شهریار تبریز/آذر کریم‌زاه: این راهکار هدفی است که پروژه افزایش چرخه زباله‌های پلاستیکی با محدودیت دی‌اکسیدکربن (PLUCO) دنبال می‌کند که به تازگی کمک مالی یک میلیون یورویی از صندوق تحقیقات فرانسه AXA به مدت ۵ سال دریافت کرده است. این پروژه توسط پروفسور الیویه کولامبیه، محقق ارشد در آزمایشگاه مواد پلیمری و کامپوزیت‌های دانشگاه مونس هدایت می‌شود.
بازیافت مکانیکی روش ایده‌آلی نیست
در سال ۲۰۱۸، در اروپا، حدود ۱۸ میلیون تن پلاستیک مستعمل جهت استفاده مجدد جمع آوری شد. از این مقدار، تقریباً ۱۹ درصد روانه محل دفن زباله شده و نزدیک به ۴۰ درصد سوزانده شدند که انرژی تولید شده از آن را بازیافت کردند و ۴۲ درصد به صنعت پلاستیک بازیافتی پیوستند. بازیافت یا به روش پیرولیز یا بازیافت مکانیکی انجام می‌شود. پیرولیز شامل گرم کردن پلاستیک تا دمای بالا به منظور شکستن درشت‌ملکول‌های تشکیل دهنده آن به مولکول‌های کوچک‌تر است که سپس بازیابی شده و احتمالاً خالص می‌شوند تا به طور خاص به عنوان سوخت مصنوعی استفاده شوند.
در مورد بازیافت مکانیکی، این روند شامل تفکیک پلاستیک‌ها بر اساس ماده اولیه و شستن آنها قبل از حرارت دادن برای ذوب کردنشان (در دمای پایین تر از تجزیه در اثر پیرولیز) است. سپس، پلاستیک مذاب به شکل جدیدی قالب‌گیری می‌شود یا مجدداً به ماتریس جدیدی از پلیمرها تزریق می‌شود، بنابراین پلاستیکی شکل می‌گیرد که تا حدی از مواد بازیافتی تشکیل شده است.
پروفسور کولامبیه اینگونه توضیح می‌دهد که "بازیافت مکانیکی در عین ساده و مقرون‌به صرفه بودن، جالب تر از پیرولیز است. اما بایستی این نکته را لحاظ کرد که حرارت دادن پلاستیک‌ها و ذوب شدن آنها منجر به تخریب پلیمر می‌شود که بر ویژگی‌های نهایی مواد تاثیر می‌گذارد. بنابراین پس از قرار دادن پلاستیک در چند بار حرارت دادن، این نوع بازیافت تمام می‌شود و دیگر قابل استفاده نیست. علاوه بر این، ۲ تن پلاستیک بازیافتی از طریق روش مکانیکی، یک تن دی اکسیدکربن را در اتمسفر آزاد می‌کند که به هیچ وجه ایده‌آل نیست".
کاتالیز آلی در شرایط عالی
با توجه به اینکه که مسئله مد نظر شامل ایجاد یک مسیر بازیافت با کمترین ردپای کربن ممکن یا حتی ردپای کربن صفر است، پس در واقع، پروژه PLUCO جایگزینی برای روش‌های بازیافت کلاسیک محسوب می‌شود. در این فرایند، انتشار دی اکسیدکربن در پایان اجرا کمتر از مقدار دی اکسیدکربن استفاده شده در شروع فرآیند بازیافت است. جهت کسب این نتیجه، دانشمندان فرآیند بازیافتی را متصور می‌شوند که دی اکسیدکربن را در یک پلاستیک با عمر طولانی ذخیره می‌کند.
این تیم ابتدا روی تبدیل دی‌اکسید کربن به مولکول‌هایی کار خواهد کرد که می‌توانند بعداً در فرآیند بازیافت مورد استفاده قرار گیرند. به عبارت دقیق‌تر، دی‌اکسید کربن در یک واکنش ساده و یک مرحله‌ای که مدت‌هاست شناخته شده است، به سدیم کربنات تبدیل می‌شود. اما در حالی که این امر به طور کلی در حضور کاتالیزورهای فلزی سمی و فشارها و دماهای بالا انجام می‌شود، با استفاده از پروژه PLUCO که از تخصص آزمایشگاه مواد پلیمری و کامپوزیت‌های UMons در این زمینه برخوردار است، می‌توان در دما و فشار محیط از مولکول‌های کوچک آلی غیرسمی به عنوان کاتالیزور استفاده کرد. این کاتالیز آلی، تولید سریع و کارآمد سدیم کربنات مختلف را ممکن می‌سازد که زمینه کافی برای رقابت دارد. این سدیم های کربناته با ساختار مولکولی متفاوت در مرحله دوم فرآیند بازیافت پلاستیک مورد استفاده قرار خواهند گرفت.
ترموپلاستیک‌های بهسازی شده
مواد مورد استفاده در پروژه PLUCO پلی‌اولفین های تجزیه‌ناپذیر پلاستیکی هستند که از مهم ترین مواد برای آلودگی محیط زیست محسوب می شوند. اینها را ترموپلاستیک می نامند که به ویژه شامل پلی‌پروپیلن و پلی‌اتیلن، دو ترکیب بسیار محبوب به دلیل تنوع کاربردهای گسترده آنها هستند.
روش‌های کلاسیک پردازش و بازیافت به ناچار منجر به تخریب زنجیره‌های هیدروکربنی طولانی می‌شود که در نهایت محصول نهایی به‌دست‌آمده را تضعیف می‌کند. این پروژه قصد دارد یک روش تبدیل ملایم‌تری را ایجاد کند تا بتواند ساختار آنها را حفظ کرده و نقاط ثابت را به این ماکرومولکول‌ها اضافه نماید که در این نقاط ثابت، سدیم های کربناتی تولید شده در مرحله اول به هم متصل می‌شوند.
پروفسور کولمبیه چنین تحلیل می‌کند که " ما با شرایطی همچون مصرف کم انرژی، تخریب‌ناپذیری، مناسب بودن پیوند بین کربن و هیدروژن و قابلیت تحمل مواد افزودنی و رنگ های موجود در پلاستیک برای تبدیل و بازیافت کار خواهیم کرد. در واقع، در دماهای بالای پیرولیز (۳۰۰ تا ۴۵۰ درجه سانتیگراد) و بازیافت مکانیکی (۱۵۰ تا ۲۵۰ درجه سانتیگراد)، مواد افزودنی و رنگها می توانند تجزیه پلاستیک را تسهیل کنند. برای جلوگیری از این تخریب و در نتیجه حفظ خواص ذاتی مواد، می خواهیم در دمای پایین‌تری کار کنیم. به لطف کاتالیز آلی، ما باید قادر به انجام این کار باشیم". پس از افزودن مقدار متفاوت سدیم کربنات، زباله‌های پلاستیکی بازیافت شده با عملکردهای جدیدی از خواص شیمیایی ناشناخته، به وجود می‌آیند که به نوبه خود زمینه تحقیقاتی جدیدی برای محققان خواهند بود.
امید به مصالح ساختمانی پایدار
چه ماده‌ای را محققان قصد دارند بر اساس ترموپلاستیک طراحی کنند؟ آنچه که فوق‌العاده بوده و به کاهش تغییرات آب و هوایی کمک می‌کند، مصالح ساختمانی است. در واقع، با این روش محبوس کردن دی اکسیدکربن در مخازن، تخمین زده می شود که یک میلیون سال طول کشد تا این گاز سمی به جو بازگردد! برای مقایسه، دی‌اکسید کربن تبدیل شده به سوخت مصنوعی تنها یک سال پس از استخراج در هوا آزاد می‌شود.
______________________________________________
منبع:
نظرات