بازیافت شیمیایی پلاستیک‌ها و بازیافت انرژی

بازیافت شیمیایی

بازیافت شیمیایی فرایندی است که پلیمر را به مونومرهای اولیه تبدیل می کند. در این فرایند زنجیرها شکسته شده و گاز، مونومر، الیگومر و اجزای دیگر تولید می شوند. نحوه شکستن پلیمرها با هم متفاوت است. انجام این نوع بازیافت برای موادی که با استفاده از پلیمر شدن تراکمی تهیه شده اند( مانند پلی استر، پلی آمید، پلی کربنات و پلی یورتان) آسان تر است. البته برای موادی که از روش پلیمر شدن افزایشی تهیه شده اند( مانند استایرن ها و آکریلات ها ) نیز با شرایطی دشوار تر انجام پذیر است.

هنگام ترکیب مونومرهای اولیه برای تولید پلیمر، اگر آب، کربن دی اکسید یا مواد دیگری خارج شود پلیمر شدن تراکمی اتفاق افتاده است. پلی اتیلن ترفتالات ( بطری های PET)، اسفنج های صندلی که از جنس پلی یورتان هستند، ظرف های بزرگ روی آب سردکن ها و روکش روی استخر ها و گلخانه ها که از پلی کربنات ساخته شده اند از نمونه های ساخته شده به روش پلیمر شدن تراکمی هستند. موادی مانند ظروف یک بار مصرف پلی استایرنی، به دلیل وجود پیوند دوگانه در مونومر آن ها با روش پلیمر شدن افزایشی تهیه می شوند.

در بازیافت شیمیایی پلیمرهای تراکمی، پیوند مولکول ها به شکلی است که به وسیله گرما و فشار در مجاورت کاتالیزور شکسته می شود. فناوری شکست این پلیمرها آبکافت، گلیکول کافت، متانول کافت و آمین کافت است. محصولات تولید شده از این واکنش های شیمیایی، مونومر ها یا الیگومرهایی با درجه خلوص زیاد هستند که قابلیت باز پلیمر دارند.

پدیده واپلیمرشدن افزون بر پلیمرهای بدست آمده از روش پلیمر شدن تراکمی در پلیمرهای تهیه شده از روش افزایشی مانند استایرن ها نیز به نحو بسیار عالی و با دقت زیاد انجام پذیر است. البته در این حالت، به کار بردن کاتالیزور و کنترل شرایط واکنش لازم است. هنگام جداشدن مونومرها از زنجیر پلیمری، مخلوطی از ترکیبات با وزن مولکولی کوچک تا متوسط تولید می شود. در این حالت، تهیه محصولی با وزن مولکولی مشخص، دشوار و غیر اقتصادی است. صاحبان صنایع ترجیح می دهند این مخلوط را به عنوان سوخت در فرایند تهیه بنزین استفاده کنند.

بازیافت شیمیایی در پلیمرهای ترموست، مانند پلی یورتان ها، روشی مناسب اما هزینه بر محسوب می شود. در حقیقت، وجود اتصال عرضی در این ترکیبات موجب شده است نسبت به حمله شیمیایی مقاومت نشان دهند. بنابراین افزون بر بازیافت شیمیایی، تجزیه گرمایی یا سوزاندن این مواد نیز پیشنهاد می شود که از نظر اقتصادی هزینه کمتری لازم دارد و موفق تر است.

افزایش وزن مولکولی یا اصلاح شیمیایی به جای شکست شیمیایی، روش دیگری است که در بازیافت شیمیایی پلاستیک ها کمتر به کار گرفته می شود. این فرایند به کنترل واکنش ها نیاز دارد و در اکسترودر با پلیمرهای مذاب انجام پذیر است. از پلاستیک هایی که با این روش افزایش وزن مولکولی مناسبی به دست می آورند، پلی اتیلن ترفتالات است.

مزایا و معایب بازیافت شیمیایی پلیمرها

در پلیمرهایی که از پلیمر شدن تراکمی بدست آمده اند و احتمال پاره شدن زنجیر پلیمری در آن ها وجود دارد بازیافت شیمیایی بیشتر در خور توجه است.

مزایای بازیافت شیمیایی پلیمرها به شرح زیر است:

• نیاز کمتر به جداسازی مواد ضایعاتی وجود دارد. در حقیقت، گاهی پسماندهای کثیف که بازیافت مکانیکی آن ها امکان پذیر نیست را می توان به این روش بازیافت کرد.
• این روش برای مخلوط پسماندهای پلاستیک نیز می تواند به کار رود تا از یک یا چند پلاستیک مختلف در پسماند محصولات با ارزش تولید شود.
• بازیافت شیمیایی موجب احیای مونومرها تا دستیابی به درجه ای از خلوص می شود که حتی برای تولید مجدد پلیمرهای دارای کاربرد در صنایع غذایی استفاده شوند.
• محصولات بازیافتی دوباره وارد چرخه تولید می شوند و قابلیت رقابت با مواد نو را دارند.
• روش بازیافت شیمیایی می تواند برای پلیمرهای گرماسخت نیز ارزشمند باشد.
• از جنبه اقتصادی، ارزش محصولات تولید شده از بازیافت شیمیایی نسبت به پدیده احتراق بیشتر است.
• محصولات تولید شده از بازیافت شیمیایی می توانند بدون خالص سازی بیشتر استفاده شوند. این موضوع از نظر اقتصادی، از مزیت های مهم این روش محسوب می شود.

معایب بازیافت شیمیایی پلیمرها:

• در بازیافت شیمیایی نسبت به بازیافت مکانیکی ماهیت مولکول از بین می رود.
• تخریب مولکولی زنجیرها به اعمال شرایط شدید اسیدی، بازی و دمایی نیاز دارد. بدین معنی که طراحی ویژه شیمیایی و واحد عملیاتی لازم است تا مونومرهایی با درجه پلیمرشدن مدنظر ایجاد کند. این فرایند هزینه بر و گران است.
• تصفیه و بازیافت آب، حلال و واکنشگرها به واکنش شیمیایی نیاز دارد. با این روش، محصولات فرعی نیز بدست می آیند که حذف می شوند.
• به منظور کاهش هزینه ها و اقتصادی بودن واحد شیمیایی، لازم است حجم زیادی ضایعات پلاستیک را به شکل پیوسته وارد کارخانه کرد.
• مونومرها و الیگومرهای مفید تنها از مقدار محدودی از پلیمرها به دست می آیند. تنها انجام واکنش های انتخابی به تولید محصولات انتخابی منجر می شود.
• بازیافت شیمیایی برای پلیمرهای کم مصرف و دارای کاربرد خاص، مانند پلی تترا فلوئورواتیلن(PTFE) و رزین های استال، از نظر اقتصادی به صرفه نیست.

بازیافت انرژی:

در سال های  1980-1970 به دلیل افزایش قیمت نفت، تصمیم به جایگزینی این سوخت با منابع جدید انرژی گرفته شد. در این میان، زباله های شهری به عنوان منبعی بالقوه شناسایی شدند. حجم زیادی از زباله ها را اجزای سوختنی تشکیل می دهد که قابلیت استفاده برای تولید انرژی گرمایی را دارند. از سوی دیگر، درصد درخور توجهی از اجزای سوختنی در زباله های جامد شهری، زیست تخریب پذیر است و می تواند با تبدیل به سوخت های گازی، انرژی گرمایی تولید کند.

زباله در فرایند بازیافت انرژی، به عنوان سوخت سوزانده می شود. انرژی تولید شده از سوزاندن واحد وزن سوخت بازده انرژی نامیده می شود. باید توجه داشت، بازده انرژی بدست آمده از سوختن محصولات پلیمری نسبت به سوخت های فسیلی متداول، بیشتر است. تایرها نوعی از این محصولات پلیمری هستند که به فراوانی به عنوان سوخت استفاده می شوند. ارزش گرمایی تایرها mJ/kg 28.5-35 است. ارزش گرمایی پلاستیک های بازیافت ناپذیر mJ/kg 29.5-40 و چوب mJ/kg 15-17 است. امروزه در بسیاری از کشورهای صنعتی، این مواد را به عنوان سوخت های متمم همراه با سایر سوخت ها استفاده می کنند. اصلی ترین کاربرد این مواد در صنایع سیمان (کوره های سیمان پزی) و صنایع نیرو است.

تایرهای فرسوده به سختی بازیافت می شوند و بازمصارف اندکی ( مانند کف پوش های لاستیکی ) دارند. بنابراین بیش از نیمی از این تایرها برای تولید انرژی، سوزانده می شوند. سوزاندن تایرهای مستعمل تنها موجب بازگرداندن %25 انرژی مصرف شده در تولید آن ها می شود. اما بسیاری از افراد به دلیل دشواری بازیافت، به ناچار سوزاندن تایرهای مستعمل را به عنوان تنها گزینه بازگرداندن بخشی از انرژی برگزیده اند.

واحد تحقیق و توسعه شرکت فناوران رنگدانه سپاهان