تصنيع الجلسرين خطوة بخطوة

الجلسرين: صناعة مركب متعدد الاستخدامات من قلب التفاعل الكيميائي إلى التطبيقات الصناعية

يُعد الجلسرين (أو الجليسرول) من المركبات الكيميائية العضوية المهمة التي تلعب دوراً محورياً في العديد من الصناعات، بما في ذلك الصناعات الدوائية، التجميلية، الغذائية، والصناعات الكيميائية الدقيقة. يتميز هذا المركب بلزوجته العالية، وطعمه الحلو، وعديمته السمية، وقدرته الفائقة على امتصاص الرطوبة، مما يجعله من المركبات الفريدة التي تستحوذ على اهتمام واسع في مختلف ميادين التصنيع.

يمتلك الجلسرين الصيغة الكيميائية C₃H₈O₃، وهو كحول ثلاثي يحتوي على ثلاث مجموعات هيدروكسيل (-OH)، ويصنف كواحد من الكحوليات متعددة الهيدروكسيل التي تذوب بسهولة في الماء. ويُعرف الجلسرين منذ قرون، إلا أن تطور تقنيات التصنيع جعله متاحًا بكميات صناعية ضخمة.

فيما يلي تحليل موسع لصناعة الجلسرين بدءًا من مصادره، مرورًا بالطرق الصناعية المستخدمة في إنتاجه، وانتهاءً بتطبيقاته المتعددة.

أولاً: المصادر الأساسية للجلسرين

ينتج الجلسرين من مصدرين رئيسيين:

1. المصدر الطبيعي (الدهون والزيوت الحيوانية والنباتية):

يُستخلص الجلسرين غالبًا من الزيوت الطبيعية والدهون الحيوانية أو النباتية، وذلك من خلال عملية تُعرف باسم التصبن (Saponification) أو الأسترة التحويلية (Transesterification). هذا النوع من الإنتاج يُستخدم في صناعة الصابون والبيوديزل، حيث يُعد الجلسرين منتجًا ثانويًا.

2. المصدر الصناعي (من خلال التفاعلات الكيميائية):

يمكن تصنيع الجلسرين باستخدام المواد الكيميائية البتروكيميائية مثل البروبيلين، من خلال عمليات معقدة تتضمن الأكسدة والتحلّل المائي. ويُنتج الجلسرين الصناعي غالبًا بكميات ضخمة وبتكلفة منخفضة، ويُستخدم بكثرة في الصناعات غير الغذائية.

ثانيًا: الطرق الصناعية لإنتاج الجلسرين

1. إنتاج الجلسرين من خلال التصبن (Saponification)

تُعد هذه الطريقة من أقدم الطرق وأكثرها شيوعًا. تعتمد على تفاعل الزيوت أو الدهون مع قاعدة قوية (مثل هيدروكسيد الصوديوم – الصودا الكاوية) لتكوين الصابون والجلسرين كمادة ثانوية. خطوات العملية:

• اختيار المواد الخام: يُستخدم زيت نباتي (مثل زيت النخيل أو زيت جوز الهند) أو دهن حيواني.

• التفاعل مع الصودا الكاوية: في حرارة تتراوح بين 60-100 درجة مئوية.

• فصل المنتجات: يتم فصل الصابون عن الجلسرين بعد التفاعل، وغالبًا ما تكون هناك حاجة إلى تنقية الجلسرين باستخدام حمض الكبريتيك لإزالة الشوائب.

2. إنتاج الجلسرين من البيوديزل (Transesterification)

أدى انتشار تصنيع البيوديزل من الزيوت النباتية إلى جعل الجلسرين منتجًا ثانويًا أساسيًا في هذه الصناعة. العملية تشمل:

• تفاعل الزيت مع كحول الميثانول بوجود محفز (مثل هيدروكسيد الصوديوم أو البوتاسيوم).

• ينتج عن التفاعل إستر ميثيلي (البيوديزل) وجلسرين خام.

• يتم فصل الجلسرين عن طريق الطرد المركزي أو الترويق.

• ثم يُنقّى باستخدام عمليات مثل الغسل، التقطير، وإزالة الرطوبة.

3. تصنيع الجلسرين من البتروكيماويات (Propylene-based Synthesis)

هذه الطريقة أكثر تقدمًا وتُستخدم للحصول على جلسرين نقي جدًا. تشمل:

• أكسدة البروبيلين إلى أكروالايد (Acrolein).

• أكسدة الأكروالايد إلى حمض الأكرليك، ثم هدرجة الأكرليك إلى الجلسرين.

رغم تعقيدها وتكلفتها، إلا أنها تُستخدم في الصناعات الدقيقة نظرًا لنقاوة المنتج.

ثالثًا: تنقية الجلسرين الخام

بعد عملية الإنتاج، يكون الجلسرين غالبًا في شكل غير نقي ويحتوي على شوائب كالأملاح، الكحول، الماء، بقايا دهون، وصابون. لذلك تُعد عملية التنقية أمرًا حيويًا للحصول على منتج صالح للاستخدام في الصناعات الحساسة كالصيدلة أو الأغذية.

تشمل عملية التنقية المراحل التالية:

• فصل الماء بالتبخير.

• إزالة الشوائب العضوية وغير العضوية بالترسيب الكيميائي أو التقطير الفراغي.

• الترشيح لإزالة الجسيمات الدقيقة.

• الفصل اللوني (Chromatographic Separation) عند الحاجة للوصول إلى نقاوة فائقة.

رابعًا: الجدول الصناعي لطرق إنتاج الجلسرين

خامسًا: الخواص الفيزيائية والكيميائية للجلسرين

• الشكل الفيزيائي: سائل لزج عديم اللون والرائحة.

• الطعم: حلو غير سام.

• نقطة الغليان: 290 درجة مئوية.

• نقطة الانصهار: 18 درجة مئوية.

• الذوبان: يذوب بسهولة في الماء والكحول.

• الثبات: مستقر حرارياً وكيميائياً.

تسمح هذه الخواص باستخدام الجلسرين في التطبيقات المتطلبة مثل المستحضرات الصيدلانية ومستحضرات التجميل.

سادسًا: التطبيقات الصناعية للجلسرين

1. الصناعة الدوائية

يُستخدم الجلسرين كمُذيب ومادة حافظة، وأساس لتحضير الشرابات والمراهم، كما يُستخدم في تحاميل الجلسرين لعلاج الإمساك.

2. الصناعات التجميلية

يدخل في تركيبة كريمات الترطيب، معاجين الأسنان، الشامبو، وصابون العناية بالبشرة، نظرًا لخواصه المرطبة والملطفة.

3. الصناعات الغذائية

يُستخدم كمُحلي طبيعي، ومادة حافظة، ومرطّب في منتجات الخبز والعلكة والمربيات.

4. الصناعات الكيماوية

يُستخدم لتحضير مركبات عضوية مثل النيتروجليسرين (المتفجرات) والبوليمرات والراتنجات.

5. التطبيقات الزراعية والبيئية

يدخل في صناعة الأعلاف والمواد المغذية الحيوانية، ويُستخدم كعامل مساعد في المعالجة البيولوجية للمياه العادمة.

سابعًا: الاعتبارات البيئية والاقتصادية

أدى التوسع في إنتاج البيوديزل إلى زيادة فائض الجلسرين في السوق العالمي، مما تسبب في انخفاض أسعاره بشكل كبير. هذا الفائض شكّل تحديات اقتصادية، لكنه في ذات الوقت شجّع البحث في تحويل الجلسرين إلى منتجات ثانوية ذات قيمة، مثل:

• تحويله إلى بروبانول أو إيثانول كمصدر طاقة.

• استخدامه في تصنيع البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي.

• تحويله إلى هيدروجين وغازات قابلة للاشتعال من خلال عمليات التحلّل الحراري.

من الناحية البيئية، يُعتبر الجلسرين منتجًا آمنًا، غير سام، وقابل للتحلل البيولوجي بسهولة، مما يجعله صديقًا للبيئة بالمقارنة مع العديد من المركبات الكيميائية الأخرى.

ثامنًا: مستقبل الجلسرين كمادة خام استراتيجية

تزايدت أهمية الجلسرين في السنوات الأخيرة مع تنامي الاقتصاد الدائري والاهتمام العالمي بتطوير الصناعات الخضراء، وظهرت اتجاهات بحثية لاستغلال الجلسرين في إنتاج:

• البلاستيك الحيوي (Bio-Plastics).

• المركبات الكيميائية الوسيطة.

• مصادر الطاقة المتجددة.

وقد أثبتت الدراسات أن الجلسرين يمتلك القدرة على أن يكون منصة كيميائية رئيسية (Chemical Platform) في الصناعات المستقبلية المستدامة، خصوصًا عند تطوير تقنيات حيوية قادرة على تحويله إلى منتجات ذات قيمة اقتصادية عالية.

المراجع:

1. Pagliaro, M., & Rossi, M. (2008). The Future of Glycerol: New Uses of a Versatile Raw Material. Royal Society of Chemistry.

2. Johnson, D. T., & Taconi, K. A. (2007). The glycerin glut: Options for the value‐added conversion of crude glycerol resulting from biodiesel production. Environmental Progress, 26(4), 338-348.