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पॉलीमर संपादन के लिए CRISPR वैश्विक रीसाइक्लिंग प्रयासों को पुनः आकार दे सकता है
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प्लास्टिक रीसाइक्लिंग को अनलॉक करना
1960 के दशक में विनिर्माण उद्योग द्वारा व्यापक रूप से अपनाए जाने के बाद से प्लास्टिक हमारे दैनिक जीवन में सर्वव्यापी सामग्री बन गया है। यह गंभीर प्रदूषण का कारण भी है, विशेष रूप से माइक्रोप्लास्टिक के रूप में—प्लास्टिक के टूटे हुए सूक्ष्म कण जो पूरी पृथ्वी और उसके महासागरों को प्रदूषित कर रहे हैं।
यह सिद्ध हो चुका है कि माइक्रोप्लास्टिक एंटीबायोटिक की प्रभावशीलता कम करता है, भ्रूणों, हमारे हृदय और मस्तिष्क में पाया जाता है तथा समुद्री जीवों द्वारा निगला जाता है।
पहले से मौजूद माइक्रोप्लास्टिक प्रदूषण से निपटने के लिए कई रणनीतियों पर काम हो रहा है, जैसे सस्टेनेबिलिटी मीट्रिक अपनाना, गैर-विषैले जल-विकर्षक सॉल्वेंट का उपयोग करना, अथवा प्लास्टिक को लेज़र या प्रकाश-चालित फोटोकैटालिसिस की सहायता से पुनः उपयोग में लाना।
Meanwhile, ExxonMobil जैसी कंपनियों को तेल से बने प्लास्टिक की कम रीसाइक्लिंग दर के कारण मुकदमा किया जा रहा है (XOM ) ।
प्लास्टिक प्रदूषण के अधिकांश समाधानों की समस्या उनकी अपेक्षाकृत अधिक लागत है, जिसके कारण कई देश इस वैश्विक समस्या के समाधान लागू करने के इच्छुक या सक्षम नहीं होते। बेहतर तरीका यह होगा कि प्लास्टिक कचरे को मूल्यवान सामग्री बनाने का संसाधन बनाया जाए, ताकि उसे एकत्र करने के लिए मजबूत आर्थिक प्रोत्साहन पैदा हो।
ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी के शोधकर्ता इसी दिशा में काम कर रहे हैं। उन्होंने “प्लास्टिक कचरे को अधिक प्रदर्शन वाले प्लास्टिक में अपसाइकल” करने का तरीका खोजा और अपने परिणाम Journal of the American Chemical Society में “Polyalkenamers as Drop-In Additives for Ring-Opening Metathesis Polymerization: A Promising Upcycling Paradigm”1 शीर्षक से प्रकाशित किए।
परम्परागत रीसाइक्लिंग क्यों पर्याप्त नहीं है?
प्लास्टिक का पुनर्चक्रण पहले से होता है, लेकिन यह प्रक्रिया पूर्णता से बहुत दूर है। इस शोध पर काम करने वाले वैज्ञानिक इसे सटीक रूप से “पिघलाओ और सर्वोत्तम परिणाम की आशा करो” कहते हैं।
यह समस्या इसलिए है क्योंकि प्लास्टिक पुनर्चक्रण का हर चक्र कम मूल्य वाले पॉलिमर बनाता है और परिणामी उत्पाद की मजबूती, रंग तथा टिकाऊपन घट जाता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि अनियंत्रित पिघलाव प्लास्टिक की पॉलिमर शृंखलाओं की संरचना और उनके आपसी बंधन को बदल देता है।
इसलिए मौजूदा पुनर्चक्रण तकनीक से प्लास्टिक को केवल सीमित बार दोबारा इस्तेमाल किया जा सकता है; एक बार उपयोग के बजाय कुछ पुनर्चक्रण चक्रों के बाद भी वह अंततः कचरा बन जाता है।
इसके अतिरिक्त, कुछ प्रकार के प्लास्टिक को इस विधि से वास्तव में पुनर्चक्रित नहीं किया जा सकता और वे सामान्यतः जला दिए जाते हैं या लैंडफिल में पहुँचते हैं।
वास्तव में वैश्विक प्लास्टिक उत्पादन का केवल 9% पुनर्चक्रित होता है।
स्रोत: PureCycle Technologies
रीसाइक्लिंग के बजाय अपसाइक्लिंग
“अपसाइक्लिंग” की अवधारणा यह है कि पुनर्चक्रण प्रक्रिया से प्राप्त उत्पाद मूल सामग्री से बेहतर हो।
यह केवल प्लास्टिक बनाने वाली पॉलिमर शृंखलाओं को नियंत्रित ढंग से पुनर्व्यवस्थित करके संभव है। प्लास्टिक संरचना के इस सटीक लक्षित “संपादन” के कारण शोधकर्ताओं ने नई विधि की तुलना CRISPR से की है, जो DNA और RNA शृंखलाओं को इच्छानुसार संशोधित करने की तकनीक है।
उन्होंने ऐसे अणुओं पर काम किया जिनका आज बहुत कम या बिल्कुल भी पुनर्चक्रण नहीं होता। इनमें रबर टायरों में प्रयुक्त मुलायम पॉलीब्यूटाडाइन और प्लास्टिक खिलौनों, कंप्यूटर कीबोर्ड, वेंटिलेशन पाइप, सुरक्षा हेलमेट, वाहन ट्रिम व मोल्डिंग तथा रसोई उपकरणों में इस्तेमाल होने वाला कठोर एक्रिलोनाइट्राइल ब्यूटाडाइन स्टाइरीन शामिल था।
“इस तकनीक से हम अपशिष्ट प्रवाह के एक बड़े हिस्से का समाधान कर रहे हैं। अभी लैंडफिल में जाने वाली सामग्री के द्रव्यमान और ऊर्जा को बचाकर ही इसका बहुत बड़ा प्रभाव पड़ सकता है।”
इस प्रक्रिया की “परमाणु अर्थव्यवस्था” बहुत अधिक है, यानी पुनर्चक्रण के लिए डाले गए लगभग पूरे प्लास्टिक को अंतिम उत्पाद में वापस प्राप्त कर लिया जाता है।
यह कैसे काम करता है
पुनर्चक्रित सामग्री से मजबूत प्लास्टिक पॉलिमर बनाने के लिए शोधकर्ताओं ने पहले मौजूदा प्लास्टिक में मिलाने वाला एक एडिटिव तैयार किया।
एडिटिव बनाने के लिए उन्होंने पॉलीब्यूटाडाइन और एक्रिलोनाइट्राइल ब्यूटाडाइन स्टाइरीन को टुकड़ों में काटकर डाइक्लोरोमीथेन में डुबोया। रासायनिक अभिक्रिया कम तापमान (40°C / 104°F) पर दो घंटे से भी कम समय में पूरी हुई।
अभिक्रिया के लिए उत्प्रेरक भी आवश्यक था और इसमें रुथेनियम का उपयोग किया गया। यह प्लास्टिक निर्माण में प्रसिद्ध उत्प्रेरक है और वनस्पति तेल जैसे बायोमास को ईंधन तथा अन्य उच्च-मूल्य वाले कार्बनिक यौगिकों में बदलने के लिए भी इस्तेमाल होता है।
रुथेनियम परमाणु मूलतः छोटे प्लास्टिक घटकों को “ढोकर” पॉलिमर तक पहुँचाते हैं और उनकी शृंखलाओं को लंबा बनाते हैं।
“मेटाथेसिस” प्रक्रिया रासायनिक अभिक्रियाओं की संभावना बढ़ाने के लिए कार्बन परमाणुओं के बीच मजबूत दोहरे बंधनों का उपयोग करती है।
विधि का एक भाग, जिसे रिंग-ओपनिंग मेटाथेसिस पॉलिमराइजेशन कहा जाता है, वृत्ताकार कार्बन अणुओं को खोलकर उपयोगी लंबे पॉलिमर में बदलता है। दूसरा भाग, क्रॉस-मेटाथेसिस, एक पॉलिमर शृंखला से पॉलिमर उप-इकाइयों की शृंखलाएँ दूसरी शृंखला में जोड़ता है।
स्रोत: Sigma Aldrich
यह एक सहयोगात्मक परियोजना थी: कुछ शोधकर्ताओं ने पॉलिमराइजेशन को अनुकूलित किया, कुछ ने NMR (न्यूक्लियर मैग्नेटिक रेज़ोनेंस) स्पेक्ट्रोस्कोपी से अभिक्रियाओं का वास्तविक समय में विश्लेषण किया और अन्य ने अंतिम सामग्री के यांत्रिक तथा तापीय गुणों की जाँच की।
मजबूत परिणाम
ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी के वैज्ञानिकों ने दिखाया कि पारंपरिक पुनर्चक्रण की तुलना में कम ऊर्जा उपयोग और कम उत्सर्जन वाली यह प्रक्रिया पॉलिमर की गुणवत्ता से समझौता किए बिना अपशिष्ट सामग्री को प्रभावी ढंग से समाहित करती है।
परिणामी अपसाइकल प्लास्टिक ने मजबूत तापीय और यांत्रिक प्रदर्शन दिखाया, जिससे वह मूल सामग्री से बेहतर और पारंपरिक विधि से पुनर्चक्रित प्लास्टिक से कहीं श्रेष्ठ बना।
प्लास्टिक अपसाइक्लिंग में अगले कदम
सभी प्लास्टिक का अपसाइक्लिंग
कुछ प्लास्टिक पर प्रदर्शित यह विधि अन्य सभी प्लास्टिक तक विस्तारित की जा सकती है। अधिक पर्यावरण-अनुकूल सॉल्वेंट भी एक सुधार हो सकते हैं।
“हमारी परिकल्पना है कि इस अवधारणा को किसी भी ऐसे पॉलिमर तक बढ़ाया जा सकता है जिसकी मुख्य शृंखला में अभिक्रिया करने वाला कोई कार्यात्मक समूह हो।
यदि इसे बड़े स्तर पर अपनाया जाए और अन्य एडिटिव तक विस्तारित किया जाए, तो कचरे की व्यापक श्रेणियों से आणविक निर्माण खंड निकाले जा सकते हैं, जिससे अन्य कठिन-प्रसंस्करण प्लास्टिक का पर्यावरणीय प्रभाव नाटकीय रूप से घटेगा।”
प्रक्रिया के अर्थशास्त्र का विस्तृत आकलन अभी आवश्यक है, लेकिन कम तापमान, छोटी अभिक्रिया अवधि और व्यापक रूप से इस्तेमाल होने वाले उत्प्रेरक के कारण लागत व्यावहारिक रहने की संभावना है।
प्लास्टिक से परे
इस विधि का उपयोग प्लास्टिक पर किया गया, लेकिन इसे अन्य रसायनों पर भी लागू किया जा सकता है।
शोधकर्ता इसे थर्मोसेट नामक पॉलिमर वर्ग के लिए विशेष रूप से आशाजनक मानते हैं। इसमें एपॉक्सी रेज़िन, वल्केनाइज्ड रबर, पॉलीयूरीथेन और सिलिकॉन शामिल हैं।
थर्मोसेट सामग्री जम जाने के बाद दोबारा पिघलाई या नया आकार नहीं दी जा सकती, जिससे उसका पुनर्चक्रण चुनौतीपूर्ण होता है।
यहाँ विकसित अपसाइक्लिंग विधि प्लास्टिक की क्रॉस-लिंक्ड आणविक संरचना पर काम करती है और इसी संरचना वाली थर्मोसेट सामग्री पर भी लागू की जा सकती है।
चूँकि पुनः पॉलिमराइजेशन प्रक्रिया को अत्यधिक अनुकूलित किया जा सकता है, अंतिम अपसाइकल उत्पाद मूल सामग्री से बेहतर हो सकता है। उदाहरण के लिए, अपसाइकल सामग्री मूल पॉलिमर से अधिक मुलायम और खिंचावदार हो सकती है, या उसे आकार देकर टिकाऊ थर्मोसेट उत्पाद के रूप में कठोर करना आसान हो सकता है।
निष्कर्ष
अपसाइक्लिंग प्लास्टिक पुनर्चक्रण की दर बढ़ाने का आशाजनक विकल्प है, क्योंकि यह वह आर्थिक प्रोत्साहन दे सकती है जो अब तक दुनिया के 10% से अधिक प्लास्टिक को पुनर्चक्रित करने के लिए मौजूद नहीं था।
प्लास्टिक का उपयोग घटाना, माइक्रोप्लास्टिक हटाना, बायोप्लास्टिक विकसित करना (देखें “शीर्ष 5 बायोप्लास्टिक कंपनियाँ”) और निम्न-गुणवत्ता पुनर्चक्रण के बजाय अपसाइक्लिंग अपनाना—ये सभी प्लास्टिक प्रदूषण के समाधान का हिस्सा होंगे।
साथ मिलकर ये उपाय ऐसी चक्रीय अर्थव्यवस्था विकसित करने में अहम भूमिका निभाएँगे जो संसाधनों का कहीं अधिक कुशल उपयोग करे और बहुत कम प्रदूषण फैलाए।
रीसाइक्लिंग कंपनी
PureCycle Technologies
PCT मूल्य चार्ट
PureCycle पॉलीप्रोपाइलीन (PP) पर केंद्रित प्लास्टिक पुनर्चक्रण कंपनी है, जो अपशिष्ट PP को अति-शुद्ध पुनर्चक्रित PP रेज़िन में बदलती है।
कंपनी ने तैयार उत्पादों के अपशिष्ट PP से पॉलीएथिलीन, ठोस सामग्री, पिगमेंट और दूषित पदार्थ जैसे सभी मिलाए गए घटकों को “साफ” करने की स्वामित्व वाली प्रक्रिया विकसित की है।
स्रोत: PureCycle Technologies
यह निष्कर्षण प्रक्रिया आम यांत्रिक निस्पंदन प्रणाली से अलग है, जो उच्च-गुणवत्ता वाला कच्चा माल इस्तेमाल करने पर भी अधिकांश औद्योगिक उपयोगों के लिए बहुत निम्न-गुणवत्ता का PP बनाती है।
रासायनिक पुनर्चक्रण एक अन्य विकल्प है, लेकिन यह पर्यावरण-अनुकूल नहीं है और लागत की दृष्टि से भी कुशल नहीं है।
स्रोत: PureCycle Technologies
PureCycle का अंतिम उत्पाद खाद्य भंडारण, गर्म या पाश्चुरीकृत कंटेनर और जमे हुए खाद्य पदार्थों के भंडारण सहित कई सामान्य PP उपयोगों के लिए FDA से स्वीकृत है। भविष्य के उत्पादों में फाइबर, फिल्म पैकेजिंग, पैकेजिंग के लिए इंजेक्शन मोल्डिंग और वाहन प्लास्टिक शामिल होने चाहिए।
अपशिष्ट प्लास्टिक के पुनर्चक्रण के साथ यह प्रक्रिया अधिक ऊर्जा-कुशल भी है: “वर्जिन PP” की तुलना में ऊर्जा खपत 79% कम और ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन 35% कम है।
कंपनी अपनी पुनर्चक्रण प्रक्रिया लागू करने के लिए Ironton पेलेट उत्पादन सुविधा बना रही है, जहाँ पहला उत्पादन जून 2023 में हुआ था।
यह उत्तरी अमेरिका और यूरोप में अन्य सुविधाएँ भी बना रही है तथा SK geo centric के साथ संयुक्त उद्यम द्वारा बाद में जापान और दक्षिण कोरिया में विस्तार की योजना है। लक्ष्य 2027 तक वार्षिक पुनर्चक्रण क्षमता 63 करोड़ पाउंड तक पहुँचाना है।
स्रोत: PureCycle Technologies
Ironton सुविधा का पेलेट उत्पादन 2024 की तीसरी तिमाही में 35 लाख पाउंड तक पहुँचा, जो पिछली तिमाही का तीन गुना था; साथ ही उत्पाद की गुणवत्ता भी बेहतर हुई।
कुल मिलाकर PureCycle प्लास्टिक पुनर्चक्रण तकनीक में सुधार पर निवेश का अच्छा विकल्प है और उसके पास पुरानी पुनर्चक्रण तकनीक से हटकर नई तकनीक को क्रमशः लागू करने का अनुभव भी है।
अध्ययन संदर्भ:
1. जेफ्री सी. फोस्टर एवं अन्य (2024), Polyalkenamers as Drop-In Additives for Ring-Opening Metathesis Polymerization: A Promising Upcycling Paradigm. Journal of the American Chemical Society 2024 146 (48), 33084-33092 DOI: 10.1021/jacs.4c10588
