من أعماق البحار إلى الفضاء العميق: الكرات الزجاجية المجوفة من Hainuo تكسر الاحتكار وتمهد الطريق لفو "خفيف"

اليوم، ظهرت مرة أخرى الكريات الزجاجية المجوفة عالية الأداء الخاصة بشركة Hainuo Technology في *Science and Technology Daily* باعتبارها "منتجًا رئيسيًا جديدًا في الصين المبتكرة"!

باعتبارها أول شركة في الصين تمتلك حقوق ملكية فكرية مستقلة وتحقق إنتاجًا على نطاق صناعي، فقد نجحت عملية التصنيع الخاصة بشركة Hainuo Technology في كسر الاحتكار الدولي، مما أدى إلى تسريع وتيرة الاستبدال المحلي.

ويرد أدناه النص الكامل للتقرير، وهو يدعوكم لمشاهدة القدرات الهائلة التي تتمتع بها مؤسسة "المواد الصينية خفيفة الوزن".

ومؤخراً، نشرت الإدارة الوطنية الصينية للملكية الفكرية "قائمة المرشحين للمؤسسات الوطنية لعرض الملكية الفكرية (2025-2027)"، مع إدراج شركة Shanxi Hainuo Technology Co., Ltd. (المشار إليها فيما بعد باسم "Shanxi Hainuo") في القائمة. باعتبارها أول مؤسسة محلية تمتلك حقوق ملكية فكرية مستقلة وتحقق إنتاجًا على نطاق صناعي للكريات الزجاجية المجوفة عالية الأداء (المشار إليها فيما يلي باسم "الكرات المجهرية المجوفة")، فقد اخترقت عملية التصنيع الخاصة بشركة Shanxi Hainuo الاحتكارات الدولية.

وأوضح شن بينجزان، رئيس مجلس إدارة الشركة: "بعد أكثر من عقد من البحث والتطوير المكثف، نجحنا في تطوير عملية إنتاج للكريات المجهرية المجوفة". "لقد وصل الأداء الشامل للكريات المجهرية المجوفة المنتجة باستخدام هذه العملية إلى مستويات متقدمة عالميًا، مع وجود نماذج معينة تتصدر العالم في المؤشرات الأساسية مثل قوة الضغط وتوزيع حجم الجسيمات."

الكرات المجهرية المجوفة عبارة عن كرات مجوفة بحجم ميكرون مصنوعة من زجاج البورسليكات القلوي والجير؛ فهي مليئة بغاز خامل، ولها جدار خارجي رقيق للغاية، وخفيفة الوزن للغاية ولكنها شديدة المقاومة للضغط. ثمانية وثلاثون مليون كرة مجهرية مجوفة تزن جرامًا واحدًا فقط، مع قوة ضغط قصوى تتجاوز 180 ميجا باسكال. بفضل خصائصها الأساسية المتمثلة في كونها خفيفة الوزن وعالية القوة، وعازلة حراريًا، ومقاومة للتآكل، ولها ثابت عازل منخفض، أصبحت الكرات المجهرية المجوفة مادة أساسية لا غنى عنها في سلسلة صناعة المواد المركبة المتقدمة، مع مجموعة واسعة من التطبيقات.

المواد المتخصصة الضرورية لاستخراج النفط البحري

ومؤخراً، في قاعدة عملياتية تابعة لشركة النفط البحرية الوطنية الصينية (CNOOC) في شرق بحر الصين الجنوبي، كانت أنابيب الحفر تتقدم إلى المياه على عمق يزيد على كيلومتر واحد. وأوضح المشغلون في الموقع أنه بمجرد اكتمال الحفر، سيتم حقن ملاط ​​الأسمنت الذي يحتوي على كريات مجهرية مجوفة في المساحة الحلقية بين حفرة البئر والتكوين الصخري المحيط، مما يشكل حلقة أسمنتية منخفضة الكثافة وعالية القوة للضغط مما يعزز جودة الأسمنت ويضمن سلامة تطوير النفط والغاز.

وقال شين بينجزان: "هذه مرحلة حاسمة في استكشاف وتطوير النفط والغاز في أعماق البحار. وفي عمليات التثبيت في المياه العميقة، يمكن أن يؤدي استخدام ملاط ​​الأسمنت التقليدي عالي الكثافة إلى كسر تكوينات قاع البحر الهشة بسهولة، مما يؤدي إلى فقدان سوائل الحفر". "إن إضافة نسبة معينة من الكرات المجهرية المجوفة إلى ملاط ​​الأسمنت يمنحه كثافة منخفضة وقوة ضغط عالية، مما يلبي المتطلبات الفنية لتدعيم الآبار البحرية في المياه العميقة."

لفترة طويلة، كان لا بد من استيراد الكريات المجهرية المجوفة المستخدمة في استخراج النفط في الصين من الخارج. واعترف تشاو هويلونغ، سكرتير مجلس إدارة شركة شانشي هاينو، قائلاً: "احتكرت المنتجات الأجنبية أكثر من 75 في المائة من حصة السوق المحلية، وفرضت الشركات الأجنبية حظرًا تكنولوجيًا صارمًا، ومراقبة استخدام منتجاتها وإجبارها على إعادة المواد غير المستخدمة ومخلفاتها".

في عام 2015، حققت شركة Shanxi Hainuo طفرة في الإنتاج الضخم للكريات المجهرية المجوفة، والتي تم توريدها على الفور إلى قواعد عمليات النفط البحرية التابعة لشركة China National Offshore Oil Corporation (CNOOC) في المياه الضحلة. وزادت أحجام العرض على أساس سنوي من 80 طنًا خلال المرحلة التجريبية إلى مئات ثم آلاف الأطنان، وتوسعت لتشمل جميع النطاقات التشغيلية لأعماق المياه. حتى الآن، قامت شركة Shanxi Hainuo بتوريد ما يزيد عن 10.000 طن من الكريات المجهرية المجوفة، مما حقق إمدادًا بنسبة 100 في المائة من الكريات الزجاجية المجوفة المتخصصة من CNOOC لعمليات الأسمنت.

وقال شين بينغ تشان: "إن الكرات المجهرية المجوفة التي ننتجها تتساوى مع المنتجات الأجنبية من حيث الأداء، ولكنها لا تكلف سوى ثلث سعر الواردات". "والأهم من ذلك أننا حققنا سيطرة مستقلة على التقنيات الرئيسية في مجال مواد تدعيم النفط البحرية."

عشرات الآلاف من التجارب لحل التحديات الصناعية

في أكتوبر 2023، شهد الاتحاد الوطني الصيني للصناعات البترولية والكيميائية أن "التكنولوجيا الهندسية وتطبيق الكرات الزجاجية الدقيقة المجوفة لتدعيم النفط البحري" في شانشي هاينو قد وصلت إلى مستوى رائد عالميًا.

باعتبارها مادة عالية الأداء لتدعيم النفط البحري، فإن إنتاج الكريات الزجاجية المجوفة على نطاق صناعي ليس بالأمر السهل. يتذكر شين بينجزان قائلاً: "عندما دخلنا هذا المجال، واجهنا معضلة الحظر على التكنولوجيا الأجنبية والافتقار إلى السوابق المحلية للتصنيع؛ ووجدنا أنفسنا في موقف "اللاات الثلاثة": لا رسومات فنية، ولا معدات جاهزة ولا موهبة متخصصة". قام بتمويل إنشاء فريق بحث وتطوير، بدءاً بتجربة 5 كيلوغرامات للعمل على عملية الإنتاج الصناعي.

في عام 2009، في مصنع شانشي هاينو في أعماق جبال تايهانغ، قام فريق البحث والتطوير بخلط المواد الخام مثل ثاني أكسيد السيليكون في ملاط، وبعد خضوعه لعمليات تشمل الطحن والتجانس والحرق، انتظر إنشاء الكرات المجهرية المجوفة. عندما تم إشعال فرن الكروية ذو درجة الحرارة العالية لأول مرة ثم تبريده، كانت النتيجة كومة من الكرات الزجاجية الصلبة أو المتكتلة. وقال شين بينغ تشان: "إن الانتقال من التجريب إلى الإنتاج الصناعي، وترجمة البحوث إلى نتائج عملية ليس أسهل من البحث النظري". "حتى أدنى انحراف في نسبة المواد الخام للكريات المجهرية المجوفة يمكن أن يؤدي إلى منتجات نهائية مختلفة إلى حد كبير؛ إذا كانت درجة حرارة التلبيد أعلى ببضع درجات مئوية فقط، فقد ينهار الهيكل المجوف."

ارتفعت أكوام الدفاتر الصفراء التي تحتوي على بيانات تجريبية عاليًا، في حين أثرت أكوام المنتجات المعيبة بشكل كبير على معنوياتهم. من خلال التجارب المتكررة وتعديلات المعلمات - التقدم من تجارب صغيرة الحجم إلى تجارب واسعة النطاق وعشرات الآلاف من محاولات التجربة والخطأ - حدد فريق البحث والتطوير، من خلال العمل الشاق المطلق، جميع البيانات والعمليات الرئيسية المطلوبة للإنتاج الصناعي للكريات المجهرية المجوفة بحلول عام 2012: إعداد ملاط ​​مواد خام متعدد المكونات، وتشكيل أجسام خضراء عبر التحبيب بالرش الدقيق، ثم تقويتها على الفور إلى خرزات باستخدام لهب ذو درجة حرارة عالية.

ومع ذلك، فإن الاختراق في عملية الإنتاج لم يكن سوى الخطوة الأولى. العشرات من القطع المتخصصة من المعدات اللازمة لإنتاج الخرزات الدقيقة المجوفة لم تكن متوفرة في الصين في ذلك الوقت؛ كان لا بد من تطوير كل شيء بدءًا من معدات التجفيف وحتى فرن التكوير الأساسي داخل الشركة. بالنسبة لمجفف واحد مصنوع خصيصًا، سافر فريق البحث والتطوير على طول الطريق إلى جيانغسو، حيث عمل مع فنيي الشركة المصنعة لتحسين النموذج الأولي ست أو سبع مرات قبل تحقيق النجاح. قال تشاو هويلونج: "باعتباره القطعة الأساسية من المعدات، يجب أن يكون فرن التكوير قادرًا على التحكم بدقة في اللهب ضمن نطاق 600-1000 درجة مئوية لضمان مرور الكريات الدقيقة المجوفة عبر اللهب بشكل موحد". "لقد وضعنا مخططات التصميم وقمنا بتوجيه الشركة المصنعة في الجنوب خلال عملية الإنتاج؛ واستغرق الأمر عشرات الجولات من المراجعات قبل أن ننتج أخيرًا فرنًا يلبي مواصفاتنا."

بدءًا من الصفر وتوسيع النطاق تدريجيًا، تقدمت شانشي هاينو من تجارب 5 كيلوجرامات إلى تجارب صغيرة النطاق تتضمن مئات الكيلوجرامات، ثم إلى تجارب تجريبية على نطاق طن، حيث اعتمدت نهج "توسيع النطاق خطوة بخطوة" لمواجهة التحديات مثل تكييف المعدات مع الكرات المجهرية المجوفة وتثبيت العمليات واحدة تلو الأخرى. وفي عام 2015، أنشأت شانشي هاينو أول خط إنتاج صناعي في الصين، وفي عام 2023، أكملت خط الإنتاج الوحيد في البلاد الذي يبلغ حجمه 10 آلاف طن متري.

التقدم في المحيط الأزرق لتطبيقات الغلاف الميكروي المجوف

قال تشاو هويلونغ: "تم إدراج مجمع هاينو الصناعي للمواد الجديدة ذات الكريات الدقيقة المجوفة عالية الأداء الذي نقوم ببنائه في منطقة غاوبينغ للتنمية الاقتصادية في شانشي، في قائمة شانشي للمشاريع الرئيسية على مستوى المقاطعة لهذا العام. وبمساعدة السلطات المعنية، تم تأمين الأرض للمشروع. ونقوم حاليًا بوضع اللمسات النهائية على الإجراءات الأولية، مثل تقييم الأثر البيئي وتقييم كفاءة الطاقة، وسيبدأ البناء قريبًا".

وفي هذا العام، تستثمر شانشي هاينو 750 مليون يوان في بناء المنطقة الصناعية، التي تبلغ طاقتها الإنتاجية المصممة 30 ألف طن ومن المتوقع أن تكتمل وتدخل حيز الإنتاج في العام المقبل. وقال تشاو هويلونج: "تبلغ طاقتنا الإنتاجية السنوية الحالية 15 ألف طن؛ ومع إضافة هذه الـ 30 ألف طن، سيصبح المجمع الصناعي أكبر قاعدة إنتاج ذكية في العالم للكريات المجهرية المجوفة". وأضاف أنه بمجرد اكتمال المجمع الصناعي، لن يتم استخدام الكرات المجهرية المجوفة في استخراج النفط فحسب، بل من المتوقع أيضًا أن تجد تطبيقات في قطاعات مثل الطيران والإلكترونيات.

ولتحقيق هذه الغاية، أنشأت شانشي هينو إطارًا للبحث والتطوير يضم "التحالفات - معاهد البحوث - المراكز الهندسية - محطات العمل"، مما يشكل مصفوفة شاملة للصناعة والأوساط الأكاديمية والأبحاث والتطبيقات تغطي الأبحاث الأساسية والتحول الهندسي والدعم الصناعي، وبالتالي تعزيز الابتكار بشكل مستمر في أبحاث وتطوير المجالات الدقيقة المجوفة.

تتوسع الكرات المجهرية المجوفة لشانشي هاينو في مجالات مثل الذكاء الاصطناعي وأشباه الموصلات والاقتصاد على ارتفاعات منخفضة والبناء الحديث. وقال شين بينجزان: "لقد قمنا أيضًا بتطوير تسعة منتجات جديدة تظهر لأول مرة في السوق، بما في ذلك مواد الطفو الصلبة ذات الأجسام الدقيقة المجوفة، والمواد المركبة الشبيهة بخشب البولي يوريثان القابلة للتشكيل، والكريات الزجاجية الدقيقة المجوفة عالية الأداء مع حجم جسيمات منخفض وثابت عازل منخفض مصمم خصيصًا لتطبيقات الجيل الخامس". وأضاف أنه تم التحقق من صحة العديد من المنتجات للتطبيق على نطاق واسع من قبل الشركات الرائدة في قطاعات متعددة، مما يخدم العملاء بشكل مباشر مثل BYD والشركة الصينية لعلوم وصناعة الطيران.

Shanxi Haino هي مؤسسة "متخصصة ومكررة وفريدة من نوعها ومبتكرة" (SRUI) "العملاق الصغير" على مستوى الدولة متخصصة في إنتاج الكرات المجهرية المجوفة، بهدف "أن تصبح مؤسسة رائدة عالميًا في المواد الجديدة للكرات الدقيقة". صرح شن بينجزان: "إننا نعتزم الاستمرار في تعميق خبرتنا في مجال المواد الجديدة ذات الغلاف المجهري المجوف، وبالتالي وضع أساس متين للمواد الجديدة لأمن الصناعات الإستراتيجية في البلاد!"

المصدر: العلوم والتكنولوجيا اليومية