كيف تحولت صخور البازلت إلى علم وطني صيني يرفرف على الجانب البعيد من القمر؟

18 سبتمبر 2024/صحيفة الشعب اليومية أونلاين/ رفع العلم الوطني الصيني الذي حملته مركبة الهبوط الصينية "تشانغ آه-6" على الجانب البعيد من القمر يوم 4 يونيو من هذا العام، ليصبح أول علم وطني في العالم يظهر على الجانب البعيد من القمر.

يزن العلم 11.3 جرامًا فقط، أي أخف من قطعتين معدنيتين فئة يوان واحد، صنع من خيوط مصنوعة من مادة جديدة عالية الأداء تسمى ألياف البازلت، تم إنتاجها عن طريق سحق صخور البازلت الطبيعية وصهرها ثم سحبها إلى ألياف، ويبلغ حجم هذه الألياف ثلث قطر شعرة الإنسان فقط.

"تتميز ألياف البازلت بخفة الوزن وقوة ومقاومة للتآكل وصديقة للبيئة ولها بصمة كربونية منخفضة. وقال ليو جيا تشي، الأكاديمي في الأكاديمية الصينية للعلوم والمدير السابق لمعهد الجيولوجيا والجيوفيزياء في الأكاديمية الصينية للعلوم: "إنها قادرة على تحمل درجات حرارة تتراوح من -269 إلى 700 درجة مئوية، مما يسلط الضوء بشكل أكبر على قيمتها الفريدة".

ووفقا لليو، فإن صخور البازلت، في شكلها الطبيعي، تكون على شكل عمودي تقريبا بطول الإنسان. مضيفاً: "إنها وفيرة في الصين".

تظهر الصورة منجم البازلت في بلدة يوشيان. صورة / قنغ هوي

تختلف رواسب البازلت بشكل كبير، مما يجعل من الصعب تجانس المواد الخام لإنتاج الألياف. وقد ظل تشو تشاو تشون، رئيس شركة تعدين البازلت في بلدة يوشيان بمقاطعة خبي، لأكثر من عقد من الزمان، يعمل على مواجهة هذا التحدي التقني وتحسين تجانس المواد الخام.

لقد تم الحصول على البازلت المستخدم للعلم الذي يحمله مسبار تشانغ آه-6 من شركة تشو، وتقوم الشركة بمعالجة حوالي 100 ألف طن من البازلت سنويًا، ولكن، 1/10 منها فقط يمكن استخدامها لإنتاج ألياف البازلت، ويبلغ متوسط ​​سعر هذا البازلت عالي الجودة 600 يوان (84.25 دولار) للطن، أي ثلاثة أضعاف سعر البازلت المستخدم في بناء الطرق.

كيف تتحول الصخور إلى ألياف؟

بعد السفر حوالي 1000 كيلومتر جنوب يوشيان، وصل مراسلو صحيفة الشعب اليومية إلى شيانغيانغ بمقاطعة هوبي، موقع شركة هويرجي لتكنولوجيا المواد الجديدة المحدودة (هويرجي)، الشركة التي أنتجت ألياف البازلت على العلم الوطني الذي يحمله مسبار تشانغ آه-6.

ويتم صهر صخور البازلت وتحولها إلى حمم بركانية في الفرن عند درجات حرارة عالية تتراوح بين 1450 إلى 1500 درجة مئوية. ويتم بعد ذلك سحب الحمم البركانية من خلال جلبة مصنوعة من سبائك البلاتين والروديوم، حيث تقوم آلات سحب عالية السرعة بسحبها إلى مئات الخيوط الدقيقة ذات اللون البني الذهبي، والتي يتم لفها إلى خيوط.

يعد التحكم في درجة الحرارة تحديًا تقنيًا رئيسيًا في عملية سحب الألياف البازلتية. وبعد سنوات من التطور التكنولوجي، يمكن لشركة هويرجي الآن إنتاج ألياف البازلت بقطر 5 ميكرون فقط، ويمكن سحب كل ألياف بطول عشرات الآلاف من الأمتار.

وقال مسؤول تنفيذي بالشركة لصحيفة الشعب اليومية أونلاين، إن ألياف البازلت القياسية تباع بسعر 15 ألف يوان للطن، في حين أن منتج ألياف البازلت 5 ميكرون الجديد يتراوح سعره بين 60 ألف إلى 70 ألف يوان للطن.

تتميز ألياف البازلت بعزل ممتاز وخصائص مقاومة للإشعاع، ولكن باعتبارها ألياف غير عضوية، فهي ذات سطح أملس وهشة، مما يجعل من الصعب نسجها. ولمعالجة هذه المشكلة، تعاونت شركة ووهان يوداهوا للمنسوجات والملابس المحدودة مع جامعة ووهان للنسيج لدراسة كيفية مزج ألياف البازلت مع ألياف الفسكوز ومواد أخرى، والتغلب على العديد من التحديات الرئيسية في إنتاج خيوط البازلت الناعمة.

وبعد رفع نموذج أولي للعلم الوطني على مسبار تشانغ آه-6 في أكتوبر 2023، بدأ فريق البحث في البحث عن طرق لجلب إنجازاتهم التكنولوجية إلى السوق، بهدف تعزيز صناعة الألياف عالية الأداء.

قامت شركة يوداهوي بتطوير نسيج من ألياف البازلت مقاوم للهب ودرجات الحرارة العالية. وتبدو المادة وكأنها قطن الدنيم الخالص، ولكن، لا تحترق عند تعرضها للهب المكشوف.

وقال تساو غان يانغ، الأستاذ في جامعة ووهان للنسيج وعضو فريق تطوير العلم الوطني الذي يحمله تشانغ آه: "إن ألياف البازلت تجتذب الاهتمام ليس في صناعة النسيج فحسب، ولكن في مجالات السيارات والفضاء والمجالات الطبية أيضًا.".

تتوسع التطبيقات المحتملة للألياف البازلتية. في البحر، يمكن للأقفاص الشبكية البحرية المصنوعة من المواد المستخدمة في مزارع المحار الصديقة للبيئة أن تتحمل الأعاصير التي تصل قوتها إلى 12 قوة. في الصحراء الشاسعة، يتم تصنيع ألياف البازلت في شفرات توربينات الرياح والأقواس الكهروضوئية لجعلها أكثر قدرة على التحمل. إلى جانب ذلك، يتم تصنيع ألياف البازلت في حديد التسليح المركب وطبقات الحماية للكابلات.

في أبريل من هذا العام، أصدرت مجموعة فاو لصناعة السيارات الرائدة في الصين نموذجًا جديدًا للمركبة يتميز بمكونات داخلية مصنوعة من مركبات ألياف البازلت. وتعمل هذه المواد على تقليل وزن المكونات بأكثر من 20 بالمائة مع الحفاظ على أدائها الأصلي وتقديم فائدة إضافية تتمثل في انخفاض الرائحة.

ويقدر خبراء الصناعة أنه بحلول عام 2030، يمكن أن يصل طلب قطاع السيارات على ألياف البازلت إلى 320 ألف طن، بقيمة إنتاج تبلغ 8.4 مليار يوان، مما قد يدعم سوق قطع الغيار النهائية بقيمة تزيد عن 47 مليار يوان.

واليوم، أصبحت الصين أكبر منتج للألياف البازلتية في العالم. في عام 2023، بلغ إنتاج الصين من الألياف البازلتية حوالي 30 ألف طن، وهو ما يمثل حوالي 75 في المائة من الإنتاج العالمي، مع تصدير 9000 طن. وإلى غاية سبتمبر 2023، تم تقديم أكثر من 13000 طلب للحصول على براءات اختراع للألياف البازلتية على مستوى العالم، منها أكثر من 8600 طلب، أو 66 بالمائة، من الصين.

الابتكار لا يعرف حدودا. في مختبر ألياف خارج كوكب الأرض بجامعة دونغهوا في شنغهاي، قام الخبراء بإجراء اختبار سحب الألياف في ظل ظروف القمر المحاكاة - بدون أكسجين، في الجاذبية الصغرى، وتحت ضغط منخفض - باستخدام عينات التربة القمرية التي جلبتها مسار تشانغ آه -5.

قال تشو مي فانغ، الأكاديمي في الأكاديمية الصينية للعلوم وعميد كلية علوم وهندسة المواد بجامعة دونغهوا:"التربة القمرية والبازلت لهما تركيبات كيميائية مماثلة. ويمكن من خلال تكييف تقنيات إنتاج الألياف البازلتية، أن تصبح الألياف المستخرجة من التربة القمرية مواد بناء للقواعد القمرية المستقبلية، مما يلبي احتياجات استخدام الموارد في الموقع."