अपशिष्ट प्लास्टिक को ईंधन में बदलना: वैज्ञानिकों ने कक्ष तापमान उत्प्रेरक रूपांतरण प्रौद्योगिकी विकसित की है, जो क्लोरीनयुक्त प्लास्टिक पुनर्चक्रण की वैश्विक चुनौती का समाधान करेगी।
2023 में, विदेश में अपने पोस्टडॉक्टरल शोध के दौरान, झांग वेई ने पहला लिखित पेपर प्रकाशित कियाविज्ञानप्लास्टिक को तरल ईंधन में तोड़ने पर। दो साल बाद, 2025 में, अब वह अपने अल्मा मेटर ईस्ट चाइना नॉर्मल यूनिवर्सिटी में एक शोधकर्ता हैं, उन्होंने एक और पहला लेखकीय पेपर प्रकाशित किया है (एक सह-लेखक के रूप में भी)।विज्ञान. इस बार, उन्होंने और उनके चीन और विदेश के सहयोगियों ने प्लास्टिक को गैसोलीन में परिवर्तित करने में सफलता हासिल की है, साथ ही एक ही चरण में मिश्रित प्लास्टिक कचरे को उच्च गुणवत्ता वाले गैसोलीन में परिवर्तित किया है।
30 डिग्री पर, प्रौद्योगिकी नरम पॉलीविनाइल क्लोराइड (पीवीसी) पाइपों के लिए 95% और कठोर पीवीसी पाइपों और पीवीसी तारों के लिए 99% रूपांतरण दर प्राप्त करती है। यह कमरे के तापमान और वायुमंडलीय दबाव पर आयोजित कम ऊर्जा प्रक्रिया के माध्यम से जहरीले प्लास्टिक कचरे को ईंधन में परिवर्तित करने में सक्षम बनाता है, जिससे ऊर्जा की खपत 70% से अधिक कम हो जाती है।
पेपर के सह-संबद्ध लेखक और यूएस नेशनल एकेडमी ऑफ इंजीनियरिंग और यूरोपियन एकेडमी ऑफ साइंसेज दोनों के सदस्य जोहान्स लेर्चर ने टिप्पणी की: "यह तकनीक प्लास्टिक कचरे के लिए एक 'रासायनिक कैंची' खोजने की तरह है, जो कमरे के तापमान पर पॉलिमर श्रृंखलाओं को गैसोलीन के आकार के अणुओं में काटने में सक्षम है। यह वैश्विक परिपत्र अर्थव्यवस्था के लिए महत्वपूर्ण समर्थन प्रदान करती है।"
प्लास्टिक को ईंधन में परिवर्तित करने के पारंपरिक तरीकों की तुलना में, इस नए दृष्टिकोण के लिए कम ऊर्जा, कम उपकरणों और चरणों की आवश्यकता होती है, और यह बड़े पैमाने पर औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है। परिणामी उत्पादों में गैसोलीन, रासायनिक कच्चे माल और हाइड्रोक्लोरिक एसिड के प्रमुख घटक शामिल हैं, जिनका उपयोग जल उपचार, धातु प्रसंस्करण, फार्मास्यूटिकल्स, खाद्य उत्पादन और पेट्रोलियम उद्योग में किया जा सकता है।
विभिन्न प्रकार के प्लास्टिक कचरे को एक चरण में मूल्यवान उत्पादों में परिवर्तित करके, यह विधि हरित अर्थव्यवस्था के विकास का समर्थन करती है।
अध्ययन में, झांग और उनकी टीम ने गैसोलीन के मुख्य घटक, मुख्य रूप से 6 से 12 कार्बन परमाणुओं वाले अणुओं, गैसोलीन के उत्पादन के लिए तेल शोधन के एक उपोत्पाद {{0}तेल शोधन के उपोत्पाद {{1} के साथ प्लास्टिक कचरे को मिश्रित किया। पुनर्प्राप्त हाइड्रोक्लोरिक एसिड को सुरक्षित रूप से बेअसर किया जा सकता है और कच्चे माल के रूप में पुन: उपयोग किया जा सकता है, जो संभावित रूप से क्षेत्र में वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले कई उच्च तापमान, ऊर्जा गहन उत्पादन मार्गों की जगह ले सकता है।
वैश्विक प्लास्टिक उत्पादन में पॉलीओलेफ़िन का हिस्सा लगभग 50% है, जबकि पीवीसी, एक क्लोरीनयुक्त व्युत्पन्न, अन्य 10% बनाता है। घर में पानी के पाइप और खिड़कियों से लेकर कृत्रिम चमड़े के बैग, फर्श, बैंक कार्ड और तार इन्सुलेशन तक पीवीसी सर्वव्यापी है।
उच्च क्लोरीन सामग्री (वजन के अनुसार लगभग 57%) के साथ, पीवीसी अन्य पॉलिमर की तुलना में त्यागने पर अधिक गंभीर पर्यावरणीय चुनौतियाँ पैदा करता है। भस्मीकरण जैसे पारंपरिक तरीकों में डाइऑक्सिन और पॉलीक्लोरिनेटेड बाइफिनाइल जैसे जहरीले क्लोरीनयुक्त यौगिकों की रिहाई को रोकने के लिए पूरी तरह से डीक्लोरीनीकरण की आवश्यकता होती है।
जवाब में, यूरोप और अमेरिका में नियामक एजेंसियों ने 2023 में पीवीसी से संबंधित पदार्थों की समीक्षा शुरू की, जिससे पीवीसी के पर्यावरणीय प्रभाव को संबोधित करने की तात्कालिकता पर प्रकाश डाला गया।
आम तौर पर, रासायनिक उन्नयन पथ जो प्लास्टिक को उच्च {{0}शुद्धता वाले घटकों में तोड़ते हैं, उन्हें अलग-अलग उच्च {{1}तापमान डीक्लोरिनेशन चरणों की आवश्यकता होती है। झांग की रणनीति अपशिष्ट पीवीसी को एक ही चरण में क्लोरीन मुक्त ईंधन श्रेणी के हाइड्रोकार्बन और हाइड्रोक्लोरिक एसिड में उन्नत कर देती है।
यह प्रक्रिया एक चरण में पीवीसी और पॉलीओलेफ़िन मिश्रण के पूर्ण उत्प्रेरक रूपांतरण को सक्षम बनाती है, जिससे अकेले पॉलीओलेफ़िन के लिए पहले बताई गई रूपांतरण तकनीकों की प्रभावशीलता में काफी वृद्धि होती है।
शोधकर्ताओं ने पाया कि पीवीसी कार्बोकेशन के स्रोत के रूप में काम कर सकता है, बाहरी सर्जक की आवश्यकता को समाप्त कर सकता है और समग्र प्रतिक्रिया दर को तेज कर सकता है। उदाहरण के लिए, जब पीवीसी और पॉलीइथाइलीन का अनुपात 1:1 होता है, तो मिश्रित पॉलिमर को 30 मिनट के भीतर पूरी तरह से परिवर्तित किया जा सकता है, जिससे वजन के हिसाब से लगभग 97% तरल आइसोअल्केन्स का उत्पादन होता है।
वास्तविक विश्व कचरे के लिए प्रक्रिया की प्रयोज्यता को प्रदर्शित करने के लिए, टीम ने विभिन्न उपयोग के बाद पीवीसी उत्पादों को कमरे के तापमान और वायुमंडलीय दबाव पर अल्केन्स में परिवर्तित किया। परिणामों से पता चला कि उपयोग के बाद पीवीसी अपशिष्ट, जिसमें नरम/कठोर पीवीसी पाइप और पीवीसी तार शामिल हैं, ने 30 डिग्री पर समान प्रतिक्रिया प्रदर्शित की।
व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, मिश्रित प्लास्टिक कचरा आयनिक तरल चरण में विभिन्न योजक और अशुद्धियाँ पेश कर सकता है। ये प्रतिक्रिया दर को प्रभावित कर सकते हैं या सघन आयनिक तरल परत में जमा हो सकते हैं, लेकिन कार्बनिक चरण अभी भी दो घंटों के भीतर महत्वपूर्ण मात्रा में क्लोरीन मुक्त तरल अल्केन्स और गैसीय आइसोब्यूटेन उत्पन्न कर सकता है।
जब उपयोग के बाद पीवीसी कचरे को कठोर उच्च घनत्व वाली पॉलीथीन बोतल सामग्री के साथ मिलाया गया, तो मुख्य उत्पाद के रूप में आइसोब्यूटेन के साथ, 80 डिग्री पर मात्रात्मक ठोस रूपांतरण प्राप्त किया गया। यद्यपि कार्बोकेशन की उपस्थिति में आइसोपेंटेन का अनुपातहीन होना अपरिहार्य है, यह मुख्य रूप से प्रतिक्रिया के प्रारंभिक चरण में होता है।
उत्पाद का लगभग 40-66% गैसीय आइसोब्यूटेन है, जिसे अप्रयुक्त आइसोपेंटेन के साथ एल्किलेशन घटकों के रूप में पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है, जो प्रक्रिया की दक्षता और स्थिरता को रेखांकित करता है।
यह तकनीक मिश्रित प्लास्टिक कचरे को ईंधन में परिवर्तित करने में उत्पाद वितरण के प्रमुख मुद्दे को संबोधित करती है और प्लास्टिक मिश्रण में अशुद्धियों या विविधता से अप्रभावित रहती है।
इस प्रतिक्रिया प्रणाली में, डाइक्लोरोमेथेन आयनिक तरल को पतला करता है, जिससे चिपचिपाहट और स्थानीय द्रव्यमान स्थानांतरण प्रतिरोध कम हो जाता है। इसे आसवन के माध्यम से सभी हल्के उत्पादों के साथ पूरी तरह से पुनर्प्राप्त और पुन: उपयोग किया जा सकता है।
कुल मिलाकर, यह कार्य मिश्रित पीवीसी और पॉलीओलेफ़िन कचरे के पुनर्चक्रण के लिए एक परिवर्तनकारी और स्केलेबल एकल चरणीय प्रक्रिया प्रदान करता है। ऊर्जा की खपत को कम करके, उपकरण की ज़रूरतों को कम करके, और मध्यवर्ती चरणों को समाप्त करके, यह पर्यावरणीय प्रभाव को कम करते हुए दक्षता और लागत-प्रभावशीलता में उल्लेखनीय सुधार करता है।
इसके अतिरिक्त, यह एक कदम विधि विभिन्न प्लास्टिक कचरे को बेहतर गुणवत्ता वाले उच्च मूल्य वाले उत्पादों में परिवर्तित करती है, जो औद्योगिक पैमाने पर अनुप्रयोगों की नींव रखती है।
जैसा कि उल्लेख किया गया है, झांग वेई पेपर के पहले लेखक हैं, और संबंधित लेखकों में से एक, जोहान्स लेर्चर, अमेरिका में उनके पोस्टडॉक्टरल सलाहकार थे। विदेश में अपने समय के दौरान, झांग ने अमेरिकी ऊर्जा विभाग द्वारा वित्त पोषित अपशिष्ट प्लास्टिक क्षरण और शेवरॉन द्वारा प्रायोजित बहु-कार्बन अल्कोहल ईंधन संश्लेषण के लिए CO2 हाइड्रोजनीकरण पर परियोजनाओं का नेतृत्व किया, जो औद्योगिक उत्प्रेरक में कुशल कार्बन संसाधन उपयोग के लिए महत्वपूर्ण समाधान प्रदान करता है।
अब ईस्ट चाइना नॉर्मल यूनिवर्सिटी में अपने शोध समूह का नेतृत्व करते हुए, झांग चार मुख्य क्षेत्रों पर ध्यान केंद्रित करते हैं:
थर्मल, फोटोनिक, इलेक्ट्रोकेमिकल और उत्प्रेरक युग्मन प्रौद्योगिकियों के माध्यम से अपशिष्ट कार्बन संसाधनों (प्लास्टिक/बायोमास) का मूल्यांकन।
मानक गैसोलीन उत्पादन को नवीनीकृत करने के लिए भारी पैराफिन हाइड्रोकार्बन की कैटेलिटिक क्रैकिंग और हल्के अल्केन्स का एल्किलेशन।
C1 अणुओं (CO2/CO) का उच्च घनत्व वाले ऊर्जा वाहकों में उत्प्रेरक रूपांतरण।
हाइड्रोजन स्रोत और माध्यम के रूप में पानी का उपयोग करके उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं और प्रणालियों का विकास करना।
विश्वविद्यालय के अनुसार, झांग पेट्रोकेमिकल कंपनियों के साथ पायलट सहयोग के माध्यम से हरित उत्प्रेरक प्रौद्योगिकी के औद्योगिकीकरण को और बढ़ावा देगा। वह अधिक कुशल उत्प्रेरक प्रणालियों को विकसित करने, प्लास्टिक रूपांतरण के परमाणु स्तर के तंत्र को स्पष्ट करने और प्रयोगशाला से उद्योग तक अंत तक नवाचार को सक्षम करने के लिए कृत्रिम बुद्धिमत्ता का भी लाभ उठाएगा।