Techno-Environmental Evaluation of Flax-Based Biocomposites for Renewable Energy Applications. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Final signed thesis submission) 202202980 Final Thesis Corrected - Signed.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 20 April 2027. Download (2MB)

Arabic Abstract

برزت المركبات الحيوية كبدائل واعدة للمركبات الاصطناعية، نظرًا لانخفاض عبئها البيئي، وقابليتها للتحلل الحيوي، وإمكانية تطبيقها في أنظمة الطاقة المتجددة. ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات في تحسين أدائها الميكانيكي وتقييم آثارها البيئية الكاملة. تبحث هذه الأطروحة في الأداء التقني والبيئي للمركبات الحيوية المصنوعة من البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) والمقواة بألياف الكتان، مع التركيز بشكل خاص على تأثير المعالجة القلوية للألياف. تُعزز هذه الدراسة، في البداية، عقدًا من الأبحاث حول المركبات الحيوية لتطبيقات الطاقة الشمسية وطاقة الرياح وتخزين الطاقة وتحلية المياه، مقدمةً لمحة عامة منظمة عن إمكاناتها الوظيفية في تقنيات الطاقة المتجددة. تجريبيًا، طُبقت المعالجة القلوية على ألياف الكتان، وأُجري اختبار شد لتقييم التغيرات في السلوك الميكانيكي. وقد زادت المعالجة من قوة الشد بنسبة 37% نتيجةً لتحسين التصاق الألياف بالمصفوفة، مع تقليل معدل الانفعال إلى الكسر بنسبة 40%، مما يشير إلى تحول نحو سلوك كسر أكثر هشاشة. أُجري لاحقًا تقييمٌ لدورة حياة المنتج من المهد إلى البوابة باستخدام ReCiPe 2016 Midpoint (H) v1.10 لتحديد الآثار البيئية لإنتاج المركبات الحيوية المعالجة وغير المعالجة. أظهرت النتائج زياداتٍ طفيفة في احتمالية الاحتباس الحراري، ولكن زياداتٍ أكبر في تأثيرات المغذيات الزائدة والإشعاع المؤين نتيجةً لاستخدام القلويات ومياه الصرف الصحي والتخلص منها. أُجريت تحليلاتٌ للحساسية وعدم اليقين لفئة الاحتباس الحراري، مؤكدةً أن استهلاك الكهرباء كان المساهم الرئيسي، وأن عدم اليقين في التقديرات ظلّ معتدلًا. بشكل عام، تُقدّم الدراسة فهمًا متكاملًا للتحسينات الميكانيكية، والتنازلات البيئية، والمتانة المنهجية، مما يدعم تطوير المركبات الحيوية في تطبيقات المواد المستدامة.

English Abstract

Biocomposites have emerged as promising alternatives to synthetic composites due to their lower environmental burden, biodegradability, and potential applicability across renewable energy systems. However, challenges remain in optimising their mechanical performance and assessing their full environmental implications. This thesis investigates the techno-environmental performance of flax fibre–reinforced high-density polyethylene (HDPE) biocomposites, with a particular focus on the influence of alkaline fibre treatment. The study first consolidates a decade of research on biocomposites for solar, wind, energy storage, and desalination applications, providing a structured overview of their functional potential in renewable energy technologies. Experimentally, alkaline treatment was applied to flax fibres, and tensile testing was conducted to evaluate changes in mechanical behaviour. The treatment increased tensile strength by 37% due to improved fibre–matrix adhesion, while reducing strain-to-failure by 40%, indicating a shift toward more brittle fracture behaviour. A cradle-to-gate life cycle assessment was subsequently performed using ReCiPe 2016 Midpoint (H) v1.10 to quantify the environmental impacts of producing untreated and treated biocomposites. Results showed marginal increases in global warming potential but more substantial increases in eutrophication and ionising radiation impacts due to the use and disposal of alkalis and wastewater. Sensitivity and uncertainty analyses were conducted for the global warming category, confirming that electricity consumption was the dominant contributor and that uncertainty in the estimates remained moderate. Overall, the study provides an integrated understanding of mechanical enhancements, environmental trade-offs, and methodological robustness, supporting the advancement of biocomposites in sustainable material applications.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Environmental Engineering Research Research > Environment Research > Engineering Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Thesis Advisor:	Mobeen Shaukat,
Thesis Committee Members:	Ihsan Ul Haq Toor, Asif Mohammad,
Depositing User:	MUHAMMAD BIN SALEEM (g202202980)
Date Deposited:	22 Apr 2026 07:09
Last Modified:	22 Apr 2026 07:09
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144132