Ջերմային դեպոլիմերացում

**Ջերմային դեպոլիմերացում,** պոլիմերը մոնոմերի կամ մոնոմերների խառնուրդի վերածելու գործընթաց՝ հիմնականում ջերմային ճանապարհով: Այն կարող է լինել կատալիզացված կամ չկատալիզացված և տարբերվում է դեպոլիմերացման այլ ձևերից, որոնք կարող են հիմնված լինել քիմիական նյութերի կամ կենսաբանական ազդեցության օգտագործման վրա: Այս գործընթացը կապված է էնտրոպիայի աճի հետ:

Պոլիմերների մեծ մասի համար ջերմային ապապոլիմերացումը քաոսային գործընթաց է, որը տալիս է ցնդող միացությունների խառնուրդ: Նյութերը կարող են ապապոլիմերացվել այս եղանակով թափոնների կառավարման ընթացքում, որտեղ ստացված ցնդող բաղադրիչներն այրվում են որպես սինթետիկ վառելիքի ձև՝ թափոններից էներգիայի ստացման գործընթացում: Այլ պոլիմերների համար ջերմային ապապոլիմերացումը կարգավորված գործընթաց է, որը տալիս է մեկ արտադրանք կամ արտադրանքի սահմանափակ տեսականի. այս փոխակերպումները սովորաբար ավելի արժեքավոր են և կազմում են պլաստիկի վերամշակման տեխնոլոգիաների հիմքը։

## Անկանոն դեպոլիմերացում
Պոլիմերային նյութերի մեծ մասի դեպքում ջերմային դեպոլիմերացումը տեղի է ունենում անկանոն ձևով՝ պատահական շղթայական քայքայմամբ, որը տալիս է ցնդող միացությունների խառնուրդ: Արդյունքը ընդհանուր առմամբ նման է պիրոլիզին  (պլաստիկի քայքայումը բարձր ջերմաստիճանում՝ առանց թթվածնի), չնայած ավելի բարձր ջերմաստիճաններում տեղի է ունենում գազաֆիկացում: Այս ռեակցիաները կարելի է տեսնել թափոնների կառավարման ընթացքում, որտեղ արտադրանքը այրվում է որպես սինթետիկ վառելիք՝ թափոններից էներգիա ստանալու գործընթացում: Սկզբնական պոլիմերի պարզապես այրման համեմատ, դեպոլիմերացումը տալիս է ավելի բարձր ջերմունակություն ունեցող նյութ, որը կարող է ավելի արդյունավետ այրվել և կարող է նաև վաճառվել: Այրումը կարող է նաև առաջացնել վնասակար դիօքսիններ և դիօքսինանման միացություններ և պահանջում է հատուկ նախագծված ռեակտորներ և արտանետումների կառավարման համակարգեր՝ անվտանգ կերպով իրականացնելու համար: Քանի որ դեպոլիմերացման փուլը պահանջում է ջերմություն, այն էներգասպառող է. հետևաբար, էներգիայի արդյունավետության վերջնական հավասարակշռությունը՝ համեմատած ուղղակի այրման հետ, կարող է շատ խիստ լինել և քննադատության առարկա դառնա։

### Կենսազանգված
Շատ գյուղատնտեսական և կենդանական թափոններ կարող են վերամշակվել, սակայն դրանք հաճախ արդեն օգտագործվում են որպես պարարտանյութ, կենդանիների կեր և, որոշ դեպքերում, որպես թղթի գործարանների հումք կամ որպես ջեռուցման ցածրորակ վառելիք: Ջերմային դեպոլիմերացումը կարող է դրանք վերածել ավելի տնտեսապես արժեքավոր նյութերի: Մշակվել են կենսազանգվածից հեղուկի վերածող բազմաթիվ  տեխնոլոգիաներ: Ընդհանուր առմամբ, կենսաքիմիական նյութերը պարունակում են թթվածնի ատոմներ, որոնք պահպանվում են պիրոլիզի ընթացքում՝ տալով ֆենոլներով և ֆուրաններով հարուստ հեղուկ արտադրանք:  Սրանք կարելի է դիտարկել որպես մասամբ օքսիդացված և կարող են օգտագործվել որպես ցածրորակ վառելիքներ: Հիդրոթերմալ հեղուկացման տեխնոլոգիաները ջրազրկում են կենսազանգվածը ջերմային մշակման ընթացքում՝ ավելի էներգիայով հարուստ արտադրանքի հոսք ստանալու համար։ Նմանապես, գազաֆիկացումը արտադրում է ջրածին, որը շատ բարձր էներգիայով վառելիք է:

### Պլաստմասսա
Պլաստիկ թափոնները հիմնականում բաղկացած են ապրանքային պլաստմասսաներից և կարող են ակտիվորեն տեսակավորվել քաղաքային թափոններից : Խառը պլաստմասսաների պիրոլիզը կարող է տալ քիմիական արտադրանքի բավականին լայն խառնուրդ (մոտ 1-ից 15 ածխածնի ատոմ), ներառյալ գազերը և արոմատիկ հեղուկները։ Կատալիզատորները կարող են տալ ավելի լավ սահմանված արտադրանք՝ ավելի բարձր արժեքով։ Նմանապես, հիդրոկրեքինգըկարող է կիրառվել հեղուկ գազային արտադրանք ստանալու համար: Պոլիվինիլքլորիդի առկայությունը կարող է խնդրահարույց լինել, քանի որ դրա ջերմային դեպոլիմերացումն առաջացնում է մեծ քանակությամբ HCl, որը կարող է քայքայել սարքավորումները և առաջացնել արտադրանքի անցանկալի քլորացում: Այն պետք է կամ բացառվի, կամ փոխհատուցվի քլորացման տեխնոլոգիաներ տեղադրելով։ Պոլիէթիլենը և պոլիպրոպիլենը կազմում են համաշխարհային պլաստմասսայի արտադրության կեսից մի փոքր պակասը և, լինելով մաքուր ածխաջրածիններ, ունեն վառելիքի վերածվելու ավելի մեծ ներուժ:  Պլաստիկից վառելիքի վերածվելու տեխնոլոգիաները պատմականորեն դժվարացել են տնտեսապես կենսունակ լինել՝ պլաստմասսայի հավաքման և տեսակավորման ծախսերի և արտադրված վառելիքի համեմատաբար ցածր արժեքի պատճառով:  Մեծ կայանները համարվում են ավելի տնտեսող, քան փոքրերը, սակայն կառուցման համար պահանջվում են ավելի շատ ներդրումներ։

Սակայն մեթոդը կարող է հանգեցնել ջերմոցային գազերի արտանետումների մի փոքր նվազման,  չնայած այլ ուսումնասիրություններ վիճարկում են սա: Օրինակ՝ Renolds ընկերության իրենց սեփական Hefty EnergyBag ծրագրի վերաբերյալ հրապարակված 2020 թվականի ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս ջերմոցային գազերի զուտ արտանետումներ: Ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ երբ հաշվարկվում են բոլոր՝ «օրորոցից մինչև գերեզման» էներգիայի ծախսերը, ցեմենտե թրծավառարանում այրումը շատ ավելի արդյունավետ է: Ցեմենտե թրծավառարանում որպես վառելիք օգտագործելիս արդյունքը գնահատվել է բացասական՝ -61.1 կգ CO2 համարժեք, ինչը նշանակում է արտանետումների զուտ խնայողություն։ Ի տարբերություն պիրոլիզի  (պլաստիկի քայքայումը բարձր ջերմաստիճանում՝ առանց թթվածնի) դրական՝ +905 կգ CO2 համարժեքի։  Այս մեթոդը նաև շատ ավելի վատ արդյունքներ է ցույց տվել աղբավայրերի կրճատման առումով՝ համեմատած թրծավառարանի վառելիքի հետ։  Այլ ուսումնասիրություններ հաստատել են, որ պլաստմասսայից վառելիքի պիրոլիզային ծրագրերը նույնպես ավելի էներգատար են․ հաճախ ավելի շատ էներգիա է սպառում, քան արտադրում, և հետևաբար, ստացված վառելիքի այրումն ի վերջո ավելի մեծածավալ արտանետումների է հանգեցնում։

Ի տարբերություն պիրոլիզի, ցեմենտի թրծավառարաններում պլաստիկն օգտագործվում է որպես ածխի փոխարինող, ինչը թույլ է տալիս խուսափել նոր հանածո վառելիք արդյունահանելուց և այրելուց։
մինի|Հիդրոգենալ ծծմբազերծման գործընթաց նավթավերամշակման գործարանում․ ներառում է առաջացող ջրածնի սուլֆիդ (H<sub>2</sub>S) գազի որսման և հեռացման հարմարություններ, վերամշակման արդյունքում ջրածնի սուլֆիդ գազը հետագայում վերածվում է ենթամթերքի՝ ծծմբի (S) կամ ծծմբական թթվի (H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>):
Անվադողերի թափոնների կառավարման համար անվադողերի պիրոլիզը նույնպես տարբերակ է: Անվադողերի ռետինե պիրոլիզից ստացված յուղը պարունակում է ծծմբի բարձր պարունակություն, ինչը նրան տալիս է աղտոտիչի բարձր ներուժ և օգտագործելուց առաջ պահանջում է հիդրոգենալ ծծմբազերծում։ Տարածքը բախվում է օրենսդրական, տնտեսական և մարքեթինգային խոչընդոտների։ Դեպքերի մեծ մասում անվադողերը պարզապես այրվում են որպես անվադողերից ստացված վառելիք:

## Կանոնավոր դեպոլիմերացում
Որոշ նյութեր ջերմային քայքայման ենթարկվում են կարգավորված ձևով՝ ստանալով մեկ կամ սահմանափակ քանակությամբ արտադրանք։ Մաքուր նյութեր լինելու շնորհիվ դրանք սովորաբար ավելի արժեքավոր են, քան անկանոն ջերմային դեպոլիմերացման միջոցով ստացված խառնուրդները։ Պլաստմասսայի համար սա սովորաբար մեկնարկային մոնոմերն է, և երբ այն վերամշակվում է թարմ պոլիմերի մեջ, դա կոչվում է հումքի վերամշակում։ 

Գործնականում ոչ բոլոր դեպոլիմերացման ռեակցիաներն են (որի նպատակը մոնոմերների վերականգնումն է)  լիովին արդյունավետ, և հաճախ նկատվում է որոշակի մրցակցային պիրոլիզ, որն անցանկալի է։ Դա տեղի է ունենում, եթե ջերմաստիճանը մի փոքր գերազանցում է օպտիմալ շեմը․ պոլիմերային շղթաները սկսում են քայքայվել պատահական սկզբունքով, այլ ոչ թե կանոնավոր կերպով «քանդվել» մինչև մոնոմերներ։

### Կենսազանգված
Կենսազանգվածի մշակման գործարանները ցածրարժեք գյուղատնտեսական և կենդանական թափոնները վերածում են օգտակար քիմիական նյութերի: Ֆուրֆուրոլի արդյունաբերական արտադրությունը հեմիցելյուլոզի թթվային կատալիզացված ջերմային մշակման միջոցով գործում է ավելի քան մեկ դար: Լիգնինը եղել է BTX-ի (բենզոլ-տոլուոլ-քսիլոլ) և այլ արոմատիկ միացությունների պոտենցիալ արտադրության համար նշանակալի հետազոտությունների առարկա,  չնայած նման գործընթացները դեռևս որևէ երկարատև հաջողությամբ առևտրայնացված չեն։

### Պլաստմասա
Որոշակի պոլիմերներ, ինչպիսիք են PTFE-ն, նեյլոն 6-ը, պոլիստիրոլը և PMMA-ն ենթարկվում են դեպոլիմերացման՝  ստանալով իրենց սկզբնական մոնոմերները: Սրանք կարող են կրկին վերածվել նոր պլաստիկի, մի գործընթաց, որը կոչվում է քիմիական կամ հումքի վերամշակում։ Տեսականորեն սա առաջարկում է անսահմանափակ վերամշակելիություն, բայց այն նաև ավելի թանկ է և ունի ավելի բարձր ածխածնային հետք, քան պլաստիկի վերամշակման այլ ձևերը. սակայն, գործնականում, սա դեռևս տալիս է ավելի ցածրորակ արտադրանք՝ ավելի բարձր էներգիայի ծախսերով, քան իրական աշխարհում մաքուր պոլիմերի արտադրությունը՝ աղտոտման պատճառով:

## Առնչվող գործընթացներ
Ածխի գազաֆիկացումը, որը թեև ներկայումս հազվադեպ է կիրառվում,  պատմականորեն իրականացվել է մեծ մասշտաբներով: Ջերմային դեպոլիմերացումը նման է այլ գործընթացների, որոնք օգտագործում են գերտաքացված ջուրը որպես վառելիք արտադրելու հիմնական փուլ, ինչպիսին է ուղղակի հիդրոթերմալ հեղուկացումը։ Սրանք տարբերվում են չոր նյութերը դեպոլիմերացնելու համար օգտագործող գործընթացներից, ինչպիսին է պիրոլիզը: *Ջերմաքիմիական փոխակերպում*  տերմինը օգտագործվել է նաև կենսազանգվածը յուղերի փոխակերպելու համար՝ օգտագործելով գերտաքացված ջուր, չնայած այն ավելի հաճախ կիրառվում է վառելիքի արտադրության համար պիրոլիզի միջոցով։ Նիդեռլանդներում գործարկվելիք ցուցադրական գործարանը, ըստ որոշ տեղեկությունների, կարող է օրական 64 տոննա կենսազանգված (չոր հիմքով) վերամշակել նավթի:  Ջերմային դեպոլիմերացումը տարբերվում է նրանով, որ այն պարունակում է ջրային գործընթաց, որին հաջորդում է անջուր կրեկինգի/թորման գործընթաց:

Խտացվող խմբեր, ինչպիսիք են էսթերները և ամիդները, պարունակող խտացման պոլիմերները նույնպես կարող են լիովին ապապոլիմերացվել հիդրոլիզի կամ սոլվոլիզի միջոցով. սա կարող է լինել զուտ քիմիական գործընթաց, բայց կարող է նաև խթանվել ֆերմենտների կողմից:  Նման տեխնոլոգիաները դեռևս լավ զարգացած չեն, քան ջերմային ապապոլիմերացման տեխնոլոգիաները, բայց ունեն ավելի ցածր էներգիայի ծախսերի ներուժ: Մինչ այժմ,  պոլիէթիլեն տերեֆտալատը եղել է ամենաշատ ուսումնասիրված պոլիմերը։  Առաջարկվել է, որ թափոն պլաստիկը մանրէային ազդեցության միջոցով կարող է վերածվել այլ արժեքավոր քիմիական նյութերի (ոչ պարտադիր մոնոմերների), սակայն նման տեխնոլոգիան դեռևս սկզբնական փուլում է։ Այնուամենայնիվ, սա համարվում է «կանաչ քիմիայի» ամենահեռանկարային ուղղություններից մեկը, քանի որ այն առաջարկում է շրջանաձև տնտեսության իրական լուծում։

## Ծանոթագրություններ

## Արտաքին հղումներ

Կատեգորիա:Թափոնների կառավարում
Կատեգորիա:Թափոնների մշակման տեխնոլոգիա
Կատեգորիա:Կենսավառելանյութեր
Կատեգորիա:Պլաստմասսաներ
Կատեգորիա:Պոլիմերներ
Կատեգորիա:Վառելանյութեր
Կատեգորիա:Քիմիական պրոցեսներ