তাপীয় বিপলিমারকরণ বিক্রিয়া

তাপীয় বিপলিমারকরণ বিক্রিয়া (টিডিপি) হল মূলত তাপীয় উপায়ে একটি বহুলক বা পলিমারকে মনোমারে বা মনোমারের মিশ্রণে রূপান্তর করার প্রক্রিয়া। এটি অনুঘটক বা অ-অনুঘটক হতে পারে এবং বিপলিমারকরণ বিক্রিয়ার অন্যান্য রূপ থেকে আলাদা যা রাসায়নিক বা জৈবিক ক্রিয়া ব্যবহারের উপর নির্ভর করতে পারে। এই প্রক্রিয়াটি বিশৃঙ্খলা-মাত্রা বৃদ্ধির সাথে যুক্ত।
বেশিরভাগ পলিমারের জন্য তাপীয় বিপলিমারকরণ বিক্রিয়া হল বিশৃঙ্খল প্রক্রিয়া, যা উদ্বায়ী যৌগের মিশ্রণ দেয়। আবর্জনা ব্যবস্থাপনার সময় উপাদানগুলোকে এই মাধ্যমে বিপলিমারকরণ বিক্রিয়া করা যেতে পারে, উৎপাদিত উদ্বায়ী উপাদানগুলোকে বর্জ্য থেকে শক্তি প্রক্রিয়ায় কৃত্রিম জ্বালানি হিসেবে পোড়ানো হয়। অন্যান্য পলিমারের জন্য তাপীয় বিপলিমারকরণ বিক্রিয়া হল একটি একক পণ্য বা সীমিত পরিসরের পণ্য প্রদানের একটি আদেশকৃত প্রক্রিয়া, এই রূপান্তরগুলো সাধারণত আরও মূল্যবান এবং কিছু প্লাস্টিক পুনর্নবীকরণ প্রযুক্তির উপর ভিত্তি তৈরি করে।
বেশিরভাগ পলিমার-জাতীয় পদার্থের জন্য তাপীয় বিপলিমারকরণ বিক্রিয়া বিশৃঙ্খল পদ্ধতিতে এগিয়ে যায়, এলোমেলো শৃঙ্খল ছিদ্র দিয়ে উদ্বায়ী যৌগের মিশ্রণ দেওয়া হয়। ফলাফলটি বিস্তৃতভাবে পাইরোলাইসিসের অনুরূপ, যদিও উচ্চ তাপমাত্রায় গ্যাসীকরণ ঘটে। এই প্রতিক্রিয়াগুলো আবর্জনা ব্যবস্থাপনার সময় দেখা যায় বর্জ্য থেকে শক্তি প্রক্রিয়ায় কৃত্রিম জ্বালানী হিসেবে পণ্যগুলো পোড়ানো হয়। প্রারম্ভিক পলিমারকে কেবল জ্বালিয়ে দেওয়ার তুলনায় বিপলিমারকরণ বিক্রিয়া একটি উচ্চতর গরম করার মান সহ একটি উপাদান দেয় যা আরও দক্ষতার সাথে পোড়ানো যায় এবং বিক্রিও করা যেতে পারে। জ্বাল দেওয়ার ফলে ক্ষতিকারক ডাইঅক্সিন এবং ডাইঅক্সিনের মতো যৌগও তৈরি হতে পারে এবং নিরাপদে সঞ্চালনের জন্য বিশেষভাবে নকশা করা চুল্লি এবং নির্গমন নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থার প্রয়োজন হয়। যেহেতু এটি শক্তি-গ্রাহক হওয়ায় বিপলিমারকরণ বিক্রিয়ার ধাপে তাপের প্রয়োজন হয়, সেহেতু এইভাবে সরাসরি পোড়ানোর তুলনায় শক্তির দক্ষতার চূড়ান্ত ভারসাম্য খুব শক্ত হতে পারে এবং এটি সমালোচনার বিষয় হয়ে উঠেছে।
অনেক কৃষি ও পশুর বর্জ্য প্রক্রিয়াজাত করা যেতে পারে, তবে এগুলো প্রায়শই ইতিমধ্যেই সার, পশুখাদ্য এবং কিছু ক্ষেত্রে কাগজ কলের ফিডস্টক হিসেবে বা নিম্নমানের বয়লার জ্বালানী হিসেবে ব্যবহৃত হয়। তাপীয় বিপলিমারকরণ বিক্রিয়া এগুলোকে আরও অর্থনৈতিকভাবে মূল্যবান উপকরণে রূপান্তর করতে পারে। অসংখ্য বায়োমাস থেকে তরল প্রযুক্তি তৈরি করা হয়েছে। সাধারণভাবে, জৈব রাসায়নিক পদার্থে অক্সিজেন পরমাণু থাকে যা তাপীয় বিশ্লেষণের সময় ধরে রাখা হয়, যা ফেনল এবং ফুরান সমৃদ্ধ তরল পণ্য দেয়। এগুলোকে আংশিকভাবে জারিত হিসেবে দেখা যেতে পারে এবং নিম্ন-মানের জ্বালানি তৈরি করতে পারে। উদতাপীয় তরলীকরণ প্রযুক্তিগুলো তাপ প্রক্রিয়াকরণের সময় বায়োমাসকে আর্দ্রতাশূন্য করে যাতে আরও শক্তি সমৃদ্ধ পণ্য প্রবাহ তৈরি হয়। একইভাবে, গ্যাসীকরণ হাইড্রোজেন উৎপন্ন করে, যা একটি অত্যন্ত উচ্চ শক্তির জ্বালানি।
প্লাস্টিক বর্জ্যে বেশিরভাগ পণ্য প্লাস্টিক থাকে এবং পৌরসভার বর্জ্য থেকে সক্রিয়ভাবে বাছাই করা যেতে পারে। মিশ্র প্লাস্টিকের পাইরোলাইসিস গ্যাস এবং সুগন্ধযুক্ত তরল সহ রাসায়নিক পণ্যের (প্রায় ১ থেকে ১৫ কার্বন পরমাণুর মধ্যে) মোটামুটি বিস্তৃত মিশ্রণ দিতে পারে। অনুঘটক একটি উচ্চ মূল্যের সঙ্গে একটি ভাল সংজ্ঞায়িত পণ্য দিতে পারে। একইভাবে, এলপিজি পণ্য দেওয়ার জন্য হাইড্রোক্র্যাকিং নিযুক্ত করা যেতে পারে। পিভিসি এর উপস্থিতি সমস্যাযুক্ত হতে পারে, কারণ এর তাপীয় পলিমারকরণ বিক্রিয়া প্রচুর পরিমাণে হাইড্রোজেন ক্লোরাইড তৈরি করে, যা সরঞ্জামগুলোকে ক্ষয় করতে পারে এবং পণ্যগুলোর অবাঞ্ছিত ক্লোরিনেশন ঘটাতে পারে। এটি অবশ্যই বাদ দিতে হবে বা ডিক্লোরিনেশন প্রযুক্তি স্থাপন করে এর জন্য ক্ষতিপূরণ দিতে হবে। পলিথিন এবং পলিপ্রোপিলিন বিশ্বব্যাপী প্লাস্টিক উৎপাদনের অর্ধেকেরও কম এবং বিশুদ্ধ হাইড্রোকার্বন হওয়ায় জ্বালানিতে রূপান্তরের সম্ভাবনা বেশি। প্লাস্টিক-থেকে-জ্বালানি প্রযুক্তি ঐতিহাসিকভাবে প্লাস্টিক সংগ্রহ ও বাছাই করার খরচ এবং উৎপাদিত জ্বালানির তুলনামূলকভাবে কম মূল্যের কারণে অর্থনৈতিকভাবে লাভজনক হওয়ার জন্য সংগ্রাম করেছে। বড় গাছগুলোকে ছোট গাছের চেয়ে বেশি লাভজনক হিসেবে দেখা হয়, কিন্তু নির্মাণের জন্য আরও বিনিয়োগের প্রয়োজন হয়।
পদ্ধতিটি গ্রিনহাউজ গ্যাস নির্গমনে একটি হালকা খরচ-হ্রাস ঘটাতে পারে, যদিও অন্যান্য গবেষণা এই বিষয়ে বিতর্ক করে। উদাহরণস্বরূপ, রেনল্ডস তাদের নিজস্ব হেফটি এনার্জিব্যাগ প্রোগ্রামে প্রকাশিত একটি ২০২০ গবেষণায় গ্রিনহাউজ গ্যাস নির্গমন পরিমাণ দেখায়। এই সমীক্ষায় দেখা গেছে যখন দোলনা থেকে কবর পর্যন্ত সমস্ত শক্তি খরচ মেলে, তখন সিমেন্টের ভাটিতে পোড়ানো অনেক বেশি উন্নত ছিল। সিমেন্ট ভাটা জ্বালানী একটি +৯০৫ কেজি এর তুলনায় -৬১.১ কেজি স্কোর সমতুল্য। এটি ভাগাড় হ্রাস বনাম ভাটা জ্বালানির পরিপ্রেক্ষিতে অনেক খারাপ কাজ করেছে। অন্যান্য গবেষণায় নিশ্চিত করা হয়েছে যে প্লাস্টিক পাইরোলাইসিস থেকে জ্বালানী প্রোগ্রামগুলো আরও শক্তি নিবিড়।
টায়ার বর্জ্য ব্যবস্থাপনায় টায়ার পাইরোলাইসিসও একটি বিকল্প। টায়ার রাবার পাইরোলাইসিস থেকে প্রাপ্ত তেলে উচ্চ সালফার উপাদান থাকে, যা এটিকে দূষণকারী হিসেবে উচ্চ সম্ভাবনা দেয় এবং ব্যবহারের আগে হাইড্রোডেসালফারাইজেশন করা প্রয়োজন হয়। ক্ষেত্রটি আইনী, অর্থনৈতিক এবং বিপণন বাধার সম্মুখীন। বেশিরভাগ ক্ষেত্রেই টায়ারগুলোকে টায়ার থেকে প্রাপ্ত জ্বালানী হিসেবে পুড়িয়ে ফেলা হয়।
পৌর বর্জ্যের তাপীয় শোধনে প্লাস্টিক এবং বায়োমাস সহ অনেক বিস্তৃত যৌগের পলিমারকরণ বিক্রিয়া জড়িত থাকতে পারে। প্রযুক্তির মধ্যে সাধারণ জ্বাল দেওয়ার পাশাপাশি পাইরোলাইসিস, গ্যাসীকরণ এবং প্লাজমা গ্যাসীকরণ অন্তর্ভুক্ত থাকতে পারে। এগুলো সব মিশ্রিত এবং দূষিত ফিডস্টক মিটমাট করতে সক্ষম। এর প্রধান সুবিধা হল বর্জ্যের পরিমাণ হ্রাস করা, বিশেষ করে ঘনবসতিপূর্ণ এলাকায় নতুন আবর্জনাভূমির জন্য উপযুক্ত পার্শ্বগুলোর অভাব। অনেক দেশে জ্বালানি পুনরুদ্ধারের সাথে আগুন জ্বালানো সবচেয়ে সাধারণ পদ্ধতি হিসাবে রয়ে গেছে, আরও উন্নত প্রযুক্তি প্রযুক্তিগত এবং ব্যয়ের প্রতিবন্ধকতার দ্বারা বাধাগ্রস্ত হচ্ছে।
একক বা সীমিত পরিসরের পণ্য দেওয়ার জন্য কিছু উপাদান তাপীয়ভাবে একটি সুশৃঙ্খল পদ্ধতিতে পচে যায়। বিশুদ্ধ উপাদান হওয়ার কারণে এগুলো সাধারণত বিশৃঙ্খল তাপীয় বিপলিমারকরণ বিক্রিয়া দ্বারা উৎপাদিত মিশ্রণের চেয়ে বেশি মূল্যবান। প্লাস্টিকের জন্য এটি সাধারণত প্রারম্ভিক মনোমার এবং যখন এটি পুনরায় তাজা পলিমারে পুনর্ব্যবহৃত হয় তখন একে ফিডস্টক পুনর্ব্যবহার করা হয়। অনুশীলনে, সমস্ত বিপলিমারকরণ বিক্রিয়া প্রতিক্রিয়া সম্পূর্ণরূপে কার্যকর হয় না এবং কিছু প্রতিযোগিতামূলক পাইরোলাইসিস প্রায়শই পরিলক্ষিত হয়।
বায়োরিফাইনারি কম মূল্যের কৃষি ও পশুর বর্জ্যকে দরকারী রাসায়নিকগুলোতে রূপান্তর করে। হেমিসেলুলোজের অ্যাসিড অনুঘটক তাপীয় চিকিৎসার মাধ্যমে ফুরফুরালের শিল্প উৎপাদন এক শতাব্দীরও বেশি সময় ধরে চলছে। বিটিএক্স এবং অন্যান্য অ্যারোমেটিক্স যৌগগুলির সম্ভাব্য উৎপাদনের জন্য লিগনিন উল্লেখযোগ্য গবেষণার বিষয়, যদিও এই ধরনের প্রক্রিয়াগুলো এখনও কোন দীর্ঘস্থায়ী সাফল্যের সাথে বাণিজ্যিকীকরণ করা হয়নি।
টেফলন, নাইলন ৬, পলিস্টাইরিন এবং পিএমএমএ এর মতো কিছু পলিমার তাদের প্রারম্ভিক মনোমার দেওয়ার জন্য পলিমারকরণ বিক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যায়। এগুলোকে আবার নতুন প্লাস্টিকে রূপান্তরিত করা যেতে পারে, এটি একটি প্রক্রিয়া যাকে রাসায়নিক বা ফিডস্টক পুনর্ব্যবহারযোগ্য বলা হয়। তাত্ত্বিকভাবে এটি অসীম পুনর্ব্যবহারযোগ্যতা প্রদান করে তবে এটি আরও ব্যয়বহুল এবং প্লাস্টিক পুনর্ব্যবহারযোগ্য অন্যান্য রূপের তুলনায় উচ্চতর কার্বন পদচিহ্ন রয়েছে, তবে বাস্তবে এটি এখনও দূষণের কারণে বাস্তব জগতে বিশুদ্ধ পলিমার উৎপাদনের তুলনায় উচ্চ শক্তি খরচে একটি নিম্নমানের পণ্য উৎপাদন করে।
যদিও বর্তমানে খুব কমই নিযুক্ত করা হয়, তবে কয়লা গ্যাসীকরণ ঐতিহাসিকভাবে বৃহৎ পরিসরে সঞ্চালিত হয়েছে। তাপীয় বিপলিমারকরণ বিক্রিয়া অন্যান্য প্রক্রিয়াগুলির মতো, যা জ্বালানী তৈরির জন্য একটি প্রধান পদক্ষেপ হিসাবে অতি উত্তপ্ত পানি ব্যবহার করে, যেমন সরাসরি হাইড্রোথার্মাল তরলীকরণ। এগুলো পাইরোলাইসিসের মতো পলিমারকরণ বিক্রিয়া করার জন্য শুকনো উপকরণ ব্যবহার করে প্রক্রিয়া থেকে আলাদা করে। থার্মোকেমিক্যাল রূপান্তর (টিসিসি) শব্দটি অতি উত্তপ্ত পানি ব্যবহার করে জৈব পদার্থকে তেলে রূপান্তরের জন্যও ব্যবহার করা হয়েছে, যদিও এটি সাধারণত পাইরোলাইসিসের মাধ্যমে জ্বালানি উৎপাদনে প্রয়োগ করা হয়। নেদারল্যান্ডসে শুরু হওয়ার কারণে একটি প্রদর্শনী উদ্ভিদ তেলে প্রতিদিন ৬৪ টন বায়োমাস (শুকনো ভিত্তিতে) প্রক্রিয়া করতে সক্ষম বলে জানা যায়। তাপীয় বিপলিমারকরণ বিক্রিয়ার সাথে এটির পার্থক্য হচ্ছে যে এটিতে একটি জলীয় প্রক্রিয়া রয়েছে যার পরে একটি নির্জল ক্র্যাকিং/পাতন প্রক্রিয়া রয়েছে।
এস্টার এবং অ্যামাইডের মতো ক্লিভেবল দলের ঘনীভবন পলিমারগুলোকেও আর্দ্র বিশ্লেষণ বা সলভোলাইসিস দ্বারা সম্পূর্ণরূপে বিপলিমারকরণ বিক্রিয়া করা যেতে পারে, এটি একটি সম্পূর্ণ রাসায়নিক প্রক্রিয়া হতে পারে তবে এনজাইম দ্বারাও প্রচারিত হতে পারে। এই ধরনের প্রযুক্তি তাপীয় বিপলিমারকরণ বিক্রিয়ার তুলনায় কম উন্নত, কিন্তু এতে কম শক্তি খরচের সম্ভাবনা রয়েছে। এখন পর্যন্ত পলিথিন টেরেফথালেট সবচেয়ে বেশি অধ্যয়ন করা পলিমার হয়েছে। পরামর্শ দেওয়া হয়েছে যে বর্জ্য প্লাস্টিক জীবাণু প্রক্রিয়ার মাধ্যমে অন্যান্য মূল্যবান রাসায়নিক পদার্থে (অগত্যা মনোমার নয়) রূপান্তরিত হতে পারে, এই ধরনের প্রযুক্তি এখনও এর প্রাথমিক অবস্থায় রয়েছে।