استخدامات الثلج الجاف

بواسطة: - آخر تحديث: ١٧:٣٥ ، ١٦ يناير ٢٠٢١
استخدامات الثلج الجاف

هل يستخدم الثلج الجاف في عالم الأفلام؟

تبلغ درجة حرارة الثلج الجاف (Dry Ice) أو ثاني أكسيد الكربون المُجمّد (CO2) سالب 78.5 درجة مئوية، ويعد العالم والمخترع الفرنسي أدريان-جان- بيير تيلورييه أول من استخدم الثلج الجاف في عام 1835م، وأبرز ما يميزه هو تحوله من خلال عملية التسامي (أي التحوّل من حالته الصلبة إلى الحالة الغازيّة بشكل مباشر دون المرور بالحالة السائلة) ممّا يجعل التخلّص منه بعد الاستخدام عمليّة سهلة لا تحتاج حيّزًا ماديًا أو تكلفة ومعدات خاصّة، [١] ومن أهم استخدامات الثلج الجاف المتنوعة، ما يأتي:


الثلج الجاف وتجميد الأطعمة

يتم استخدام الثلج الجاف في عملية حفظ الأطعمة المجمدة في حال عدم توفر وسائل الحفظ الميكانيكية أو تعطّل آلات الحفظ، كذلك يمكن استخدامه في عمليات نقل الأطعمة بناقلات خاصّة تستخدم خاصيّة الثلج الجاف للتبريد؛ إذ يتمّ تجميد الأطعمة باستخدام الثلج الجاف بعد تغليفها بشكل محكم،[٢] من أهم الأطعمة التي تحفظ بشكل آمن عن طريق الثلج الجاف؛ اللحوم والدواجن ومنتجات الألبان بالإضافة إلى المخبوزات التي تُحفظ لفترات طويلة أي ليست مخصصة للاستهلاك الطازج. [٣]


الثلج الجاف وإطفاء الحرائق

من الممكن استخدام معدات خاصّة تحتوي على الثلج الجاف لضخّ غاز ثاني أكسيد الكربون المنبعث منه وذلك باعتباره عامل إطفاء جيّد للحرائق، ولكن لا ينصح باستخدامه في بعض أنواع الحرائق التي تحتوي على نترات السليلوز أو بعض المعادن التفاعلية (كالبوتاسيوم والصوديوم والمغنيسيوم والألمنيوم) حيث تعمل هذه المعادن على تحلل ثاني أكسيد الكربون. [٤]


الثلج الجاف ومكافحة الآفات

واحدة من الوسائل المستخدمة من قبل مركز مكافحة الأمراض والوقاية منها (CDC) وشركة Mosquito Magnet، هي مصائد البعوض البالغ المعبّأة بطُعم الثلج الجاف لمكافحة البعوض البالغ والآفات البيئيّة والزراعيّة [٥]؛ بحيث تُصمم بشكل يجذب هذه الآفات وبدوره يجعلها تلتصق وتموت تدريجيًا من غاز ثاني أكسيد الكربون المتسامي. [٦]


الثلج الجاف وتنظيف الآلات الثقيلة

تُستخدم آلية التنظيف بالثلج الجاف (Dry-ice blasting) لتنظيف الآلات الثقيلة والأسطح ممتدة الحجم؛ حيث تعتمد على الطاقة الحركية والحرارية المستحثّة من الجهاز الدافع بالإضافة إلى الطاقة المنبعثة من عملية التسامي، عند اصطدام الثلج الجاف المنبعث بقوة على السطح المراد تنظيفه فإنّ العوالق تتناثر وتتلاشى فيتمّ التخلّص منها مباشرةً، وتساهم هذه العملية في تقليل تكاليف التنظيف والأضرار البيئيّة. [٧]


الثلج الجاف في الصناعة

هنالك الكثير من الصناعات التي يتمّ فيها استخدام الثلج الجاف، فيما يلي ذكر لأبرزها:

  • الصناعات الغذائية: يتمّ استخدام الثلج الجاف في صناعة الأطعمة والمشروبات والمشروبات الغازيّة في عمليات التبريد بشكل رئيسي أثناء النقل أو التخزين، كذلك في عمليات التبخير وذلك باستخدام البخار الآمن الذي ينبعث من الثلج المبرّد عند تحوّله لغاز، مثل تبخير الأرز أثناء تصنيعه، كذلك يُستخدم كمطهر من الجراثيم خاصّة عند إنتاج وحفظ الأطعمة المجمدة. [٤]
  • الصناعات المعدنية: يستخدم الثلج الجاف في عملية صقل ومعالجة الأسطح المعدنية قبل طلائها المستخدمة في صناعة المعدات أو الآلات الثقيلة للمصانع. [٨]


الثلج الجاف في الزراعة

تستخدم تقنية الثلج الجاف لتحسين نمو المحاصيل الزراعية داخل البيوت البلاستيكية حيث تساعد في الحفاظ على الظروف الجويّة الملائمة، تعتمد هذه التقنية على أسطوانات معبّأة بالثلج الجاف مزوّدة بمقياس تدفّق الغاز المتسامي من الثلج الجاف، لكلّ 100 قدم مربع (30.48 متر مربع) يكفي رطل (0.45 كغ) من الثلج الجاف للحفاظ على 1300 جزء من المليون من ثاني أكسيد الكربون لمدّة يوم في هذه المساحة.


كما يمكن الاحتفاظ بالثلج الجاف داخل عازل قابل للثقب إن لم تتوافر الأسطوانات المزوّدة بمقياس للتحكّم بكمية الغاز المنبعث، حيث يتم تجزئة الثلج الجاف لأجزاء صغيرة ويتمّ عمل ثقوب صغيرة في هذا العازل لينبعث منها الغاز. [٩]


الثلج الجاف في الطب

للثلج الجاف العديد من الاستخدامات في المجال الطبّي، وفيما يلي ذكر لأهم استخداماته:

  • نقل العيّنات الطبيّة: يعدّ استخدام الثلج الجاف لحفظ ونقل العيّنات المأخوذة من المرضى كعيّنات البول [١٠] وعيّنات الدم غير المحفوظة في أوعية زجاجية، وعيّنات الخلايا غير المثبّتة، المراد نقلها خلال فترة زمنية متوسطة إلى طويلة من أفضل طرق حفظ العينات لضمان عدم تأثّر خصائصها والحفاظ على حساسيتها وبالتالي الحصول على نتيجة دقيقة قدر الإمكان عند إجراء الفحص. [١١]


  • تعقيم المعدّات الطبيّة: يستخدم الثلج الجاف كمعقّم ضد الجراثيم لتعقيم المعدات والأدوات المستخدمة في البيئات العلاجيّة، وذلك لسهولة استخدامه وتوفّره.[١٢]
  • العمليات الجراحيّة: يستخدم الثلج الجاف أثناء إجراء العمليات الجراحيّة إمّا في التعقيم الفوري لبعض الأدوات وأيضّا يمكن أن يستخدم الغاز المنبعث منه كدواء في بعض الحالات. [٤]


الثلج الجاف في الكيمياء

نظرًا لامتلاك الثلج الجاف خاصيّة التسامي، لُوحظ أنّ له قدرة على تكوين فقاعات عند وضعه في سوائل مختلفة، وتختلف شدّة تكوّن الفقاعات باختلاف نوع السائل، ويصاحب هذه الفقاعات الدخان بدرجات مختلفة، فمثلًا عند وضعه في الماء تتكوّن فقاعات كبيرة ترتفع بسرعة مع سحابة ضبابيّة واضحة، في المقابل وضعه في سائل الجلسرين يشكّل فقاعات صغيرة بطيئة الارتفاع وعند تسخينه فإنّ الفقاعات تصبح أكبر وأسرع، بينما في الإيثانول تتكون فقاعات صغيرة تتحرّك بسرعة وبشكل عشوائي. [١٣]


إنّ دراسة هذه الاختلافات في سلوك الثلج الجاف داخل السوائل المختلفة يُستخدم لدراسة خصائص السوائل كالتوتر السطحي واللزوجة كذلك ضغط البخار، وإن النظر هذه الخصائص جميعها يساعد على تطوير تطبيقات عملية استخدام الثلج الجاف في مختلف المجالات. [١٣]


الثلج الجاف في صناعة الأفلام والأفراح

في الكثير من النشاطات والأفراح وحتى صناعة الأفلام يتمّ استخدام الآلة التي تبعث دخان كثيف لعدّة أغراض، إمّا لتجميل المشهد بإضفاء ألوان لهذا الدخان الصاعد أو لإحداث تفاصيل مشهد معيّن عند إنتاج الأفلام كمشاهد التفجيرات وانبعاث الغازات أو الحروب، فاستخدام الثلج الجاف هنا يعطي النتيجة المطلوبة بأكثر الطرق أمانًا وبتكلفة قليلة، حيث يتمّ استخدام جهاز يحتوي على الثلج الجاف ويتم إضافة الماء له فيبدأ بالانبعاث ليلامس الهواء الخارجي الدافئ فتتشكّل سحابة من الدخان، وكلّما قلّ تدفق الهواء الخارجي تكون النتيجة النهائية أفضل ويظهر الدخان بحيّز محدد حسب هدف استخدامه. [١٤]


يستخدم الثلج الجاف في مختلف المجالات، ويُعد وسيلة ممتازة لما لها من مميّزات كبيرة وبتكلفة قليلة وطرق استخدامه متوافرة وسهلة.


كيف يتم حفظ الثلج الجاف؟

طريقة حفظ الثلج الجاف

تكون من خلال حفظه في أوعية؛ حيث</span> يجب ألّا تكون مضغوطة أو محكمة الإغلاق بشدة وذلك لقدرة الثلج الجاف على التسامي وبالتالي مع ارتفاع مستوى الغاز في الداخل من دون مخرج فمن المحتمل أن يتسبب بانفجار العبوة المضغوطة، لذلك تستخدم الحافظات التي تسمح بتسرّب الغاز ومنها؛ الحافظة المبرّدة ذات الثقوب أو صناديق البولسترين التي تحافظ على البرودة مع السماحية بخروج الغاز والمشهورة بمبّردات ستايروفوم (Styrofoam cooler)، أمّا على صعيد حفظ الكميات الكبيرة في المصانع أو المنشآت الكبيرة فإنّه يتمّ استخدام حافظات خاصّة تتمتّع بنفس الخصائص بحيث لا تكون محكمة الإغلاق تمامًا، وعادةّ ما تكون هناك غرف خاصّة جيّدة التهوية لحفظ الثلج الجاف في المصانع. [١٥]


يجب أن يكون التعامل مع الثلج الجاف خاضع لمعايير السلامة والحذر، إذ يجب عدم ملامسته بشكل مباشر، لذلك عند التعامل مع الثلج الجاف يجب ارتداء القفازات العازلة ونظارات الحماية الخاصّة، بالإضافة إلى التأكّد من جودة التهوية في الحيّز الذي يتواجد فيه الثلج الجاف.[١٦]


كيف تتم صناعة الثلج الجاف؟

يبلغ سعر الثلج الجاف للرطل الواحد (0.45 كغ) 1 إلى 3 دولار أمريكي، ويخضع ثاني أكسيد الكربون لعدّة مراحل تصنيعيّة لإنتاج الثلج الجاف بحالته الصلبة، [٩]، وفيما يلي خطوات صناعة الثلج الجاف: [١٧]


  • يتمّ ضخّ ثاني أكسيد الكربون السائل عن طريق أنابيب خاصّة في خزانات كبيرة بضغط يبلغ 395 كجم لكلّ سنتميتر مربع بدرجة حرارة الغرفة.


  • يتمّ نقل ثاني أكسيد الكربون السائل المبرّد والمضغوط حيث يتمّ ضخه للعربات الناقلة عبر الأنابيب الخاصّة قم نقلها للمصانع والمنشآت، لتحتفظ به بدورها بحالته السائلة المبرّدة في خزانات خاصّة.


  • يتمّ ضخّ ثاني أكسيد الكربون السائل من الخزانات إلى مكبس الثلج الجاف وبانتقال السائل المضغوط من بيئة شديدة الضغط إلى الضغط الجويّ فإنّه يتمدد ويتبخر بسرعة فائقة ممّا يتسبب بتبريد السائل إلى نقطة التجمّد (78.5 درجة مئوية تحت الصفر).


  • يعمل مكبس الثلج الجاف على التحرّك للأعلى والأسفل بضغط عالٍ جدًا يبلغ 60 طنًا عدّة مرّات لمدّة خمس دقائق، وذلك لتحويل الثلج إلى كتلة صلبة من الجليد الجاف يبلغ وزنها حوالي 100 كجم.


  • يتمّ دفع هذه الكتلة الكبيرة خارج المكبس، ثم تتعرّض لمنشار هوائي ينصّفها ثمّ يتمّ دفعها لمنشار آخر بمقياس أصغر لينصّف كلّ قطعة إلى اثنتين فينتج أربع قطع كلّ منها تزن ما يقارب 25 كجم.


  • يتمّ تخزينها في حاويات تحافظ على البرودة لتقليل التسامي قدر الإمكان.


يتمّ إنتاج الثلج الجاف وتوزيعه باستخدام ناقلات خاصّة للاستفادة منه باستخدامات متعددة، وتعد آلية إنتاج وصناعة الثلج الجاف سهلة، وتتمّ بشكل آلي إلّا أنّ إجراءات السلامة أثناء التصنيع يجب أن تتوافر بأعلى معاييرها، وعدم التهاون في أي خطوة وتجاوز قواعد السلامة العامّة.


ما أبرز أضرار الثلج الجاف؟

إنّ التعرّض للثلج الجاف بطريقة غير صحيحة قدّ يتسبب بأضرار كبيرة مباشرة للإنسان، وفيما يلي ذكر لبعض هذه الأضرار: [٤]


  • استنشاق ثاني أكسيد الكربون لفترات طويلة وبنسبة تزيد عن 5%، قد يتسبب بزيادة معدل التنفّس والصداع وتغيّرات فسيولوجية مختلفة، ممّا قد يؤدي لفقدان الوعي أو الموت في بعض الحالات.


  • ملامسة الثلج الجاف بشكل مباشر قد يتسبب بالحروق السطحيّة للجلد أو البثور الخطيرة وهذا يعتمد على كمية وشدّة الثلج الجاف الملامس للجلد.


  • التعرّض للثلج الجاف التابع لسوء الاستخدام والذي يؤدي لتحوله إلى الحالة السائلة المبرّدة قد يتسبب بجروح تجمديّة في حال ملامسته للجلد أو العين والتي يشبه تأثيرها تأثير الحروق.



  • استنشاق ثاني أكسيد الكربون بعد التعرّض للثلج الجاف لفترات طويلة قد يؤدي إلى تلف الجهاز العصبي المركزي وخلايا العقد الشبكيّة.


  • من الممكن أن يتسبب الغاز المنبعث من الثلج الجاف بالاختناق ويظهر بعلامات منها؛ التهاب أنفي مؤقت وتوسّع حدقة العين مع اصفرار وعمى مؤقّت.


يؤدي التعرض المباشر والطويل للثلج الجاف إلى أضرار جسدية كبيرة منها: الجروح، فقدان الوعي، الاختناق، وغيرها، وعليه يجب توخي الحذر عند حفظه أو استخدامه.

المراجع[+]

  1. "How does dry ice work?", howstuffworks, Retrieved 07-01-2021. Edited.
  2. "Liquid nitrogen and dry ice in food", FDA, 31-10-2018, Retrieved 07-01-2021. Edited.
  3. "Application of dry ice in food industry", agris, 2005, Retrieved 08-01-2021. Edited.
  4. ^ أ ب ت ث "Carbon dioxide"، ncbi، 02-01-2021، اطّلع عليه بتاريخ 08-01-2021. Edited.
  5. Kline, Daniel - Dan ,XUE RUI, Doyle Melissa (12-01-2007), "FIELD EVALUATION OF CDC AND MOSQUITO MAGNET® X TRAPS BAITED WITH DRY ICE, CO2 SACHET, AND OCTENOL AGAINST MOSQUITOES ", usda, Retrieved 08-01-2021. Edited.
  6. "how it works", mosquito magnet. Edited.
  7. G Spur, E Uhlmann, F Elbing (12-1999), "Dry-ice blasting for cleaning: process, optimization and application", sciencedirect, Retrieved 08-01-2021. Edited.
  8. Eckhart Uhlmann, Robert Hollan, Adil El Mernissi (2009), "Dry Ice Blasting – Energy-Efficiency and New Fields of Application", springer, Retrieved 08-01-2021. Edited.
  9. ^ أ ب Megha Poudel, Bruce Dunn (03-2017)، "Greenhouse Carbon Dioxide Supplementation"، OKLAHOMA STATE UNIVERSITY، اطّلع عليه بتاريخ 08-01-2021. Edited.
  10. "Radiological Agents: CDC Shipping Instructions for Specimens Collected from People with Potential Contamination to Radioactive Materials", cdc, 09-2015, Retrieved 08-01-2021. Edited.
  11. "SPECIMEN LABELING, STORAGE & HANDLING ", cdc, Retrieved 08-01-2021. Edited.
  12. "Medical Device Services", polaricetech . Edited.
  13. ^ أ ب Tom Kuntzleman (01-01-2017), "Dry ice in five different liquids", chemedx, Retrieved 08-01-2021. Edited.
  14. "WHAT TO BE AWARE OF WHEN USING DRY ICE FOR YOUR EVENT", rubberbox, Retrieved 08-01-2021. Edited.
  15. "Dry Ice Safety ", cdc, 12-10-2020, Retrieved 08-01-2021. Edited.
  16. "Dry Ice (Carbon Dioxide, Solid)", harvard, 25-11-2019, Retrieved 08-01-2021. Edited.
  17. Nancy EV Bryk (31-07-2001), "Dry Ice", madehow, Retrieved 08-01-2021. Edited.