हमारी पेट्रोलियम निर्भरता केवल इलेक्ट्रिक वाहनों के माध्यम से ही नहीं, बल्कि सतत प्लास्टिक्स के द्वारा भी घट सकती है

फसलों का उपयोग करके सतत प्लास्टिक्स का उत्पादन

जब हम तेल के बारे में सोचते हैं, तो हमारा मुख्य विचार कारों, जहाज़ों और विमानों के लिए ईंधन होता है। लेकिन पेट्रोकेमिकल्स, जिनमें से बड़ी मात्रा प्लास्टिक या प्लास्टिक बनाने के घटक हैं, वैश्विक तेल की मांग का 12% प्रतिनिधित्व करते हैं।

जबकि तेल की खपत को अक्सर कार्बन उत्सर्जन के कारण प्रदूषक माना जाता है, माइक्रोप्लास्टिक भी एक बढ़ती चिंता है। तेल से प्लास्टिक उत्पादन कार्बन और माइक्रोप्लास्टिक दोनों के उत्सर्जन में योगदान देता है।

इसलिए, यह अच्छी खबर है कि अब अधिक सतत प्लास्टिक सामग्री क्षितिज पर हैं।

स्विट्ज़रलैंड के Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL), पश्चिमी स्विट्ज़रलैंड के University of Applied Sciences and Arts, और यूनिवर्सिटी ऑफ़ मैनचेस्टर के शोधकर्ताओं ने कृषि अपशिष्ट से सतत प्लास्टिक के स्रोत का विकास किया है।

और अधिक सटीक रूप से, उन्होंने कृषि अपशिष्ट से प्राप्त शुगर कोर का उपयोग करके सतत पॉलीऐमाइड्स बनाए।

पॉलीऐमाइड्स क्यों?

कई प्लास्टिक उत्पाद, जैसे नायलॉन, जो पॉलीऐमाइड्स की एक उपश्रेणी है, बहुत टिकाऊ होने चाहिए। इसके लिए, वे एक विशिष्ट रासायनिक संरचना जिसे एरोमैटिक ग्रुप कहा जाता है, पर निर्भर करते हैं।

ये एरोमैटिक ग्रुप प्लास्टिक को कठोरता, शक्ति और उच्च तापमान प्रतिरोध प्रदान करते हैं। हालांकि, यही अक्सर प्लास्टिक को गैर-जैविकीय और पर्यावरण के लिए विषाक्त बनाते हैं।

स्रोत: Master Organic Chemistry

एक पॉलीऐमाइड जो एरोमैटिक यौगिक के बजाय जैविक शुगर का उपयोग करता है, वह बहुत कम विषाक्त होगा। EPFL के पॉलीऐमाइड द्वारा इस शुगर का उपयोग, जो कृषि अपशिष्ट से आती है, उनके खोज की सततता पहलू को और अधिक बढ़ाता है।

प्लास्टिक का एक नया प्रकार

उन्होंने एक उत्प्रेरक-रहित प्रक्रिया विकसित की जिससे डाइमिथाइल ग्लायोक्सिलेट ज़ाइलोज़, जो लकड़ी या मक्का के कोब जैसी बायोमास से सीधे बनाई गई स्थिर शुगर है, को उच्च गुणवत्ता वाले पॉलीऐमाइड्स में परिवर्तित किया जा सके। यह प्रक्रिया कई चरणों पर निर्भर करती है, जिसमें सामग्री को पहले 140°C पर और फिर 250–260 °C पर गरम किया जाता है।

स्रोत: Nature.com

यह प्रक्रिया भी उल्लेखनीय रूप से कुशल थी, 97% एटम दक्षता के साथ, जिसका अर्थ है कि लगभग सभी प्रारंभिक सामग्री को पॉलीऐमाइड्स में परिवर्तित किया गया।

उत्पन्न सामग्री का रासायनिक और भौतिक गुणों की जांच के लिए परीक्षण किया गया।

यह साबित हुआ कि यह पारंपरिक जीवाश्म ईंधन-आधारित पॉलीऐमाइड्स की तुलना में समान या अधिक ताप प्रतिरोधी है। यह टिकाऊपन और यांत्रिक प्रतिरोध (टेंसल स्ट्रेंथ) में भी अच्छा प्रदर्शन करता है।

स्रोत: Nature.com

और एक सीमा पाई कि सामग्री बड़ी मात्रा में पानी के संपर्क में संवेदनशील हो सकती है, इसलिए इसे डुबोया नहीं जा सकता। यह ऑक्सीजन और पानी के प्रति बहुत पारगम्य भी हो सकती है, जिससे पतली खाद्य पैकेजिंग में उपयोग नहीं हो पाएगा। महत्वपूर्ण बात यह है कि कई संभावित अनुप्रयोग अभी भी मौजूद हैं।

औद्योगिक उपयोग के लिए तैयार सतत प्लास्टिक्स

उपयोगिता

एक और कारक जिसे ध्यान में रखना चाहिए वह है “प्रोसेसबिलिटी।” अर्थात कच्चे प्लास्टिक बेस घटकों को उपयोगी सामग्री में बदलने की आसानी।

शोधकर्ताओं ने दिखाया कि उनका नया पदार्थ पिस्टन इंजेक्शन मोल्डिंग और हाई-शियर टविन-स्क्रू एक्सट्रूज़न के लिए उपयोग किया जा सकता है, जो दोनों प्लास्टिक को आकार देने के सामान्य तरीके हैं।

स्रोत: EPFL

उन्होंने इसके गुणों को 3D प्रिंटिंग के लिए भी परीक्षण किया, उच्च तापमान सेटिंग्स का उपयोग करके सफलतापूर्वक एक iPhone 11 केस बनाया।

स्रोत: EPFL

रीसाइक्लिंग

एक और परीक्षण नया पॉलीऐमाइड सामग्री की रीसाइक्लिंग संभावनाओं की जांच करने के लिए किया गया। उन्होंने प्लास्टिक को हाई-शियर टविन-स्क्रू एक्सट्रूज़न के माध्यम से 3 बार पुनः उपयोग किया।

तीन चक्रों में टेंसल गुण लगभग समान रहे।

प्रत्येक चक्र में रंगत में थोड़ा वृद्धि हुई। हालांकि, यदि आवश्यक हो, तो उत्पादन प्रक्रिया में बदलाव (डायामाइन्स की शुद्धिकरण में सुधार) द्वारा नारंगी रंग को पूरी तरह से हटाया जा सकता है, इसलिए यह बड़ी समस्या नहीं होगी।

समग्र रूप से, यांत्रिक रीसाइक्लिंग ने अच्छा प्रदर्शन दिखाया, जो मौजूदा प्लास्टिक आपूर्ति के बराबर या उससे बेहतर था।

अंत में, उन्होंने प्लास्टिक के जीवन समाप्ति विकल्प के रूप में रासायनिक रीसाइक्लिंग की संभावना की भी जांच की। यह सल्फ्यूरिक एसिड जैसे शक्तिशाली एसिड पर बहुत निर्भर था, लेकिन यह दिखाया कि इसे अंत में रसायनों के साथ पूरी तरह से रीसाइक्ल किया जा सकता है।

लागत-प्रतिस्पर्धी विकल्प

उद्योग के लिए इस प्रकार के सतत प्लास्टिक को अपनाने के लिए (बिना नियामक बदलावों के), इसे स्थापित जीवाश्म ईंधन-आधारित रसायनों के मुकाबले लागत-प्रतिस्पर्धी होना पड़ेगा।

नायलॉन 66, सबसे सामान्य पॉलीऐमाइड, की कीमत आमतौर पर $3,000-7,000 प्रति टन होती है। नए पदार्थ की कीमतें भी इसी सीमा में होंगी, भले ही स्रोत सामग्री की लागत अपेक्षाकृत अधिक मान ली जाए।

संभावतः, मक्का के कोब जैसे सस्ते स्रोतों से सामग्री का उपयोग करके इसे और भी सस्ता बनाया जा सकता है।

स्रोत: Nature.com

कीमत प्रतिस्पर्धी होने के अलावा, नया पदार्थ बाजार में मौजूदा उत्पादों की तुलना में कार्बन और ग्रीनहाउस गैसों का बहुत कम उत्सर्जक है, विशेष रूप से यदि कॉर्न कोब से ज़ाइलोज़ का उपयोग किया जाए, न कि व्यावसायिक ज़ाइलोज़ का।

सतत प्लास्टिक्स – एक आवश्यक प्रगति

इस अध्ययन में दिखाए गए नए प्रकार के बायो-प्लास्टिक्स, जीवाश्म ईंधन की खपत को कम करने के लिए आवश्यक हैं।

यह एक नया कदम दर्शाता है, जहाँ समान या बेहतर प्रदर्शन वाले नए प्रकार के प्लास्टिक अणु बनाए जाते हैं, बजाय पारंपरिक प्लास्टिक रसायनों को बायोमटेरियल स्रोत से पुनः बनाने की कोशिश के।

संभावना है कि जीवाश्म ईंधन से एरोमैटिक ग्रुप को जैविक शुगर से बदलना केवल शुरुआत है।

यह दृष्टिकोण अधिक कठिन है लेकिन यह नई प्लास्टिक आपूर्ति को भी संभव बनाता है जो पारंपरिक के मुकाबले कई लाभ दिखाती है:

• निम्न कार्बन फुटप्रिंट।
• कम प्रदूषण।
• कृषि अपशिष्ट उत्पादों का मूल्यांकन।
• लागत में संभावित कमी या बेहतर रासायनिक गुण।

EPFL टीम (और उसके अनुसंधान साझेदारों) की सफलता को बायोमटेरियल्स का उपयोग करके नई उपयोगी औद्योगिक रसायन बनाने में अन्य नवाचारों के लिए एक टेम्पलेट के रूप में उपयोग किया जाना चाहिए, न कि केवल तेल में प्रचुर मात्रा में मौजूद रासायनिक संरचनाओं का उपयोग करके मौजूदा प्लास्टिक्स को बिल्कुल दोहराने की कोशिश करना।