التجارية ذات الهياكل الفولاذية. ^{[ 1 ]}
• إعادة الاستخدام: الهدف الأساسي هو إعادة استخدام المكونات لإعادة التصنيع/التجديد. ^{[ 1 ]} إعادة استخدام المواد الحالية تستهلك طاقة أقل من إعادة التدوير.

تتيح إعادة التدوير استخدام مواد جديدة، مثل الفولاذ والألومنيوم والمعادن الأخرى، في أغراض ثانوية ذات انبعاثات أقل. ^{[ 12 ]} ويُعدّ دمج المواد المعاد تدويرها في عملية تصنيع السلع الجديدة تغييرًا ضروريًا. وتُعتبر إعادة التدوير معيارًا لمعظم المواد، وهي موجودة في جميع البلدان والأنظمة الاقتصادية. ^{[ 1 ]} ومن المواد التي يمكن إعادة تدويرها:

• الألومنيوم

تتطلب علب الألمنيوم المصنوعة من مواد معاد تدويرها ما لا يزيد عن 4% من الطاقة اللازمة لصنع نفس العلب من خام البوكسيت . لا تتدهور المعادن أثناء إعادة تدويرها بنفس طريقة تدهور البلاستيك والورق، حيث تتقلص الألياف مع كل دورة، لذا تُعدّ العديد من المعادن مرشحة بقوة لإعادة التدوير، خاصةً بالنظر إلى قيمتها لكل طن مقارنةً بالمواد الأخرى القابلة لإعادة التدوير. ^{[ 16 ]} يُعتبر الألمنيوم معدنًا مرغوبًا للغاية لإعادة التدوير لأنه يحتفظ بنفس الخصائص والجودة، بغض النظر عن عدد مرات إعادة تدويره. ففي النهاية، بمجرد صهره، لا يتغير تركيبه. ^{[ 8 ]}

• البلاستيك

يُستخدم ما يقارب 36% من إجمالي البلاستيك المُنتَج في صناعة العبوات، وينتهي المطاف بـ 85% منه في مكبات النفايات. ^{[ 17 ]} تتكون النفايات البلاستيكية من مزيج من أنواع مختلفة من البلاستيك. ^{[ 18 ]} تواجه عملية إعادة تدوير البلاستيك العديد من التحديات. لا يمكن إعادة تدوير البلاستيك عدة مرات دون أن تتدهور جودته بسرعة؛ بلغ معدل إعادة تدوير الزجاجات الإجمالي لعام 2020 نسبة 27.2%، بانخفاض عن 28.7% في عام 2019. يُرمى 2.5 مليون زجاجة بلاستيكية كل ساعة في الولايات المتحدة. حاليًا، يوجد ما بين 75 و199 مليون طن من البلاستيك في محيطاتنا، دون احتساب الجزيئات البلاستيكية الدقيقة . ^{[ 17 ]}

• ورق

يُعدّ الورق (وخاصةً ورق الجرائد) أقل توفيرًا للطاقة مقارنةً بالمواد الأخرى، حيث تُوفّر المنتجات المُعاد تدويرها طاقةً أقل بنسبة 45% و21% على التوالي. ويحظى الورق المُعاد تدويره بسوقٍ واسعة في الصين. ومع ذلك، لا يزال هناك حاجةٌ إلى بذل المزيد من الجهود لتسهيل إعادة تدوير الورق المختلط بدلًا من ورق الجرائد فقط. ^{[ 16 ]} من شأن استخدام هذه الطرق لإعادة التدوير أن يُتيح إنفاق طاقة وموارد أقل على استخراج موارد جديدة لاستخدامها في التصنيع. وعلى الرغم من التقدم الكبير المُحرز في مجال إعادة التدوير خلال العقود الماضية، لا يزال قطاع الورق يُساهم بشكلٍ كبير في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية. ^{[ 19 ]} وتُنتج صناعات اللب والورق 50% من طاقتها من الكتلة الحيوية، الأمر الذي لا يزال يتطلب كميات هائلة من الطاقة. ^{[ 8 ]}

تُسهم السياسات العامة في مناقشة وتوفير حوافز سوقية لاستخدام المواد بكفاءة أكبر. وتشمل معوقات تحسين كفاءة استخدام المواد التردد في الاستثمار، ونقص المعلومات المتاحة والميسرة، والعوامل الاقتصادية المُثبطة. ^{[ 20 ]} ومع ذلك، فقد طُورت مجموعة واسعة من استراتيجيات السياسات والابتكارات في بعض البلدان لتحقيق الأهداف المذكورة. ^{[ 20 ]} وتشمل هذه الاستراتيجيات والسياسات: اللوائح والإرشادات؛ والحوافز الاقتصادية؛ والاتفاقيات والإجراءات الطوعية؛ والمعلومات والتعليم والتدريب؛ وتمويل البحث والتطوير والتجريب. ^{[ 21 ]}

في عام 2022، أطلقت الولايات المتحدة برنامج "ابتكار المواد الحيوية وكفاءتها وبدائلها". ويهدف البرنامج إلى دراسة وتطوير وعرض وتداول بدائل جديدة للمواد الحيوية، وتعزيز كفاءة تصنيعها واستخدامها. ^{[ 22 ]} إضافةً إلى ذلك، أطلقت وزارة الطاقة الأمريكية برنامجًا تجريبيًا جديدًا بعنوان "برنامج المواد الموفرة للطاقة للمنظمات غير الربحية"، لتزويد هذه المنظمات بتمويل لتطوير مواد البناء بهدف تحسين كفاءة الطاقة ، وخفض تكاليف المرافق، وتقليل انبعاثات الكربون.

• الاقتصاد الدائري
• أخلاقيات الحفاظ على البيئة
• حركة الحفاظ على البيئة
• العجز البيئي
• ترشيد استهلاك الطاقة
• حماية البيئة
• الابتكار المستدام بيئيا
• الطاقة المتجددة
• العمارة المستدامة