I. المكونات الرئيسية للآلات الزراعية

إطار وهيكل الآلات الزراعية المصنوعان من ألياف الكربون

المزايا المميزة: تبلغ القوة النوعية (نسبة القوة إلى الكثافة) للمواد المركبة من ألياف الكربون 4 إلى 5 أضعاف الفولاذ. عند استخدامها لتصنيع إطارات أو هياكل الآلات الزراعية مثل الجرارات والحصادات، يمكنها تقليل الوزن الإجمالي للماكينة بمقدار 151 تيرابايت إلى 301 تيرابايت إلى 301 تيرابايت مع ضمان القوة الهيكلية. على سبيل المثال، تُصنع إطارات مقصورة بعض الآلات الزراعية المتطورة من ألياف الكربون، وهو ما يقلل من استهلاك الوقود ويعزز أيضاً من قدرة المعدات على الحركة في التضاريس المعقدة.

حالة التطبيق: صُنعت أجسام بعض الروبوتات الزراعية في اليابان من مواد مركبة من ألياف الكربون، مع تصميم خفيف الوزن، مما يجعلها أكثر ملاءمة للتشغيل في المساحات الضيقة مثل الصوبات الزراعية والبساتين، مع تقليل انضغاط التربة.

2. مكونات ناقل الحركة من ألياف الكربون

أعمدة القيادة والتروس: تتميز أعمدة الإدارة المصنوعة من ألياف الكربون بأداء تخميد ممتاز، مما يقلل من الاهتزاز والضوضاء أثناء عملية النقل. كما أنها تتمتع بمقاومة قوية للإجهاد، وعمرها التشغيلي أطول بمرتين إلى 3 مرات من أعمدة الإدارة المعدنية. على سبيل المثال، إذا كان عمود إدارة الحاصدة الكبيرة مصنوعًا من ألياف الكربون، فيمكنه تقليل تكرار الصيانة وتعزيز الكفاءة التشغيلية.

البكرات والمحامل: مقاومة التآكل ومقاومة التآكل للمواد المركبة المصنوعة من ألياف الكربون تجعلها مناسبة للبيئات الزراعية الرطبة والمتربة. على سبيل المثال، بعد تصنيع بكرة حاصدة الأرز من ألياف الكربون، يمكن أن تمنع الأجزاء المعدنية من الصدأ بسبب التلامس الطويل الأمد مع الطين والماء، وتقلل من ظاهرة انزلاق الحزام.

3. مكونات الحصاد والحراثة المصنوعة من ألياف الكربون

شفرة القطع: تتميز شفرة جزازة العشب المصنوعة من مادة مصفوفة السيراميك المركبة المقواة بألياف الكربون بصلابة عالية وخفة وزن. تزيد كفاءة القطع الخاصة بها عن 10% عن الشفرات الفولاذية التقليدية، مع تقليل استهلاك الطاقة للمعدات.

أداة المحراث: يمكن طلاء سطح المحراث المصنوع من ألياف الكربون بطبقة مقاومة للتآكل. عند العمل في التربة الطينية الثقيلة، تكون مقاومتها أقل بـ 15% من المحراث المعدني، كما أنها أقل عرضة للالتصاق بالتربة، مما يقلل من تكاليف التنظيف.

طـ مرافق الزراعة والتربية

إطار صوبة زجاجية من ألياف الكربون

المزايا الهيكلية: تتمتع أنابيب ألياف الكربون بقوة عالية وصلابة جيدة. وهي تُستخدم لبناء أطر حظائر الدفيئة ويمكنها تحمل الرياح القوية (حتى 12 مستوى من الأعاصير) والثلوج الكثيفة (حمولة ثلجية تصل إلى 0.5 كيلو نيوتن/㎡). وعلاوة على ذلك، فهي أخف وزنًا من الأطر المصنوعة من سبائك الألومنيوم بمقدار 40%، مما يجعلها ملائمة للنقل والتركيب.

مقاومة الطقس: لا تتفاعل المواد المركبة من ألياف الكربون مع الأحماض أو القلويات. فهي ليست عرضة للتآكل في البيئات ذات الرطوبة العالية ورذاذ الملح العالي (مثل المناطق الساحلية)، ويمكن أن يصل عمرها التشغيلي إلى أكثر من 20 عاماً، وهو ما يعادل ضعفين إلى ثلاثة أضعاف عمر الإطارات الفولاذية التقليدية.

حالة التطبيق: تم تجهيز بعض الصوبات الزراعية الحديثة في هولندا بإطارات من ألياف الكربون وألواح كهروضوئية شفافة، والتي لا تلبي متطلبات الضوء للنباتات فحسب، بل تولد الكهرباء أيضًا لتحقيق الاكتفاء الذاتي، مما يحقق تكامل "الزراعة + الطاقة".

2. أقفاص وأسيجة الاستزراع المائي المصنوعة من ألياف الكربون

تربية الأحياء المائية البحرية: إطار القفص المصنوع من ألياف الكربون مقاوم للتآكل الناتج عن رذاذ الملح في مياه البحر، وهو أخف وزنًا من الإطار الفولاذي بمقدار 60%، مما يجعله مناسبًا للسفن في القطر والتحرك. على سبيل المثال، أقفاص استزراع السلمون في أعماق البحار في النرويج مصنوعة من مواد مركبة من ألياف الكربون، والتي يمكن أن تقاوم تأثير الأمواج القوية، وتقلل من تعلق الكائنات البحرية (مع نعومة السطح العالية)، وتقلل من تكلفة التنظيف.

تربية الأحياء المائية في المياه العذبة: تُستخدم الأسوار المصنوعة من ألياف الكربون في أحواض الأسماك أو أحواض الروبيان. ويمكنها أن تمنع المعدن من الصدأ وتلويث نوعية المياه، وتتمتع بقوة عالية يمكنها مقاومة تأثير الأسماك أو الأضرار الناجمة عن الحيوانات البرية.

3. مكونات الري بألياف الكربون

أنابيب توصيل المياه: الجدار الداخلي للأنابيب المركبة المصنوعة من ألياف الكربون ناعم، ومقاومة تدفق المياه أقل بـ 20% من أنابيب PVC، مما يقلل من استهلاك الطاقة لمضخات الري. بالإضافة إلى ذلك، فإن مقاومتها للضغط العالي (ضغط العمل يصل إلى 1.6 ميجا باسكال) تجعلها مناسبة للري بالتنقيط والري بالرش وغيرها من الأنظمة، خاصة في المناطق الجبلية أو المناطق ذات التضاريس المعقدة، مما يقلل من خطر تمزق خط الأنابيب.

قوس الفوهة: قوس الفوهة المصنوع من ألياف الكربون خفيف الوزن ويمكن تثبيته على الطائرات بدون طيار أو مركبات الري المتنقلة. يمكنها ضبط زاوية الرش بمرونة مع تقليل الحمل على المعدات.

ثالثاً الأدوات والمواد الاستهلاكية الزراعية

أدوات مزرعة ألياف الكربون

الأدوات المحمولة باليد: المعاول المصنوعة من ألياف الكربون والمناجل ومقصات الحدائق وغيرها من الأدوات أخف وزنًا من الأدوات المعدنية. يمكن أن يقلل الاستخدام طويل الأجل من كثافة العمل لدى المزارعين. على سبيل المثال، يحتوي مقص الحدائق المصنوع من ألياف الكربون الذي أطلقته اليابان على شفرة مصنوعة من مادة كربيد السيليكون المقوى بألياف الكربون، وتبلغ مدة احتفاظه بالحدة ثلاثة أضعاف المقص الفولاذي.

المعدات المحمولة على الظهر: تُستخدم إطارات الظهر المصنوعة من ألياف الكربون في آلات الرش المحمولة على الظهر، وجزازات العشب، وما إلى ذلك. فهي خفيفة الوزن وعالية القوة، والتي يمكن أن توزع وزن المعدات وتقلل من إجهاد أكتاف المزارعين.

2. أدوات مساعدة لتربية الشتلات وزراعة الشتلات من ألياف الكربون

صواني الشتلات: تتميز صواني الشتلات المصنوعة من ألياف الكربون بتوصيل حراري ونفاذية هواء ممتازة، مما يعزز نمو جذور الشتلات. كما أنها مقاومة للتآكل بسبب العفن، ويمكن إعادة استخدامها أكثر من 50 مرة (يمكن إعادة استخدام الصواني البلاستيكية التقليدية من 10 إلى 15 مرة فقط).

إطار دعم النباتات: تُستخدم قضبان ألياف الكربون لدعم نباتات الكرمة مثل العنب والطماطم. وهي قوية وغير معرضة للتقادم، ويمكن أن تحل محل أعمدة الخيزران أو الأطر المعدنية، مما يقلل من تكلفة الاستبدال السنوية.

3. مكونات الطائرات بدون طيار الزراعية المصنوعة من ألياف الكربون

هيكل جسم الطائرة: تعتمد الطائرة الزراعية بدون طيار الزراعية على جسم الطائرة من ألياف الكربون، وهو خفيف الوزن (يمكن التحكم في الوزن الإجمالي في حدود 5 كجم) ويتمتع بمقاومة قوية للصدمات، مما يجعله مناسبًا لعمليات حماية النباتات على ارتفاعات منخفضة. على سبيل المثال، صُنعت الأذرع ومعدات الهبوط للطائرات الزراعية بدون طيار من سلسلة T من DJI من مواد مركبة من ألياف الكربون، مما يزيد من قدرتها على التحمل لمدة 15 دقيقة مقارنةً بأجسام الطائرات البلاستيكية التقليدية.

قوس نظام الرش: يمكن لقوس ألياف الكربون تثبيت صندوق المبيدات والفوهة، وتقليل الاهتزاز أثناء الطيران، وتحسين دقة الرش (خطأ أقل من 5 سم).