Research Trends in the Valorisation of Potato Peels for Fermentative Biohydrogen Production: A Bibliometric Analysis (2015-2025)

تنتج صناعة الأغذية العالمية يومياً جبالاً من النفايات. ومن بين أكثر النواتج الثانوية شيوعاً هي قشور البطاطس التي تُقشر أثناء عمليات التصنيع. تقليدياً، تُعامل هذه القشور كنفايات، حيث تُرسل غالباً إلى مكبات النفايات حيث تتعفن وتطلق غازات الاحتباس الحراري، أو تُحرق، مما يزيد من تلوث الهواء. ومع ذلك، يكمن داخل هذه المادة المهدرة مصدر طاقة محتمل؛ فالبطاطس غنية بالنشا، وهو نوع من الكربوهيدرات التي يمكن لبعض الكائنات الحية الدقيقة تفكيكها. وعندما تتغذى هذه الميكروبات على السكريات المتحررة من قشور البطاطس، فإنها تنتج غازاً يسمى الهيدروجين. والهيدروجين هو وقود نظيف، عندما يُستخدم، لا يطلق سوى الماء، مما يوفر وسيلة لتحويل مشكلة النفايات إلى مصدر للطاقة المتجددة. وقد تمثل التحدي للعلماء في معرفة كيفية القيام بذلك بكفاءة وعلى نطاق واسًع، والانتقال من مجرد تجارب بسيطة إلى إنشاء نظام يمكنه بالفعل تزويد المنازل أو الصناعات بالطاقة.

قام فريق من الباحثين من جامعة ديربان للتكنولوجيا في جنوب أفريقيا مؤخراً بإلقاء نظرة جديدة على كيفية تعامل المجتمع العلمي مع هذا التحدي على مدار العقد الماضي. وبدلاً من إجراء تجارب جديدة في المختبر، قاموا بمراجعة شاملة للدراسات الموجودة المنشورة بين عامي 2015 و2025. وقد استخدموا منهجية تسمى "التحليل الببليومتري"، وهي في الأساس طريقة لرسم خريطة لمشهد البحث العلمي من خلال النظر في من ينشر، وأين، وما هي المواضيع التي تحظى بأكبر قدر من الاهتمام. ومن خلال فحص 24 دراسة محددة ركزت حصرياً على إنتاج الهيدروجين من قشور البطاطس، استطاع الباحثون تكوين صورة واضحة لكيفية نمو هذا المجال وإلى أين يتجه.

إن قصة هذا البحث هي قصة نمو مستمر. ففي السنوات الأولى من فترة الدراسة، من 2015 إلى 2020، كان المجال في مهده. كان العلماء يطرحون في المقام الأول أسئلة أساسية: هل يمكن لقشور البطاطس أن تعمل حقاً كغذاء لهذه الميكروبات؟ وهل من الممكن أصلاً الحصول على الهيدروجين منها؟ خلال هذه الفترة، نُشر عدد قليل فقط من الأوراق البحثية كل عام، وكانت تركز في الغالب على إثبات أن المفهوم قابل للتطبيق. ومع ذلك، حدث تحول كبير بعد عام 2020؛ حيث بدأ عدد الدراسات في الارتفاع، وظهر أعلى عدد من المنشورات في عام 2021، و2022، ومرة أخرى في عام 2025. يشير هذا الارتفاع إلى أن المجتمع العلمي قد تجاوز مرحلة "هل يمكننا فعل ذلك؟" وهو الآن منخرط بعمق في مرحلة "كيف يمكننا فعل ذلك بشكل أفضل؟". فلم يعد الباحثون يختبرون فقط ما إذا كانت العملية تعمل، بل يحاولون بنشاط جعلها أسرع وأكثر كفاءة وأكثر موثوقية.

من الناحية الجغرافية، يتركز الجهد لحل هذا اللغز في مناطق رئيسية قليلة. فقد برزت الصين كأكثر دولة إنتاجية، حيث نشرت أكبر عدد من الدراسات. ومع ذلك، عند النظر إلى تأثير العمل - المقاس بمدى تكرار استشهاد العلماء الآخرين بهذه الأوراق في أبحاثهم الخاصة - برزت كوريا الجنوبية كصاحبة المساهمات الأكثر تأثيراً. كما قدمت الهند وبولندا مساهمات كبيرة، بينما رسخت جنوب أفريقيا، موطن مؤلفي هذه المراجعة، مكانتها كصوت رائد في هذا المجال من منظور أفريقي. يسلط هذا التوزيع الضوء على أنه بينما تعد مشكلة نفايات البطاطس عالمية، فإن الحلول العلمية تُقاد حالياً من قبل دول تمتلك استثمارات قوية في الطاقة المتجددة وتقنيات إدارة النفايات.

ومع نضوج البحث، تحول التركيز في العمل نحو اتجاه محدد للغاية. في البداية، كانت الدراسات تركز بشدة على بيولوجيا العملية: فهم الميكروبات، والإنزيمات التي تنتجها، والتركيب الكيميائي لقشور البطاطس نفسها. ومع مرور الوقت، تغير سياق الحديث. الدراسات الأحدث لا تتعلق بالبيولوجيا وحدها، بل بالهندسة. يركز العلماء الآن على بناء أنظمة أفضل لاحتواء الميكروبات ونفايات البطاطس، وتحسين الظروف داخل هذه الأنظمة، واستخدام نماذج حاسوبية متقدمة للتنبؤ بكيفية الحصول على أكبر قدر من الهيدروجين من كل دفعة. الكلمات المفتاحية التي تظهر بشكل متكرر في الأوراق البحثية الأخيرة لم تعد تتعلق بالبطاطس أو البكتيريا فحسب، بل تتعلق بـ "المفاعلات الحيوية"، و"التحسين"، و"تكثيف العمليات". وهذا يشير إلى مجال ينمو وينضج، منتقلاً من طاولة المختبر في الجامعة نحو تصميم آلات ذات نطاق صناعي.

حدد الباحثون أيضاً أربعة محاور رئيسية تهيمن على النقاش الحالي. المحور الأول هو إنتاج الهيدروجين الفعلي وكيفية جعل العملية أقوى. والثاني هو الضبط الدقيق للتخمر المظلم، وهو نوع محدد من التفاعلات البيولوجية التي تحدث دون ضوء، والذي أصبح الطريقة المفضلة لهذه المهمة. ويتضمن المحور الثالث التفاصيل المجهرية: كيف تتغذى الميكروبات، وكيف تفكك الإنزيمات النشا، وكيفية توصيف نفايات البطاطس نفسها للحصول على أفضل النتائج. أما المحور الرابع فهو الأجهزة (الهاردوير): تصميم الخزانات والمفاعلات حيث يحدث هذا السحر، وكيفية قياس العائد لضمان أن الأمر يستحق الجهد. هذه المجالات الأربعة مترابطة بعمق، مما يظهر أن التقدم في أحد المجالات، مثل تصميم مفاعل أفضل، يعتمد غالباً على فهم مجال آخر، مثل سلوك الميكروبات.

وعلى الرغم من الحماس والتقدم الواضح، يحرص مؤلفو هذه المراجعة على ملاحظة أن التكنولوجيا ليست جاهزة بعد ليستخدمها العالم على نطاق واسع. فمعظم العمل الذي تمت مراجعته حتى الآن قد أُجري في بيئات مختبرية صغيرة. وبينما تبدو النتائج واعدة، إلا أن هناك فجوة كبيرة بين تجربة صغيرة في المختبر ومصنع كبير يمكنه معالجة أطنان من قشور البطاطس يومياً. تُظهر الدراسات أنه من الممكن الحصول على الهيدروجين، وأننا نستطيع زيادة الكمية التي نحصل عليها، لكن الانتقال إلى النجاح التجاري يتطلب أكثر من مجرد علم أفضل؛ إنه يتطلب هندسة وتخطيطاً اقتصادياً أفضل. ويقترح الباحثون أن الخطوة التالية هي بناء محطات تجريبية - وهي مرافق اختبار متوسطة الحجم - لمعرفة ما إذا كانت العملية ستصمد في ظل ظروف العالم الحقيقي. كما يشيرون إلى أن المستقبل الأكثر واعدية يكمن في "المصافي الحيوية"، حيث لا تُستخدم قشور البطاطس لإنتاج الهيدروجين فحسب، بل تُعالج لإنتاج منتجات قيمة متعددة في آن واحد، مثل الأسمدة أو المواد الكيميائية الأخرى، مما يجعل العملية بأكملها أكثر ربحية واستدامة.

تعمل هذه المراجعة كخارطة طريق لما وصل إليه العلم وإلى أين يجب أن يتجه. وهي تؤكد أن تحويل قشور البطاطس إلى وقود نظيف هو مجال قابل للتطبيق ومتنامٍ، مدفوعاً بحاجة عالمية لإيجاد مصادر طاقة مستدامة وإدارة النفايات بشكل أفضل. المسار نحو المستقبل واضح: الانتقال من التجارب صغيرة النطاق إلى العروض واسعة النطاق، ودمج العملية في الصناعات الغذائية القائمة، والاستمرار في صقل التكنولوجيا حتى تصبح قوية بما يكفي لتكون جزءاً قياسياً من مستقبل الطاقة لدينا. إن قشرة البطاطس، التي كانت يوماً مجرد قطعة من النفايات، يُنظر إليها الآن كعنصر أساسي في اقتصاد أكثر نظافة ودائرية، ولكن الوصول إلى ذلك سيتطلب الصبر، والاستثمار، والتعاون المستمر بين العلماء والمهندسين في جميع أنحاء العالم.