वैज्ञानिकों ने प्लास्टिक कचरे से गैसोलीन-डीजल बनाने की नई विधि खोजी

वॉशिंगटन डीसी [अमेरिका]: ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी के वैज्ञानिकों ने पॉलीइथिलीन को गैसोलीन और डीजल जैसे ईंधन में बदलने की एक अपेक्षाकृत सरल विधि विकसित की है। पॉलीइथिलीन शॉपिंग बैग और कटिंग बोर्ड में व्यापक रूप से इस्तेमाल होने वाला प्लास्टिक है। इस प्रक्रिया में सस्ते एल्यूमीनियम-आधारित पिघले हुए लवणों का उपयोग करके प्लास्टिक की लंबी आणविक श्रृंखलाओं को छोटे हाइड्रोकार्बन में तोड़ा जाता है, जिससे अपेक्षाकृत सौम्य परिस्थितियों में लगभग 60 प्रतिशत गैसोलीन प्राप्त होता है।

पिघले हुए लवणों से प्लास्टिक का रूपांतरण

ऊर्जा विभाग की ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी के शोधकर्ताओं ने पॉलीइथिलीन, जो दुनिया के सबसे आम प्लास्टिक में से एक है, को गैसोलीन और डीजल जैसे ईंधन में बदलने का नया तरीका विकसित किया है। पॉलीइथिलीन का व्यापक रूप से उपयोग शॉपिंग बैग और सफेद प्लास्टिक कटिंग बोर्ड जैसे उत्पादों में किया जाता है और इसकी बड़ी मात्रा अंततः कचरे के रूप में समाप्त हो जाती है। ओआरएनएल टीम की विधि में प्लास्टिक को एल्यूमीनियम क्लोराइड युक्त पिघले हुए लवणों के साथ मिलाया जाता है। ये लवण एक साथ दो कार्य करते हैं, रासायनिक रूपांतरण को संचालित करने वाले उत्प्रेरक और प्रतिक्रिया माध्यम दोनों के रूप में। शोधकर्ताओं ने इस तकनीक के लिए पेटेंट हेतु आवेदन किया है और इसके निष्कर्ष जर्नल ऑफ द अमेरिकन केमिकल सोसाइटी में प्रकाशित हुए हैं।

पिघले हुए लवण प्लास्टिक को ईंधन में कैसे बदलते हैं?

यह समझने के लिए कि यह प्रक्रिया कैसे काम करती है, वैज्ञानिकों ने उन रासायनिक प्रतिक्रियाओं का बारीकी से अध्ययन किया जो बहुलक को ईंधन अणुओं में परिवर्तित करती हैं। सॉफ्ट एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी और परमाणु चुंबकीय अनुनाद का उपयोग करते हुए, टीम ने पाया कि आवेशित एल्यूमीनियम परमाणु तीन अन्य परमाणुओं के साथ जुड़कर अत्यधिक अम्लीय उत्प्रेरक स्थल बनाते हैं। ये स्थल पॉलीइथिलीन बनाने वाली लंबी आणविक श्रृंखलाओं पर आक्रमण कर सकते हैं और उन्हें छोटे हाइड्रोकार्बन अणुओं में तोड़ सकते हैं। आइसोटोपिक लेबलिंग और न्यूट्रॉन प्रकीर्णन का उपयोग करके किए गए अतिरिक्त प्रयोगों से पता चला कि प्रारंभिक बहुलक की संरचना परिणामी ईंधन को कैसे प्रभावित करती है। सरल बहुलक श्रृंखलाओं से गैसोलीन जैसे यौगिक बनते हैं, जबकि अधिक जटिल श्रृंखलाओं से डीजल जैसे ईंधन बनते हैं।

200 डिग्री सेल्सियस से कम तापमान पर प्रक्रिया

प्रयोगों में अपेक्षाकृत सौम्य अभिक्रिया परिस्थितियों में लगभग 60 प्रतिशत गैसोलीन का उत्पादन प्राप्त हुआ। शोधकर्ताओं के अनुसार, इस विधि की एक प्रमुख विशेषता यह है कि इसमें पारंपरिक प्लास्टिक-से-ईंधन तकनीकों की तुलना में कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। टेनेसी विश्वविद्यालय, नॉक्सविले के पोस्टडॉक्टोरल शोधकर्ता लिकी किउ ने कहा, "हमने पॉलीइथिलीन को गैसोलीन में कुशलतापूर्वक और चुनिंदा रूप से परिवर्तित करने की विधि विकसित की है।" उन्होंने इस अध्ययन के अधिकांश प्रयोग ओआरएनएल और यूटीके के शेंग दाई की ओआरएनएल प्रयोगशाला में किए। ओआरएनएल के कॉर्पोरेट फेलो और पृथक्करण एवं पॉलिमर रसायन विज्ञान विभाग के प्रमुख दाई इस शोधपत्र के सह-लेखक हैं।

महंगे उत्प्रेरक और बाहरी हाइड्रोजन की जरूरत नहीं

ओआरएनएल के स्टाफ वैज्ञानिक और शोधपत्र के सह-लेखक झेनझेन यांग ने कहा, "हमने उत्प्रेरक स्थल प्रदान करने के लिए व्यावसायिक रूप से उपलब्ध अकार्बनिक लवणों को अभिक्रिया माध्यम के रूप में उपयोग करके बहुलक अपशिष्ट को मूल्यवर्धित ईंधन में परिवर्तित किया।" उन्होंने कहा कि पॉलिमर को ईंधन में परिवर्तित करने की पारंपरिक तकनीकों के विपरीत, इस नई प्रक्रिया में कीमती धातु उत्प्रेरक, कार्बनिक विलायक या बाहरी हाइड्रोजन की आवश्यकता नहीं थी। यह पहली बार है जब पिघले हुए लवणों का उपयोग बिना किसी उत्प्रेरक या विलायक के और 200 डिग्री सेल्सियस से कम तापमान पर अपशिष्ट से उच्च मूल्यवर्धित रसायनों के उत्पादन के लिए किया गया है। ओआरएनएल में ल्यूक डेमेन ने न्यूट्रॉन प्रकीर्णन का उपयोग करके विभिन्न पॉलिमर श्रृंखलाओं की प्रतिक्रिया से बनने वाले हाइड्रोकार्बन उत्पादों की पहचान की। फेलिप पोलो-गारज़ोन ने गैस क्रोमैटोग्राफी-मास स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग करके उत्पादों का विश्लेषण किया।

वैज्ञानिकों ने रासायनिक प्रक्रिया को समझा

जब पॉलीइथिलीन ने एल्यूमीनियम उत्प्रेरक स्थल के साथ परस्पर क्रिया की, तो प्रतिक्रिया से एक धनात्मक आवेशित कार्बन आयन उत्पन्न हुआ। किउ, यांग और दाई ने उस कार्बन आयन को हाइड्रोजन के एक समस्थानिक, ड्यूटेरियम से टैग किया, जिससे वे प्रतिक्रिया के आगे बढ़ने पर उसके साथ होने वाली घटनाओं का पता लगा सके। टीम ने सिस्टम के भीतर हाइड्रोजन की निगरानी के लिए ओआरएनएल के स्पैलेशन न्यूट्रॉन स्रोत पर न्यूट्रॉन का भी उपयोग किया। दाई ने कहा, "पॉलिमर में बहुत सारा हाइड्रोजन होता है। न्यूट्रॉन हाइड्रोजन और उसके समस्थानिकों, जैसे ड्यूटेरियम, सहित हल्के तत्वों को पहचानने के लिए आदर्श होते हैं।" शोधकर्ताओं को यह भी निर्धारित करने की आवश्यकता थी कि इस प्रक्रिया के दौरान एल्यूमीनियम के स्थल स्वयं कैसे बदलते हैं। यांग लॉरेंस बर्कले राष्ट्रीय प्रयोगशाला गईं, जहां उन्होंने मिन-जे किम और जिन्हुआ गुओ के साथ काम किया। सॉफ्ट एक्स-रे का उपयोग करते हुए शोधकर्ताओं ने परमाणु और इलेक्ट्रॉनिक दोनों स्तरों पर एल्यूमीनियम और पॉलीइथिलीन के बीच की अंतःक्रियाओं का अध्ययन किया। साइंसडेली वेबसाइट के अनुसार, सॉफ्ट एक्स-रे एल्यूमीनियम जैसे अपेक्षाकृत हल्के तत्वों के अध्ययन के लिए विशेष रूप से उपयोगी होते हैं। यांग ने कहा, "एल्यूमीनियम का किनारा कम इलेक्ट्रॉन घनत्व वाले किनारे की ओर स्थानांतरित हो गया। इसका मतलब है कि कुछ इलेक्ट्रॉन-समृद्ध मध्यवर्ती बने।" उन्होंने आगे कहा, "हमने निष्कर्षों की तुलना अन्य तकनीकों से की और पुष्टि की कि एक एरोमैटिक रिंग इंटरमीडिएट एल्यूमीनियम के साथ समन्वय कर सकता है और बंधन-ऊर्जा में परिवर्तन ला सकता है।" इस परिवर्तन ने इस बात का प्रमाण दिया कि एल्यूमीनियम स्थल रासायनिक अभिक्रिया को सक्रिय रूप से उत्प्रेरित कर रहे थे।

सिमुलेशन और उन्नत इमेजिंग से सामने आई प्रक्रिया

ओआरएनएल में नैनोफेज मैटेरियल्स साइंसेज सेंटर के बॉबी सम्पटर ने अभिक्रिया के दौरान होने वाले ऊर्जा परिवर्तनों का अध्ययन करने के लिए कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग किया। इसमें यह भी शामिल था कि स्थिर कार्बन आयन कैसे बने और हाइड्रोकार्बन उत्पादों में कैसे परिवर्तित हुए। यूटीके में माइकल कोहलर ने रासायनिक प्रक्रिया के दौरान अभिक्रिया मिश्रण के चरणों में होने वाले परिवर्तनों का अध्ययन करने के लिए इन सीटू एक्स-रे विवर्तन का उपयोग किया। कार्लोस अल्बर्टो स्टेरन ने एल्यूमीनियम उत्प्रेरक स्थलों की जांच के लिए परमाणु चुंबकीय अनुनाद का उपयोग किया। ओआरएनएल के ताओ वांग ने पिघले हुए लवण रसायन विज्ञान में विशेषज्ञता प्रदान की, जबकि ओआरएनएल के लोगान केर्नी ने उच्च-घनत्व वाले पॉलिमर उपलब्ध कराए और उन्हें उच्च-मूल्य वाले उत्पादों में परिवर्तित करने के संभावित मार्गों पर विशेषज्ञ मार्गदर्शन प्रदान किया।

लवणों की स्थिरता बनी चुनौती

हालांकि एल्युमीनियम आधारित उत्प्रेरक प्रणाली सस्ती और रासायनिक रूप से सक्रिय है, लेकिन इसकी एक महत्वपूर्ण सीमा है। यह पदार्थ नमी सोखने वाला होता है, यानी यह आसानी से पानी अवशोषित कर लेता है। यह नमी इसकी स्थिरता को कम कर सकती है। शोधकर्ता अब पिघले हुए लवणों को सीमित करने के तरीकों की खोज करना चाहते हैं, संभवतः हैलोजन या कार्बन आधारित पदार्थों का उपयोग करके, जिससे लवणों को अलग करना और संसाधित करना आसान हो जाएगा और साथ ही उनकी स्थिरता में भी सुधार होगा।

(एएनआई)

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