प्लास्टिक का पुन: उपयोग लेज़र की मदद से आसान हो गया

दुनिया में बढ़ते प्रदूषण के कारण सस्ती और प्रभावी पुनर्चक्रण विधियों की आवश्यकता बढ़ रही है। अनेक प्रकार के प्लास्टिक पर्यावरण में बहुत धीरे टूटते हैं और जमा होते रहते हैं। 2024 में प्रकाशित एक अध्ययन में शोधकर्ताओं ने लेज़र और द्वि-आयामी पदार्थों की मदद से कुछ कार्बनिक यौगिकों को प्रकाशमान कार्बन डॉट्स में बदलने का तरीका दिखाया। यह प्रयोगशाला का शोध है, सभी प्लास्टिक कचरे के लिए तैयार औद्योगिक समाधान नहीं।

प्लास्टिक प्रदूषण

प्लास्टिक कचरे के प्रबंधन के लिए अधिक टिकाऊ समाधान चाहिए। कई प्लास्टिक लैंडफ़िल और पर्यावरण में लंबे समय तक बने रहते हैं तथा छोटे कणों में टूट सकते हैं। ये कण पानी, जीवों और खाद्य शृंखलाओं में भी पाए जाते हैं।

प्लास्टिक पुन: उपयोग अध्ययन

शोधकर्ताओं ने ठोस सतह पर मौजूद कार्बनिक अणुओं में रासायनिक परिवर्तन कराने के लिए लेज़र प्रकाश का उपयोग किया। C–H सक्रियण की सहायता से उन्होंने प्रकाशमान कार्बन डॉट्स बनाए। इन छोटे कार्बन-आधारित कणों के संभावित प्रकाशीय उपयोग हैं। इससे पुन: उपयोग की नई विधियों पर शोध में मदद मिल सकती है।

शोधकर्ताओं ने मॉडल पदार्थ के रूप में सेटिलट्राइमिथाइलअमोनियम क्लोराइड (CTAC) चुना। यह लंबी कार्बन शृंखला वाला पृष्ठ-सक्रिय पदार्थ है, जिसका उपयोग नैनोमैटेरियल्स से जुड़े काम में भी होता है। CTAC सामान्य प्लास्टिक नहीं है, इसलिए इसके परिणामों को सभी प्लास्टिक कचरे पर सीधे लागू नहीं किया जा सकता।

C-H सक्रियण

C–H सक्रियण में कार्बनिक अणुओं के कार्बन-हाइड्रोजन बंधों को रासायनिक परिवर्तन में शामिल किया जाता है। नियंत्रित सक्रियण से नए बंध और नई संरचनाएँ बनाई जा सकती हैं। इस अध्ययन में इसका उपयोग कार्बन डॉट्स बनाने के लिए किया गया।
इस प्रयोग में कम शक्ति वाले लेज़र और द्वि-आयामी पदार्थ ने मिलकर कार्बनिक यौगिकों के परिवर्तन को बढ़ावा दिया। शोधकर्ताओं ने लंबी शृंखला वाले क्वाटरनरी अमोनियम पृष्ठ-सक्रिय पदार्थों सहित कुछ यौगिकों का अध्ययन किया। सामान्य C–H सक्रियण केवल इस लेज़र विधि तक सीमित नहीं है।

कार्बन-आधारित नैनोमैटेरियल्स

कार्बन-आधारित नैनोमैटेरियल्स में उपयोगी प्रकाशीय और इलेक्ट्रॉनिक गुण हो सकते हैं। कार्बन डॉट्स के सेंसर, प्रकाशमान पदार्थ और अन्य उपकरणों में उपयोग की जाँच की जाती है। इस अध्ययन से यह सिद्ध नहीं होता कि बने हुए कण सभी कंप्यूटर चिप या मेमोरी उपकरणों के लिए सीधे तैयार हैं।

घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत (DFT) गणनाएँ

शोधकर्ताओं ने प्रक्रिया समझने के लिए घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत (DFT) की गणनाएँ कीं। VASP और Kohn–Sham अवस्थाओं के समतल-तरंग आधार की मदद से उन्होंने ऑक्सीकरण और दोषों का हाइड्रोजन अधिशोषण तथा C–H सक्रियण पर प्रभाव जाँचा। ये गणनाएँ प्रयोगों की सहायता करती हैं, हर प्रयोग का स्थान नहीं लेतीं।

परीक्षण चरण

प्रयोग में CTAC को टंगस्टन डाइसेलेनाइड (WSe2) की एकल परत के संपर्क में रखा गया। संक्रमण-धातु डाइकैल्कोजेनाइड वर्ग के इस पदार्थ को रासायनिक वाष्प निक्षेपण से बनाया गया था। लगभग 0.2–5 mW शक्ति वाले सतत लेज़र से प्रकाश डालने पर रासायनिक परिवर्तन संभव हुआ।
प्रकाश के प्रभाव में WSe2 ने C–H बंधों के सक्रियण में सहायता की। इससे C=C बंधों और प्रकाशमान कार्बन संरचनाओं का निर्माण हुआ। द्वि-आयामी पदार्थ अभिक्रिया को प्रभावित करता है; मूल विवरण में संगमरमर जैसे कार्बन अणुओं का उल्लेख त्रुटिपूर्ण था।

परिवर्तनों की निगरानी

शोधकर्ताओं ने Nikon TiE उल्टे माइक्रोस्कोप और 100× तेल-आवेशन ऑब्जेक्टिव का उपयोग किया। अवलोकन के लिए 12 V, 100 W हैलोजन स्रोत और 1.20–1.43 संख्यात्मक एपर्चर वाला डार्क-फ़ील्ड कंडेंसर भी शामिल था।
प्रकाशीय परीक्षणों में सतत लेज़र इस्तेमाल किए गए, जिनमें 660 nm तरंगदैर्ध्य वाला लेज़र भी शामिल था। Thorlabs GBE05-A बीम एक्सपैंडर और माइक्रोस्कोप की सहायता से प्रकाश को नमूने पर निर्देशित किया गया। बीम फैलाना अपने आप पूरी अभिक्रिया की ऊर्जा दक्षता बढ़ने का प्रमाण नहीं है।

परिणाम एक हरित भविष्य के लिए आशा दिखाते हैं

टीम ने लंबी शृंखला वाले क्वाटरनरी अमोनियम पृष्ठ-सक्रिय पदार्थ CTAC (C19H42ClN) को WSe2 की एकल परत पर प्रकाशमान कार्बन डॉट्स में बदला। परिवर्तन को स्थान के अनुसार नियंत्रित किया जा सकता था। यह आशाजनक प्रयोगशाला परिणाम है; बड़े पैमाने पर प्लास्टिक कचरे के तत्काल प्रसंस्करण का प्रमाण नहीं।
रासायनिक बदलावों की जाँच के लिए नैनो-स्तरीय फ़ूरियर ट्रांसफ़ॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (nano-FTIR) का उपयोग किया गया। लगभग 1660 cm−1 का अवशोषण बैंड C=C बंधों की उपस्थिति के समर्थन में था। Raman स्पेक्ट्रोस्कोपी और मैपिंग से भी संरचनाओं की पहचान की गई। अवशोषण बैंड स्वयं बंधों की दक्षता बढ़ाने वाला कारक नहीं है।

लाभ

कार्बनिक अपशिष्ट को उपयोगी पदार्थों में बदलना चक्रीय अर्थव्यवस्था में योगदान दे सकता है। इस विशेष प्रक्रिया के वास्तविक पर्यावरणीय लाभ उसके विस्तार, कुल ऊर्जा उपयोग, आवश्यक पदार्थों और अंतिम उत्पाद के उपयोग पर निर्भर करेंगे।

अधिक कुशल

कम लेज़र शक्ति का उपयोग इस विधि को आगे के शोध के लिए रोचक बनाता है। फिर भी पूरे तंत्र की दक्षता और लागत की तुलना किए बिना इसे हर मौजूदा पुनर्चक्रण विधि से बेहतर नहीं कहा जा सकता। बड़े पैमाने के परीक्षण आवश्यक हैं।

लचीला

इस दृष्टिकोण का उपयोग लंबी कार्बन शृंखला वाले विभिन्न यौगिकों के लिए संभव हो सकता है। शोधकर्ताओं ने पृष्ठ-सक्रिय पदार्थों और पॉलीएथिलीन सहित कुछ उदाहरणों पर चर्चा की। मिश्रित कचरे और औद्योगिक प्रसंस्करण के लिए इसकी उपयुक्तता अलग से जाँचनी होगी।

शोधकर्ता

Jingang Li अध्ययन के लेखकों में शामिल थे। University of California, Tohoku University, Lawrence Berkeley National Laboratory, Pennsylvania State University और Baylor University जैसे संस्थानों के वैज्ञानिकों ने सहयोग किया। वित्तपोषकों में अमेरिकी, चीनी और जापानी अनुसंधान संगठन तथा Hirose Foundation शामिल थे।

अनुप्रयोग

संभावित अनुप्रयोगों में प्रकाशमान पदार्थ, कार्बनिक रसायन और कुछ जैविक अपशिष्टों का प्रसंस्करण शामिल हैं। कार्बन डॉट्स के उपयोगी गुण हो सकते हैं, लेकिन वाणिज्यिक उपयोग और कचरे में वास्तविक कमी आगे के विकास पर निर्भर हैं।

इस अध्ययन से लाभान्वित हो सकने वाली कंपनियां

कचरा प्रबंधन और पुनर्चक्रण कंपनियाँ भविष्य में नई परिवर्तन विधियों से लाभ उठा सकती हैं। नीचे दिए गए नाम संभावित हितधारकों के उदाहरण हैं; अध्ययन ने उनके द्वारा इस तकनीक को अपनाने की पुष्टि नहीं की है।

1. Waste Management

WM मूल्य चार्ट

Waste Management (WM ), जिसे WM भी कहा जाता है, कचरा संग्रह, प्रसंस्करण और पुनर्चक्रण की बड़ी प्रदाता है। कंपनी का मुख्यालय टेक्सस में है। उसकी मौजूदा गतिविधियाँ इस नई लेज़र विधि के उपयोग की पुष्टि नहीं करतीं।

Waste Management ने 2023 में 20.426 अरब अमेरिकी डॉलर का राजस्व दर्ज किया। कंपनी पुनर्चक्रण और लैंडफ़िल गैस के उपयोग जैसे क्षेत्रों में भी काम करती है। उसके आकार को नई शोध-विधि के व्यावसायिक रूप से सफल हो जाने का प्रमाण नहीं मानना चाहिए।

WM लैंडफ़िल गैस से ऊर्जा और ईंधन बनाने की गतिविधियों में शामिल है। मूल अनुच्छेद में Waste Connections का संकेत WCN और ऐतिहासिक प्रतिफल मिला दिए गए थे। इसलिए उन प्रतिफलों को WM का विश्वसनीय प्रदर्शन या खरीद की सिफ़ारिश नहीं माना जा सकता।

2. Waste Connections

WCN मूल्य चार्ट

Waste Connections (WCN ) की स्थापना 1997 में हुई थी। यह उत्तरी अमेरिका में कचरा संग्रह, स्थानांतरण, प्रसंस्करण और पुनर्चक्रण सेवाएँ देती है। इसका सही नाम Waste Connections है, Waste Collections नहीं। अमेरिका और कनाडा दोनों में इसकी महत्वपूर्ण गतिविधियाँ हैं।

तकनीकी और आर्थिक रूप से उपयुक्त साबित होने पर Waste Connections नई पुनर्चक्रण विधियों की जाँच कर सकती है। कार्बन डॉट्स का उत्पादन और बिक्री यहाँ केवल एक संभावित उपयोग है, कंपनी द्वारा घोषित गतिविधि या सुनिश्चित अतिरिक्त राजस्व नहीं।

मूल लेख में Waste Connections का बाज़ार मूल्य लगभग 46.85 अरब अमेरिकी डॉलर बताया गया है। यह समय-विशिष्ट ऐतिहासिक आँकड़ा है। कंपनी की स्थिति और अधिग्रहण उसके शेयर को जोखिम-मुक्त या निश्चित लाभ देने वाला नहीं बनाते।

आंकड़े एक अंधेरा चित्र पेश करते हैं

1950 के दशक से प्लास्टिक का उपयोग बहुत बढ़ा है और उसका बड़ा हिस्सा अंततः कचरा बन गया है। कुल उत्पादन, बनने वाला कचरा और पर्यावरण में रिसाव अलग-अलग माप हैं। मूल लेख के 20 लाख और 7 अरब टन के आँकड़ों को एक ही वार्षिक प्रवाह की तरह नहीं पढ़ना चाहिए।
एक बार इस्तेमाल होने वाली पैकेजिंग प्लास्टिक कचरे का महत्वपूर्ण स्रोत है। उसका सटीक हिस्सा देश, वर्ष और परिभाषा के अनुसार बदलता है। अतिरिक्त उपाय न होने पर प्रदूषण बढ़ सकता है, जिससे पारिस्थितिक तंत्र और संभावित रूप से स्वास्थ्य को जोखिम होता है।

समुद्र पीड़ित हैं

महासागर इन प्रदूषकों से विशेष रूप से प्रभावित होते हैं। UNEP ने 2021 में अनुमान लगाया था कि समुद्रों में लगभग 7.5–19.9 करोड़ टन प्लास्टिक मौजूद था। यह जमा हुई मात्रा है, हर वर्ष पहुँचने वाले 75–99 टन का आँकड़ा नहीं। इसमें सालाना लाखों टन और जुड़ते हैं। स्रोत पर प्रदूषण घटाना और बेहतर कचरा प्रबंधन आवश्यक हैं।

वैश्विक स्तर पर सबसे बड़े प्रदूषक

हर देश में प्लास्टिक कचरे की मात्रा अलग होती है और जनसंख्या, खपत तथा उत्पादन से प्रभावित होती है। मूल लेख की 2023 की सटीक रैंकिंग के लिए स्पष्ट और सत्यापनीय परिभाषा नहीं दी गई है। कुल कचरा उत्पादन को समुद्र या पर्यावरण में पहुँचने वाले प्लास्टिक के बराबर नहीं मानना चाहिए।

टीम का सहयोग

दुनिया भर में टीमें प्लास्टिक कचरे को उपयोगी पदार्थों में बदलने के तरीके खोज रही हैं। एक अन्य अध्ययन में पॉलीस्टाइरीन फ़ोम के कचरे को इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी पदार्थ में बदलने की जाँच की गई। यहाँ भी प्रयोगशाला प्रदर्शन और सस्ती, बड़े पैमाने की प्रक्रिया में अंतर है। धीमा विघटन और वन्यजीवों को जोखिम इस कचरे को महत्वपूर्ण समस्या बनाते हैं।

नियम

नियम भी एक बार इस्तेमाल होने वाले प्लास्टिक को प्रभावित करते हैं। New South Wales, Victoria और Queensland सहित ऑस्ट्रेलियाई राज्यों ने अलग-अलग समय पर कुछ उत्पादों पर प्रतिबंध लगाए; 2023 में एक साथ सभी एकल-उपयोग प्लास्टिक पर प्रतिबंध नहीं लगा था। California ने भी पैकेजिंग और उत्पादक की जिम्मेदारी से जुड़े उपाय अपनाए हैं।

प्लास्टिक कचरे का पुन: उपयोग और दुनिया को सुरक्षित बनाना

कुछ कार्बनिक अपशिष्टों को उपयोगी कार्बन डॉट्स में बदलना शोध की एक रोचक दिशा है। पुनर्चक्रण पर इसका वास्तविक प्रभाव आगे के विकास और बड़े पैमाने पर उपयोग पर निर्भर करेगा। अध्ययन आशा देता है, लेकिन अभी लाखों जीवन बचाने या प्लास्टिक प्रदूषण हल कर देने का प्रमाण नहीं है।

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