तापीय विबहुलकन

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तापीय विबहुलकन (टीडीपी) मुख्य रूप से तापीय साधनों द्वारा एक बहुलक को एकलक या एकलकों के मिश्रण में परिवर्तित करने की प्रक्रिया है।[1] यह उत्प्रेरित या गैर-उत्प्रेरित हो सकता है और यह अन्य प्रकार के विबहुलकन से अलग है जो रसायनों या जैविक क्रियाओं के उपयोग पर निर्भर हो सकता है। यह प्रक्रिया उत्क्रम-माप में वृद्धि के साथ जुड़ी हुई है।

अधिकांश बहुलको के लिए तापीय विबहुलकन अराजक प्रक्रिया है, जो वाष्पशील यौगिकों का मिश्रण देता है। अपशिष्ट प्रबंधन के दौरान सामग्री को इस तरह से विबहुलीकरण किया जा सकता है, जिसमें वाष्पशील घटकों को अपशिष्ट-से-ऊर्जा प्रक्रिया में कृत्रिम ईंधन के रूप में जलाया जाता है। अन्य बहुलको के लिए तापीय विबहुलकन एक एकल उत्पाद, या उत्पादों की सीमित श्रृंखला देने वाली एक आदेशित प्रक्रिया है, ये रूपान्तरण आमतौर पर अधिक मूल्यवान होते हैं और कुछ कृत्रिम पुनर्चक्रण प्रौद्योगिकीयों का आधार बनते हैं।[2]


अव्यवस्थित विबहुलीकरण

अधिकांश बहुलक सामग्रियों के लिए तापीय विबहुलकन अव्यवस्थित तरीके से आगे बढ़ता है, जिसमें वाष्पशील यौगिकों का मिश्रण देने वाले यादृच्छिक श्रृंखला विखंडन होते हैं। परिणाम बड़े पैमाने पर तापीय अपघटन के समान है, हालांकि उच्च तापमान पर गैसीकरण होता है। इन अभिक्रियाओं को अपशिष्ट प्रबंधन के दौरान देखा जा सकता है, उत्पादों को अपशिष्ट-से-ऊर्जा प्रक्रिया में कृत्रिम ईंधन के रूप में जला दिया जाता है। प्रारंभिक बहुलक को भस्म करने की तुलना में, विबहुलीकरण एक उच्च तापमान वाली सामग्री देता है जिसे अधिक कुशलता से जलाया जा सकता है और बेचा भी जा सकता है। भस्मीकरण भी हानिकारक डाइऑक्सिन और डाइऑक्सिन जैसे यौगिकों का उत्पादन कर सकता है और इसे सुरक्षित रूप से निष्पादित करने के लिए विशेष रूप से रूपांकित की गई परमाणु भट्टी और उत्सर्जन नियंत्रण प्रणालियों की आवश्यकता होती है। चूंकि विबहुलीकरण कार्य के लिए ऊष्मा की आवश्यकता होती है, यह ऊर्जा-खपत है, इस प्रकार सीधे भस्मीकरण की तुलना में ऊर्जा दक्षता का अंतिम संतुलन बहुत कम हो सकता है और आलोचना का विषय रहा है।[3]


जैव ईंधन

कई कृषि संबंधी और पशु अपशिष्टों को संसाधित किया जा सकता है, लेकिन ये अक्सर पहले से ही उर्वरक, पशु चारा के रूप में उपयोग किए जाते हैं, और कुछ स्थिति में, कागज मिल के लिए कच्चा माल या कम गुणवत्ता वाले बायलर ईंधन के रूप में उपयोग किए जाते हैं। तापीय विबहुलकन इन्हें अधिक आर्थिक रूप से बहुमूल्य सामग्रियों में रूपांतरित कर सकता है। तरल प्रौद्योगिकियों के लिए कई जैव ईंधन विकसित किए गए हैं। सामान्य तौर पर, जैवरासायन में ऑक्सीजन परमाणु होते हैं जो ताप-अपघटन के दौरान बने रहते हैं, जिससे फिनोल और फ्यूरान से भरपूर तरल उत्पाद मिलते हैं।[4] इन्हें आंशिक रूप से ऑक्सीकृत के रूप में, और निम्न-श्रेणी के ईंधन के रूप में देखा जा सकता है। जलतापीय द्रवण प्रौद्योगिकियां अधिक ऊर्जा समृद्ध उत्पाद धारा का उत्पादन करने के लिए तापीय प्रक्रमण संसाधन के दौरान जैव ईंधन को निर्जलित करती हैं।[5] इसी तरह, गैसीकरण हाइड्रोजन पैदा करता है, जो एक बहुत ही उच्च ऊर्जा वाला ईंधन है।

प्लास्टिक

कृत्रिम कचरे में ज्यादातर उपयोगी वस्तु प्लास्टिक होते हैं और नगरपालिका के कचरे से सक्रिय रूप से कचरे की छंटाई हो सकती है। मिश्रित प्लास्टिक की तापांशन गैसों और सुगंधित तरल पदार्थों सहित रासायनिक उत्पादों (लगभग 1 और 15 कार्बन परमाणुओं के बीच) का काफी व्यापक मिश्रण दे सकता है।[6] उत्प्रेरक उच्च गुण के साथ बेहतर निश्‍चित उत्पाद दे सकते हैं।[7] इसी तरह, हाइड्रोजनी भंजन को एलपीजी उत्पाद देने के लिए नियोजित किया जा सकता है।पीवीसी की उपस्थिति समस्याग्रस्त हो सकती है, क्योंकि इसके तापीय विबहुलकन से बड़ी मात्रा में हाइड्रोजन क्लोराइड उत्पन्न होता है, जो उपकरणों को खराब कर सकता है और उत्पादों के अवांछनीय क्लोरीनीकरण का कारण बन सकता है। विक्लोरीनीकरण प्रौद्योगिकी को स्थापित करके इसे या तो बाहर रखा जाना चाहिए या इसकी भरपाई की जानी चाहिए।[8] पॉलीथीन और मज़बूत किस्म का प्लास्टिक वैश्विक प्लास्टिक उत्पादन के आधे से भी कम का स्पष्टीकरण हैं और शुद्ध हाइड्रोकार्बन होने के कारण ईंधन में रूपांतरण की उच्च संभावना है।[9] प्लास्टिक को इकट्ठा करने और पृथक्करण की लागत और उत्पादित ईंधन के अपेक्षाकृत कम मूल्य के कारण प्लास्टिक-से-ईंधन प्रौद्योगिकियों ने ऐतिहासिक रूप से आर्थिक रूप मे साध्य होने के लिए संघर्ष किया है।[9]बड़े संयंत्रों को छोटे संयंत्रों की तुलना में अधिक किफायती माना जाता है,[10][11] लेकिन निर्माण के लिए अधिक निवेश की आवश्यकता होती है।

हालाँकि, दृष्टिकोण ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन में मध्यम शुद्ध कमी ला सकता है,[12] हालांकि अन्य अध्ययन इस पर विवाद करते हैं। उदाहरण के लिए, रेनॉल्ड्स द्वारा अपने हेफ्टी एनर्जीबैग योजना पर जारी 2020 के एक अध्ययन में शुद्ध ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन दिखाया गया है। अध्ययन से पता चला है कि जब सभी उद्गम से महत्वपूर्ण ऊर्जा लागतों की गणना की जाती है, तो सीमेंट भट्ठी में जलना कहीं बेहतर था। सीमेंट भट्ठी ईंधन ने +905 किग्रा CO2 समतुल्य की तुलना में -61.1 किग्रा CO2 समतुल्य समंकित किया। लैंडफिल अपचयन बनाम भट्ठी ईंधन की स्थिति में भी इसका प्रदर्शन बहुत खराब रहा। अन्य अध्ययनों ने पुष्टि की है कि ईंधन क्रमादेश नियंत्रक के लिए प्लास्टिक तापांशन भी अधिक ऊर्जा गहन हैं। [13] टायर अपशिष्ट प्रबंधन में, टायर तापांशन भी एक विकल्प है। टायर रबर ताप-अपघटन से प्राप्त तेल में उच्च सल्फर की मात्रा होती है, जो इसे प्रदूषक के रूप में उच्च क्षमता प्रदान करती है और उपयोग से पहले हाइड्रोडीसल्फराइजेशन की आवश्यकता होती है।[14][15] क्षेत्र नियामक, आर्थिक और विपणन रुकावटों का सामना करता है।[16] ज्यादातर स्थिति में टायरों को टायर से प्राप्त ईंधन के रूप में जला दिया जाता है।

नगर निगम का अपशिष्ट

नगर निगम के अपशिष्ट के तापीय प्रशोधन में प्लास्टिक और जैव ईंधन सहित यौगिकों की एक विस्तृत श्रृंखला का अपचयन सम्मिलित हो सकता है। प्रौद्योगिकी में सरल भस्मीकरण के साथ-साथ ताप-अपघटन, गैसीकरण और प्रद्रव्य गैसीकरण सम्मिलित हो सकते हैं। ये सभी मिश्रित और संदूषित कच्चे पदार्थ को समायोजित करने में सक्षम हैं। मुख्य लाभ कचरे की मात्रा में कमी है, विशेष रूप से घनी आबादी वाले क्षेत्रों में जहां नए अपशिष्ट भरावक्षेत्र के लिए उपयुक्त स्थलों की कमी है। कई देशों में ऊर्जा प्राप्ति के साथ भस्मीकरण सबसे आम तरीका है, जिसमें अधिक उन्नत प्रौद्योगिकियां और लागत रुकावटों से बाधित होती हैं।[17][18]


आदिष्ट विबहुलीकरण

कुछ सामग्री उत्पादों की एकल या सीमित श्रृंखला देने के लिए क्रमबद्ध तरीके से तापीय रूप से विघटित होती हैं। शुद्ध सामग्री होने के कारण वे आमतौर पर अव्यवस्थित तापीय विबहुलकन द्वारा उत्पादित मिश्रणों की तुलना में अधिक मूल्यवान होते हैं। प्लास्टिक के लिए यह आमतौर पर शुरुआती एकलक होता है और जब इसे वापस ताजे बहुलक में पुनर्नवीनीकरण किया जाता है तो इसे कच्चे पदार्थ का पुनरावर्तन कहा जाता है। व्यवहार में, सभी विबहुलीकरण अभिक्रियाऐं पूरी तरह से सफल नहीं होती हैं और कुछ प्रतिस्पर्धी तापांशन अक्सर देखे जाते हैं।

जैव ईंधन

बायोरिफाइनरीज कम मूल्य वाले कृषि संबंधी और पशु अपशिष्ट को उपयोगी रसायनों में परिवर्तित करती है। हेमीसेलूसोस के तेज़ाब उत्प्रेरित तापीय अभिक्रिया द्वारा फरफ्यूरल का औद्योगिक उत्पादन एक सदी से अधिक समय से चल रहा है। काष्ठ अपद्रव्यता बीटीएक्स और अन्य सुगंधित यौगिकों के संभावित उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण शोध का विषय रहा है,[19] हालांकि ऐसी प्रक्रियाओं का अभी तक किसी भी स्थायी सफलता के साथ व्यावसायीकरण नहीं किया गया है।[20]


प्लास्टिक

Main article: कृत्रिम पुनर्चक्रण

पीटीएफई, नायलॉन 6, पॉलीस्टाइरीन और पीएमएमए[21] जैसे कुछ बहुलक अपने शुरुआती एकलक देने के लिए विबहुलीकरण से गुजरते हैं। इन्हें वापस नए प्लास्टिक में परिवर्तित किया जा सकता है, एक प्रक्रिया जिसे रासायनिक या कच्चे पदार्थ का पुनर्चक्रण कहा जाता है।[22][23][24] सिद्धांत रूप में यह अनंत पुनर्चक्रण प्रदान करता है, लेकिन यह अधिक महंगा भी है और प्लास्टिक पुनर्चक्रण के अन्य रूपों की तुलना में उच्च कार्बन चरणचिन्ह है, हालांकि व्यवहार में यह अभी भी संदूषण के कारण वास्तविक दुनिया में प्राकृत बहुलक उत्पादन की तुलना में उच्च ऊर्जा लागत पर एक निम्न उत्पाद पैदा करता है।

संबंधित प्रक्रियाएं

हालांकि आज शायद ही कभी नियोजित किया गया हो, कोयला गैसीकरण ऐतिहासिक रूप से बड़े पैमाने पर किया गया है। तापीय विबहुलीकरण अन्य प्रक्रियाओं के समान है जो अतितृप्त जल का उपयोग ईंधन के उत्पादन के लिए एक प्रमुख कदम के रूप में करते हैं, जैसे कि प्रत्यक्ष जलतापीय द्रवीकरण।[25] ये ताप-अपघटन जैसे विबहुलकन करने के लिए सूखी सामग्री का उपयोग करने वाली प्रक्रियाओं से अलग हैं। ताप रासायनिक रूपांतरण (TCC) पद का उपयोग, अतितृप्त जल का उपयोग करके जैव ईंधन को तेल में बदलने के लिए भी किया गया है, हालांकि यह आमतौर पर ताप-अपघटन के माध्यम से ईंधन उत्पादन के लिए लागू होता है।[26][27] नीदरलैंड में शुरू होने के कारण एक प्रदर्शन संयंत्र प्रति दिन 64 टन जैव ईंधन (शुष्क मूलतत्त्व) को तेल में संसाधित करने में सक्षम बताया गया है।[28] तापीय विबहुलीकरण इस मायने में अलग है कि इसमें एक जलीय प्रक्रिया होती है जिसके बाद एक निर्जल भंजन / आसवन प्रक्रिया होती है।

एस्टर और एमाइड्स जैसे विलायक समूहों को छोड़कर संघनन बहुलक को भी जल अपघटन या विलायक अपघटन द्वारा पूरी तरह से अपघटित किया जा सकता है, यह पूरी तरह से रासायनिक प्रक्रिया हो सकती है लेकिन एंजाइमों द्वारा भी इसे बढ़ावा दिया जा सकता है।[29] ऐसी प्रौद्योगिकियां तापीय विबहुलीकरण की तुलना में कम विकसित हैं, लेकिन कम ऊर्जा लागत की संभावना है। इस प्रकार अब तक पॉलिएथिलनीन टेरेफ्थैलेट सबसे अधिक अध्ययन किया जाने वाला बहुलक रहा है।[30] यह सुझाव दिया गया है कि अपशिष्ट प्लास्टिक को सूक्ष्मजैविक क्रिया द्वारा अन्य मूल्यवान रसायनों (जरूरी नहीं कि एकलक) में परिवर्तित किया जा सकता है।[31][32] ऐसी प्रौद्योगिकी अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में है।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (2006–) "Depolymerization". doi:10.1351/goldbook.D01600
  2. ↑ Thiounn, Timmy; Smith, Rhett C. (15 May 2020). "प्लास्टिक कचरे के रासायनिक पुनर्चक्रण के लिए अग्रिम और दृष्टिकोण". Journal of Polymer Science. 58 (10): 1347–1364. doi:10.1002/pol.20190261.
  3. ↑ Rollinson, Andrew Neil; Oladejo, Jumoke Mojisola (February 2019). "अपशिष्ट क्षेत्र से पायरोलिसिस ऊर्जा में 'पेटेंटेड ब्लंडरिंग्स', दक्षता जागरूकता, और आत्मनिर्भरता के दावे". Resources, Conservation and Recycling. 141: 233–242. doi:10.1016/j.resconrec.2018.10.038. S2CID 115296275.
  4. ↑ Collard, François-Xavier; Blin, Joël (October 2014). "A review on pyrolysis of biomass constituents: Mechanisms and composition of the products obtained from the conversion of cellulose, hemicelluloses and lignin". Renewable and Sustainable Energy Reviews. 38: 594–608. doi:10.1016/j.rser.2014.06.013.
  5. ↑ Kumar, Mayank; Olajire Oyedun, Adetoyese; Kumar, Amit (January 2018). "बायोमास फीडस्टॉक पर विभिन्न हाइड्रोथर्मल प्रौद्योगिकियों की वर्तमान स्थिति की समीक्षा". Renewable and Sustainable Energy Reviews. 81: 1742–1770. doi:10.1016/j.rser.2017.05.270.
  6. ↑ Kaminsky, W.; Schlesselmann, B.; Simon, C.M. (August 1996). "सुगंधित और गैस के लिए मिश्रित प्लास्टिक कचरे का थर्मल क्षरण". Polymer Degradation and Stability. 53 (2): 189–197. doi:10.1016/0141-3910(96)00087-0.
  7. ↑ Aguado, J.; Serrano, D. P.; Escola, J. M. (5 November 2008). "Fuels from Waste Plastics by Thermal and Catalytic Processes: A Review". Industrial & Engineering Chemistry Research. 47 (21): 7982–7992. doi:10.1021/ie800393w.
  8. ↑ Fukushima, Masaaki; Wu, Beili; Ibe, Hidetoshi; Wakai, Keiji; Sugiyama, Eiichi; Abe, Hironobu; Kitagawa, Kiyohiko; Tsuruga, Shigenori; Shimura, Katsumi; Ono, Eiichi (June 2010). "पॉलीविनाइल क्लोराइड और पॉलीइथाइलीन टेरेफ्थेलेट युक्त नगरपालिका अपशिष्ट प्लास्टिक के लिए डीक्लोरिनेशन तकनीक पर अध्ययन". Journal of Material Cycles and Waste Management. 12 (2): 108–122. doi:10.1007/s10163-010-0279-8. S2CID 94190060.
  9. ↑ 9.0 9.1 Butler, E.; Devlin, G.; McDonnell, K. (1 August 2011). "Waste Polyolefins to Liquid Fuels via Pyrolysis: Review of Commercial State-of-the-Art and Recent Laboratory Research". Waste and Biomass Valorization. 2 (3): 227–255. doi:10.1007/s12649-011-9067-5. hdl:10197/6103. S2CID 98550187.
  10. ↑ Fivga, Antzela; Dimitriou, Ioanna (15 April 2018). "Pyrolysis of plastic waste for production of heavy fuel substitute: A techno-economic assessment" (PDF). Energy. 149: 865–874. doi:10.1016/j.energy.2018.02.094.
  11. ↑ Riedewald, Frank; Patel, Yunus; Wilson, Edward; Santos, Silvia; Sousa-Gallagher, Maria (February 2021). "Economic assessment of a 40,000 t/y mixed plastic waste pyrolysis plant using direct heat treatment with molten metal: A case study of a plant located in Belgium". Waste Management. 120: 698–707. doi:10.1016/j.wasman.2020.10.039.