محققین فناوری غشایی جدیدی را ایجاد کردهاند که امکان حذف مؤثرتر دیاکسید کربن (CO2) از گازهای مخلوط نظیر انتشار گاز از نیروگاهها را فراهم میکند. Rich Spontak، نویسنده همکار مقاله میگوید: برای نشان دادن توانایی غشای جدیدمان، مخلوط گازهای CO2 و نیتروژن را بررسی کردیم؛ زیرا مخلوط این دو گاز خصوصاً در زمینه کاهش انتشار گازهای گلخانهای از نیروگاهها مرتبط است. همچنین نشان دادیم که میتوانیم گزینشپذیری غشاها را جهت حذف CO2 به شدت بهبود بخشیم. در حالی که نفوذپذیری CO2 را نسبتاً بالا حفظ کنیم. Spontak استاد برجسته مهندسی شیمی و زیستمولکولی و استاد علوم و مهندسی مواد در دانشگاه کارولینای شمالی میگوید: ما همچنین مخلوط CO2 و متان را که برای صنعت گاز طبیعی مهم است، بررسی کردیم. علاوه بر این، غشاهای فیلترکننده CO2 را میتوان در هر شرایطی که نیاز به حذف CO2 از گازهای مخلوط شده باشد استفاده کرد، چه کاربردهای زیستپزشکی و یا پاکسازی (جذب) CO2 از هوا در یک زیردریایی. غشاها یک فناوری جذاب برای حذف CO2 از گازهای مخلوط هستند؛ زیرا فضای زیادی را اشغال نمیکنند. میتوانند در اندازههای مختلف ساخته شوند و به آسانی قابل تعویض هستند. فناوری دیگری که اغلب برای حذف CO2 استفاده میشود جذب شیمیایی است که شامل حبابزایی (Bubbling) مخلوطهای گازی از طریق ستون حاوی آمین مایع است که CO2 را از گاز حذف میکند. با این حال فناوریهای جذب دارای ردپای قابل توجه بزرگتری هستند و آمینهای مایع معمولاً سمی و خورنده هستند. این فیلترهای غشایی با اجازه دادن به CO2 سریعتر از سایر اجزای مخلوط عبور کرده و کار میکنند. در نتیجه گازی که از طرف دیگر غشا خارج میشود نسبت به گاز ورودی به غشا دارای CO2 بیشتری است. با گرفتن گازی که از غشا خارج میشود CO2 بیشتری نسبت به سایر گازهای تشکیلدهنده جذب میکنید. یک چالش دیرین برای چنین غشاهایی مبادله بین نفوذپذیری و گزینشپذیری بوده است. هرچه نفوذپذیری بیشتر باشد میتوانید گاز را با سرعت بیشتر از غشا عبور دهید. اما وقتی نفوذپذیری بالا میرود گزینشپذیری کاهش مییابد به این معنی که نیتروژن و سایر اجزا به سرعت از غشا عبور میکنند و نسبت CO2 به سایر گازهای مخلوط را کاهش میدهد. به عبارت دیگر زمانی که گزینشپذیری کاهش مییابد، CO2 نسبتاً کمتری را جذب میکنید. تیم تحقیقاتی از ایالات متحده و نروژ این مشکل را با رشد زنجیرههای پلیمری فعال شیمیایی دارای گروههای آبدوست و دیاکسید کربن دوست بر روی سطح غشاهای موجود برطرف کردند. این کار گزینشپذیری را افزایش میدهد. Marius Sandru نویسنده مقاله و پژوهشگر ارشد صنعت SINTEF در سازمان تحقیقات مستقل نروژ میگوید: به طور خلاصه با تغییر کمی در نفوذپذیری نشان دادیم که میتوانیم گزینشپذیری را تا حدود ۱۵۰ برابر افزایش دهیم. بنابراین ما CO2 بیشتر نسبت به انواع دیگر در مخلوطهای گازی جذب میکنیم. یکی دیگر از چالشهای پیش رو فیلترهای غشایی CO2، هزینه است. فناوریهای غشای قبلی هرچه مؤثرتر بودند، گرانتر بودند. Spontak میگوید: از آنجایی که ما میخواستیم فناوری ایجاد کنیم که از نظر تجاری قابل دوام باشد، فناوری ما با غشاهایی شروع شد که در حال حاضر در حال استفاده گسترده هستند. ما سپس سطح این غشاها را مهندسی کردیم تا گزینشپذیری را بهبود بخشیم. در حالی که این امر هزینه را افزایش میدهد ما فکر میکنیم که غشاهای اصلاح شده همچنان مقرون به صرفه خواهند بود. Sandru بیان کرد: قدمهای بعدی ما این است که مشاهده کنیم تکنیکهایی که در اینجا توسعه دادیم تا چه حد میتواند برای سایر پلیمرها به کار رود، تا نتایجی قابل مقایسه یا حتی برتر برای ارتقای فرآیند ساخت نانو داشته باشیم. صادقانه بگویم اگرچه نتایج در اینجا چیزی کم از هیجانانگیز نبوده است ما هنوز برای بهینهسازی این فرآیند تلاشی نکردهایم. مقاله ما نتایج مفهومی را اثبات میکند. محققان همچنین علاقهمند به بررسی کاربردهای دیگر هستند؛ از جمله این که آیا فناوری جدید غشایی میتواند در دستگاههای ونتیلاتور زیستپزشکی یا دستگاههای فیلتراسیون در بخش آبزی پروی استفاده شود. محققین میگویند که آماده همکاری با شرکای صنعتی برای بررسی هر یک از این سؤالات یا فرصتها برای کمک به کاهش تغییرات آب و هوایی جهانی و بهبود عملکرد دستگاه هستند.
منبع:
https://www.climatechange.ie
An integrated materials approach to ultrapermeable
همراهان عزیز میتوانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com
تکنیک جدید تولید همچنین اقتصاد برای خودروهای الکتریکی بازار انبوه را بهبود میبخشد.
لیف کربنی ده برابر قویتر از فولاد، تقریباً نصف وزن آلومینیوم و بسیار سفتتر از فایبرگلاس، دارای مجموعهای از مزایا است در حالی که آن را یک ماده ایدهآل برای استفاده در سدانهای لوکس (به خودروهای سواری معمولی یا اصطلاحاً صندوق دار میگویند که دارای سقف ثابت، صندوق عقب مجزا و دو ردیف صندلی بوده و میتواند دو یا چهار در داشته باشد. سدان متداولترین شکل طراحی بدنه خودرو است.) و اتومبیلهای مسابقه فرمول ۱ میسازد. به گفته Nicholas Rorrer، دانشمند آزمایشگاه ملی انرژیهای تجدیدپذیر (NREL)، اما هنوز هم برای اقتصادی شدن برای وسایل نقلیه بازار انبوه به تکامل نیاز دارد. او توضیح داد: لیف کربنی گران است. همچنین ساخت آن انرژیبر است، بنابراین کاملاً دوستدار گازهای گلخانهای (GHG) نیست. در حالی که لیف کربنی را به راحتی قابل بازیافت میسازد، میتواند در هر دو این زمینهها کمک کند.
فرآیند بازیافت در دمای اتاق آغاز شد
به لطف پیشرفتهای اخیر در طراحی مواد زیستی، بازیافت لیف کربنی در مقیاس صنعتی میتواند از قبل مهیا باشد. از طریق پروژهای که توسط دفتر فناوریهای خودرو دانشکده انرژی ایالات متحده پشتیبانی میشود، تحت Composites Core Program، Rorrer و سایر محققان NREL نشان دادهاند که ساخت کامپوزیتهای لیف کربنی با اپوکسیهای پایه زیستی و سختکنندههای انیدریدی باعث میشود که مواد کاملاً قابل بازیافت باشند از طریق ایجاد پیوندهایی که راحتتر تخریب میشوند. در واقع، فرآیند بازیافت – به نام متانولیز – میتواند به طور انتخابی در دمای اتاق بدون کاهش کیفیت یا آرایشیافتگی الیاف آغاز شود. این میتواند نشاندهنده گامی قوی به سمت یک ماده مدور (circular material) باشد که میتواند لیف کربنی را هنگام که در سرتاسر زندگیهای چندباره استفاده میشود، ارزانتر و سبزتر کند.
مزایای لیف کربنی در عین حال قوی و سبکوزن، ناشی از طراحی لایهای آن است. این یک ماده مرکب از رشتههای بلند کربن خالص و یک پوشش اپوکسی چسب مانند است که به عنوان ترموست شناخته میشود. هنگام پخت، مولکولها در رزین مایع به یکدیگر و اطراف رشتههای کربنی تابیده شده متصل میشوند در حالی که به شبکهای قوی و صلب تبدیل میشوند.
اما، ماهیت ترموست اپوکسی پخته شده باعث میشود تا این محصولات عالی به سختی از هم جدا شوند، به خصوص بدون آسیب جدی به رشتههای کربن. محصولات ساخته شده از لیف کربنی – علیرغم قیمت ممتازشان – اغلب در پایان عمر خود به همراه هر مزایای کارایی که ممکن است به دست آورده باشند به محل دفن زباله میروند.
در واقع، اگرچه لیف کربنی میتواند وزن یک خودروی سواری معمولی را به نصف کاهش دهد – بازده سوخت را تا به میزان ۳۵% افزایش میدهد – هر گونه مزایای بهرهوری به طور مؤثر با انرژی پر مصرف GHG که برای تولید آن استفاده می شود، جبران میشود. سنتز لیف کربنی شامل دمای بیش از ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد است.
این واقعیت Rorrer را به فکر فرو برد: “آیا راهی برای استفاده مجدد از لیف کربنی در طول عمر ماده چند منظوره به منظور بازیابی آن لیف و کسب ارزش و مزایای زیست محیطی بیشتر وجود دارد؟”
آزمایش با زیست توده
Rorrer و هم تیمیها شروع به آزمایش با این شیمی زیست توده کردند تا بفهمند که آیا میتواند یک اپوکسی جدید که برای قابلیت بازیافت طراحی میشود را تهیه کند. در مقایسه با هیدروکربنهای نفتی، زیستتوده حاوی مقادیر بالاتری از اکسیژن و نیتروژن است که مجموعه متفاوتی از امکانات شیمیایی را ارائه میدهد.
Rorrer توضیح داد: «ما اساساً رزینهای آمین اپوکسی – گرماسختهای امروزی در لیف کربنی – را با اپوکسی و انیدریدهای سنتز شده از زیست توده، عمدتاً از تبدیل بیولوژیکی و شیمیایی قندها، دوباره طراحی کردیم. ما نشان دادهایم که این رزین فرمولهشده میتواند تمام خواص مشابه در رزینهای آمین اپوکسی امروزی را حفظ کند و/یا از آن فراتر رود، اما همچنین آنها را با طراحی و در دمای اتاق قابل بازیافت میکند.»
با استفاده از یک کاتالیزور ویژه، تیم NREL به تجزیه رزین زیستی را در دمای اتاق قادر بود، فرآیندی که به نام “depolymerization” شناخته میشود. این به آنها اجازه داد تا رشتههای کربن را بازیابی کنند در حالی که کیفیت و تراز آنها را حفظ کنند.
بدون دخالت downcycling
Rorrer گفت: «ما در واقع میتوانیم کیفیت الیاف را در حداقل سه عمر مواد حفظ کنیم. “بنابراین ما نه تنها میتوانیم آن را بازیافت کنیم، بلکه میتوانیم آن را بدون هیچ آسیبی به خواص بازیافت کنیم. ما به هیچ وجه مواد را کاهش نمیدهیم.”
همراه با تحقیقات NREL در مورد اکریلونیتریل ارزان قیمت و پایه زیستی به عنوان پیشساز لیف کربنی که جایزه R&D 100 را در سال ۲۰۱۸ به دست آورد، پیشرفت در اپوکسی میتواند کمک زیادی به مقرون به صرفهتر کردن کامپوزیتهای لیف کربنی و سازگار با محیط زیست کند.
توانایی استخراج و بازیافت لیف کربنی میتواند این ماده را برای خودروهای الکتریکی انبوه اقتصادیتر کند در حالی که وزن و فضا را برای باتریها آزاد کند. همچنین ردپای GHG این ماده را حدود ۲۰ تا ۴۰ درصد کاهش میدهد. بهتر از آن، میتواند بدون افزایش هزینههای ساخت به همه اینها دست یابد زیرا Rorrer تخمین زد که اپوکسی NREL میتواند برای حدود همان قیمت مانند رزینهای اپوکسی آمین مبتنی بر نفت امروزی تولید شود.
Rorrer افزود: با استفاده از مواد اولیه زیستی به جای مواد اولیه پتروشیمی، ما مجبور نیستیم از انرژی اضافی برای بازسازی چشمگیر مواد شیمیایی آنها استفاده کنیم. این به ما امکان میدهد مواد پیشرفته را با عملکرد و مزایای زیستمحیطی دقیقتر، ارزانتر و موثرتر طراحی کنیم.
لینک خبر:
https://www.plasticstoday.com/automotive-and-mobility/plant-based-epoxy-enables-recyclable-carbon-fiber
همراهان عزیز میتوانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com
راه حل منطقی برای مدیریت پسماندهای پلاستیکی چیست؟
دو رویکرد برای رفع خسارتهای زیستمحیطی ناشی از انباشت زبالههای پلاستیکی:
یکی از چالشهای اساسی در آینده، کمبود منابع طبیعی و تغییرات آب و هوایی است. اقتصاد چرخشی نوعی مدل اقتصادی است که هدف آن بیشترین استفاده از منابع و کمینه نمودن ضایعات میباشد.
در مدل اقتصاد چرخشی مصرف منبع ورودی، ضایعات خروجی و اتلاف انرژی بهینه میشود این امر با اجاره و یا استفاده مجدد، تعمیر و بازیافت و یا ارتقای آن به مراحل بالاتر رخ میدهد.
در عمل، اقتصاد چرخشی به این معناست که پسماندهای حاصل از تولید به حداقل برسد. زمانی که یک محصول به انتهای عمر خود میرسد، مواد استفاده شده در این محصول در هر بخش از صنعت که آن را نیاز دارد، یکبار دیگر به کار گرفته میشوند. این مواد میتواند بارها و بارها به طور مولد مورد استفاده قرار بگیرد و از این رو ارزش بیشتری خلق کند.
اقتصاد چرخشی (Circular Economy)
مزایای اقتصاد چرخشی
بسیاری از منتقدان اقتصاد چرخشی ادعا میکنند با این شیوه پایداری، کیفیت زندگی مصرفکنندگان کاهش مییابد. حال آن که بسیاری از مدافعان متعقدند نه تنها کیفیت زندگی کاهش نمییابد بلکه میتوان اقتصاد چرخشی را بدون تحمل هزینه اضافی برای تولیدکنندگان محقق کرد که باید به این منظور مدل کسب و کار سازمان تغییر نماید.
بازیافت مکانیکی فقط میتواند ما را تا اینجا پیش ببرد، بنابراین برای رسیدن به اهداف زیست محیطی باید به روشهای پیشرفته بازیافت نگاه کنیم. اما مسیر سخت است!
ما به بستهبندی برای محافظت، امنیت مصرفکنندگان و استفاده مناسب از منابع مادی نیازمندیم. ما میخواهیم از موانعی که نفوذ گازها (دیاکسید کربن و اکسیژن) و رطوبت را برای محصولات حساس کاهش میدهد، استفاده کنیم. ما میخواهیم از رنگها و بازدارندههای UV (فرابنفش) برای جلوگیری از از دست دادن ویتامینها و طعم استفاده کنیم. حتی ممکن است بخواهیم بستهبندی خود را کمی روشن کنیم. در ادامه، ما میخواهیم بستهبندی خود را باز پس گیریم. تا زمانی که ظرفها، بطریها، کیسهها و… پس گرفته نشود؛ تلاش برای بازیافت موفقیتآمیز تلقی نمیشود و این امر خصوصاً در ایالات متحده همچنان یک چالش است.
اما پس از بازیابی با آن ها چه کار میکنیم؟
روش فعلی بازیابی، بازیافت مکانیکی است. این فرآیند مواد را بر اساس نوع (شیشه، فلز، کاغذ و پلاستیک) جدا میکند. امروزه تأسیس کارخانه بازیافت مکانیکی و بازیابی بسیاری از مواد برای استفاده مجدد نسبتاً آسان است.
با این حال با استفاده از پلاستیک ها، بازیافت مکانیکی فقط میتواند ما را تا همین نقطه کنونی پیش ببرد. چرا که ماهیت مواد اولیه نمیتوانند از پلیمر اصلی فاصله زیادی داشته باشند. موادی که ما برای افزایش عملکرد بستهها اضافه میکنیم – مانند نایلون، رنگ، مواد زداینده اکسیژن – میتوانند بر پردازش و شکلگیری پلیمرهای بازیافتی مکانیکی تأثیر منفی بگذارند.
این امر ما را به سطح جدیدی میرساند. برای اینکه بتوانیم چرخهای برای کار با بستهبندی ایجاد کنیم، باید فنآوریهای بازیافت شیمیایی پیشرفتهای داشته باشیم که کارساز و مقرون به صرفه باشند. بازیافت پیشرفته اجازه میدهد مواد اولیه بستهبندی پلاستیکی که از پلیمر اصلی منحرف شده و برای بازیافت مکانیکی نامطلوب هستند، به رزینهای با کیفیت برتر تبدیل شوند.
سه مرحله اصلی برای بازیافت پیشرفته وجود دارد که هر کدام از این مراحل سطح متفاوتی از تجزیه پلیمر و از لحاظ تئوری سطح متفاوتی از خلوص مورد نیاز مواد اولیه را ارائه میدهند:
چرا ما به آنچه می خواهیم نمیرسیم؟
این فناوریها با چالشهایی روبرو هستند که غلبه بر آنها زمانبر است. طبق Closed Loop Partnership، “از ۶۰ ارائهدهنده فناوری مورد بررسی، رسیدن به مقیاس رشد به طور متوسط ۱۷ سال طول کشیده است. به علاوه، شرکتهای کاملتر معمولاً آنهایی هستند که از زبالههای پلاستیکی، سوخت و مواد پتروشیمی تولید میکنند. شرکتهای تولیدکننده پلیمر، به طور متوسط در مراحل اولیه هستند.”
همچنین افزایش مقیاس تا سطح تولید دشوار است. بیشتر این فناوریها با یک فرضیه و ۱۰ گرم ماده در یک بشر در آزمایشگاه شروع میشوند. تبدیل این ایده به یک کارخانه صنعتی که قادر به تولید هزاران پوند در ساعت است، به منابع علمی، مهندسی و مالی و زمان زیادی نیاز دارد.
اگر بخواهیم پلاستیک خود را بازگردانیم، باید برنامههایی را برای هدایت این فناوریها تشویق، پشتیبانی و
سرمایهگذاری کنیم و از مواد تولید شده برای تقویت تقاضا استفاده کنیم.
Dan Durham مدیر خدمات فنی مشتری در PTI است. او دههها تجربه در زمینه بستهبندیهای پلاستیکی از طراحی تا فرآیندهای تزریق و قالبگیری بادی دارد. وی در حال حاضر تلاش خود را برای کمک به دارندگان مارکهای چند ملیتی در هدایت موفقیت آمیز پروژههای بستهبندی از مفهوم تا تجاری سازی و حمایت از اهداف پایداری آنها متمرکز کرده است.
PTI در سراسر جهان به عنوان منبع عمدهای برای طراحی نمونه اولیه و بستهبندی، توسعه بسته، نمونهسازی سریع، نمونهسازی قبل از تولید و مهندسی ارزیابی مواد برای صنعت بستهبندی پلاستیک شناخته شده است. برای اطلاعات بیشتر به سایت www.pti-usa.com مراجعه نمایید.
منبع خبر:
https://www.plasticstoday.com/packaging/how-get-plastic-packaging-back-circular-economy
همراهان عزیز میتوانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com