بازیافت پی‌‌وی‌‌سی از لنز نوآوری

 این روش، به‌‌جای بازتولید پلاستیک، ضایعات پی‌‌وی‌‌سی را به محصولات باارزش‌‌تری مانند سوخت مایع، گاز سنتز، زغال و اتانول زیستی تبدیل و در عین حال بخشی از گازهای گلخانه‌‌ای را جذب می‌‌کند.

پی‌‌وی‌‌سی؛ پلاستیکی مقاوم اما بازیافت‌‌ناپذیر

پلی‌‌وینیل کلراید یا همان پی‌‌وی‌‌سی یکی از رایج‌‌ترین و مقاوم‌‌ترین پلاستیک‌های صنعتی است. این ماده به دلیل مقاومت بالا در برابر رطوبت، مواد شیمیایی و خوردگی، به‌‌طور گسترده در صنایع لوله‌‌سازی، ساخت‌‌وساز و پزشکی استفاده می‌شود. با این حال، همین ویژگی‌‌ها که آن را محبوب کرده‌‌اند، به ‌‌مانعی برای بازیافت آن تبدیل شده‌‌اند.

درصد بالای کلر در ساختار شیمیایی پی‌‌وی‌‌سی علاوه بر دشوار کردن فرآیند بازیافت مکانیکی، منجر به تولید گاز سمی و خورنده‌‌ هیدروژن کلرید می‌شود. دفن این ضایعات نیز موجب نشت ترکیبات کلردار به خاک و آب‌‌های زیرزمینی می‌شود، که پیامدهای زیست‌‌محیطی جدی در پی دارد.

بازیافت شیمیایی به‌‌جای بازیافت سنتی

در مقابل بازیافت مکانیکی، بازیافت شیمیایی یا به‌‌عبارتی تبدیل ضایعات به مواد اولیه جدید، در سال‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. پژوهشگران دانشگاه هانیانگ کره‌جنوبی با الهام از همین رویکرد، فرآیندی طراحی کرده‌‌اند که به‌‌جای بازسازی پی‌‌وی‌‌سی، آن را به ترکیبات سودمندتری تبدیل می‌کند. این فرآیند شامل دو مرحله تجزیه حرارتی و یک مرحله تولید اتانول زیستی است. هدف اصلی آن، استخراج گاز هیدروژن کلرید برای استفاده در فرآیندهای بعدی و همچنین تولید گاز سنتز و سوخت از باقی‌‌مانده‌‌های تجزیه‌‌شده است.

مرحله نخست: تجزیه حرارتی پی‌‌وی‌‌سی

در نخستین گام، ضایعات پی‌‌وی‌‌سی در دمای حدود ۳۹۰ درجه سانتی‌‌گراد وارد رآکتور پیرولیز می‌‌شوند. این مرحله، با شکستن زنجیره‌‌های پلیمری پی‌‌وی‌‌سی، گاز هیدروژن کلرید و باقی‌‌مانده‌‌ای غنی از ساختارهای پلی ان تولید می‌کند. گاز هیدروژن کلرید به‌‌طور جداگانه جمع‌‌آوری شده و آماده استفاده در فرآیندهای بعدی می‌شود. در گذشته، این گاز به‌‌عنوان یک پسماند خطرناک در نظر گرفته می‌‌شد، اما امروزه پژوهشگران موفق شده‌‌اند از آن برای تجزیه سلولز در زیست‌‌توده‌‌های کشاورزی بهره بگیرند.

مرحله دوم: استفاده از هیدروژن کلرید در تولید اتانول زیستی

در مرحله بعد، گاز هیدروژن کلرید استخراج‌‌شده برای شکستن ساختار کاه خردشده استفاده می‌شود. فرآیند آبکافت اسیدی در چند مرحله، سلولز را به قندهای ساده تبدیل می‌کند. این قندها پس از تخمیر توسط میکروارگانیسم‌‌ها، به اتانول زیستی تبدیل می‌‌شوند؛ سوختی پاک و تجدیدپذیر که می‌تواند جایگزین سوخت‌‌های فسیلی شود. این نوآوری دو مزیت همزمان دارد:

نخست کاهش ضایعات کشاورزی و دوم استفاده از گازی که پیش‌تر مشکل‌‌ساز تلقی می‌‌شد.

مرحله سوم: تولید گاز سنتز، زغال و سوخت مایع

باقی‌‌مانده‌‌های زیست‌‌توده و مواد حاصل از تجزیه پی‌‌وی‌‌سی به مرحله سوم تجزیه حرارتی وارد می‌‌شوند. در این مرحله، گاز دی‌‌اکسید کربن به‌‌طور کنترل‌‌شده به سیستم تزریق می‌شود. این گاز در کنار دمای بالا منجر به واکنش شیمیایی و تولید گاز سنتز، زغال و روغن صنعتی می‌شود.

گاز سنتز ترکیبی از کربن مونوکسید و هیدروژن است که می‌تواند در صنایع شیمیایی به‌‌عنوان ماده اولیه برای تولید متانول، آمونیاک و حتی سوخت مصنوعی استفاده شود. روغن تولیدشده نیز سرشار از ترکیبات آروماتیک چندحلقه‌‌ای است و به‌‌عنوان منبع گرمایی در همان سیستم استفاده می‌شود، به‌‌طوری که بخشی از انرژی موردنیاز فرآیند، از دل خود ضایعات تامین می‌شود.

جذب دی‌‌اکسید کربن؛ گامی به‌‌سوی اقتصاد کربن منفی

یکی از نکات قابل‌‌توجه در این فرآیند، استفاده از گاز دی‌‌اکسید کربن صنعتی به‌‌عنوان واکنش‌گر است. در هر چرخه کامل، حدود ۷‌هزار کیلوگرم گاز دی‌‌اکسید کربن مصرف می‌شود تا ۴۰‌هزار کیلوگرم ضایعات پی‌‌وی‌‌سی و زیست‌‌توده فرآوری شوند. این گاز می‌تواند مستقیما از منابع صنعتی یا نیروگاه‌‌ها جذب و در فرآیند مصرف شود. به این ترتیب، از انتشار این گاز به جو جلوگیری می‌شود، بازیافت پلاستیک و زیست‌‌توده نیز به روندی با اثر کربن منفی تبدیل می‌شود. چنین ترکیبی می‌تواند در آینده نقش مهمی در سیاست‌‌های اقلیمی ایفا کند.

ارزیابی اقتصادی؛ فراتر از صرفه‌‌جویی در محیط‌زیست

استاد جایوون لی از دانشگاه هانیانگ می‌‌گوید که مجموع ارزش محصولات به‌‌دست‌‌آمده از این فرآیند از هزینه‌‌های نصب و بهره‌‌برداری سیستم بیشتر است. به‌‌بیان دیگر، این روش نه‌‌تنها محیط‌‌زیست را از آلودگی‌‌های ناشی از پی‌‌وی‌‌سی محافظت می‌کند، بلکه از نظر اقتصادی نیز سودآور است. اتانول زیستی، سوخت مایع و گاز سنتز، همگی در بازارهای جهانی تقاضای بالایی دارند. از سوی دیگر، استفاده مجدد از انرژی تولیدشده درون فرآیند، هزینه‌‌های عملیاتی را کاهش می‌دهد و بهره‌‌وری انرژی را افزایش می‌دهد.

چالش‌‌های صنعتی‌‌سازی فرآیند

با تمام مزایا، انتقال این فناوری از مقیاس آزمایشگاهی به مقیاس صنعتی با موانعی همراه است. تجهیزات موردنیاز برای پیرولیز دقیق، مدیریت گازهای سمی و کنترل واکنش‌‌های چندمرحله‌‌ای، نیازمند سرمایه‌گذاری قابل‌‌توجه و زیرساخت پیشرفته‌‌اند. همچنین، کیفیت ورودی‌‌ها باید کنترل‌‌شده باشد تا محصول نهایی قابل استفاده باقی بماند.

یوسی کراتیش، شیمیدان دانشگاه نورث‌‌وسترن، معتقد است که این رویکرد هرچند شکل سنتی بازیافت نیست، اما گام مهمی در استفاده مجدد از پلاستیک‌های سخت‌‌بازیافت و کاهش وابستگی به سوخت‌‌های فسیلی به شمار می‌رود.

جمع‌‌بندی و نتیجه‌‌گیری

فرآیند نوآورانه‌‌ای که محققان کره‌‌ای ارائه کرده‌‌اند، الگویی از آینده بازیافت را پیش چشم ما می‌‌گذارد؛ آینده‌‌ای که در آن ضایعات نه‌‌فقط مشکلی برای محیط‌‌زیست، بلکه منبعی ارزشمند برای تولید انرژی و مواد شیمیایی خواهند بود. ترکیب فناوری‌‌های شیمیایی با تفکر چرخه‌‌ای، می‌تواند راه را برای ساخت اقتصادی پاک‌‌تر، کارآمدتر و پایدارتر هموار کند. اگر چالش‌‌های فنی و اقتصادی این فرآیند در مقیاس وسیع حل شود، می‌توان امیدوار بود که حتی سخت‌‌ترین پلاستیک‌ها نیز در زنجیره تولید سبز جای بگیرند.