تولید سوخت مایع از ضایعات پلاستیکی پلی اتیلن سنگین
هدف از این تحقیق تعیین اثرات تغییرات قطر مبدل حرارتی بر حجم و خواص فیزیکی سوخت حاصل از زباله‌های پلاستیکی است. زباله‌های پلاستیکی با استفاده از روش کراکینگ حرارتی که مواد خام را بدون اکسیژن حرارت می‌دهد، به سوخت تبدیل می‌شوند. این فرایند از تراکم گاز در مبدل حرارتی زغال چوب و نفت تولید می‌کند. نوع پلاستیک استفاده شده در این فرایند ضایعات پلی اتیلن سنگین (HDPE) است. تغییرات قطر مبدل حرارتی مورد نظر بین 1/2، 3/4 و 1 اینچ است. خواص فیزیکی نیز شامل چگالی، ویسکوزیته و ارزش گرمایشی می‌شود. باتوجه به نتایج حاصل از آزمایشات، مشخص شد که چگالی نفت کوره تولید شده از ضایعات پلاستیکی افزایش قطر مبدل حرارتی را به حداقل می‌رساند. با این حال، حجم و ارزش گرمایشی سوخت تولید شده افزایش یافت. بطور کلی، خواص فیزیکیِ نفت پیرولیز پلاستیکی تولید شده از فرایند کراکینگ حرارتی ضایعات پلاستیکی به نمونه‌های بنزین شبیه است.
پلاستیک یک ماده مصنوعی است که در زندگی روزمره ما کاربرد زیادی دارد. پلاستیک از صنعت بسته بندی گرفته تا لوازم الکترونیکی، لباس و تجهیزات پزشکی به بخش جدایی ناپذیری از جامعه مدرن تبدیل شده است. با این حال، تولید و دفع پلاستیک نگرانی‌های زیست محیطی قابل توجهی را موجب شده است. پلاستیک از نفت که یک منبع تجدید ناپذیر است، تولید می‌شود که تولید آن به مقدار قابل توجهی انرژی نیاز داشته و موجب انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌شود. علاوه براین، ضایعات پلاستیکی سهم عمده‌ای در آلودگی اقیانوس‌ها دارند؛ به طوری که سالانه حدود هشت میلیون تن پلاستیک به اقیانوس‌ها ریخته می‌شود. این امر نه تنها به حیات دریایی آسیب می‌رساند، بلکه کل اکوسیستم را نیز تحت تاثیر قرار داده و به طور بالقوه حتی می‌تواند به سلامت انسان آسیب برساند. این دوام پذیری پلاستیک هم یک موهبت است و هم معضل. از یک طرف، این امکان را برای بسته بندی طولانی مدت محصولات فراهم می‌کند تا از کالاها درحین حمل و نقل محافظت کند. ازسوی دیگر، پلاستیک می‌تواند صدها سال در محیط باقی بماند که منجر به تجمع و آلودگی می‌شود. به منظور بررسی اثرات زیست محیطی پلاستیک، برای کاهش استفاده از پلاستیک، افزایش نرخ بازیافت و ترویج استفاده از جایگزین‌های زیست تخریب پذیر بسیار تلاش شده است. بسیاری از کشورها بر استفاده از کیسه‌های پلاستیکی ممنوعیت یا مالیات اعمال کرده‌اند و شرکت‌ها نیز درحال بررسی جایگزین پایدارتر برای محصولات خود هستند. همچنین مصرف کنندگان می‌توانند با انتخاب کیسه، بطری‌های آب و نی‌های قابل استفاده مجدد نقش داشته باشند. اگرچه پلاستیک بدون شک راحتی و رفاه را برای زندگی ما به ارمغان آورده است، اما بهتر است اثرات زیست محیطی آن را بشناسیم و برای به حداقل رساندن اثرات منفی آن گام برداریم. ما دست در دست هم می‌توانیم به راه‌حل‌های پایداری برسیم که نیازهای ما را با نیازهای ما محیط زیست متعادل کنند.
پلی اتیلن سنگین (HDPE) نوعی پلاستیک است که در برابر نشت و مواد شیمیایی مقاوم بوده و از استحکام و چقرمگی بالایی برخوردار است. از HDPE معمولا در کاربردهای مختلف ازجمله ساخت بطری شیر، ظروف غذا، لوله‌های آب، محصولات تمیزکننده و موارد دیگر استفاده می‌شود. از دیگر مزایای HDPE می‌توان به مقاومت در برابر خوردگی، قابلیت تمیز شوندگی بالا، ایمنی مواد غذایی و قابلیت بازیافت آن اشاره کرد. HDPE در محصولات مختلف همچون بطری‌های پلاستیکی، لوله‌ها، مصالح ساختمانی و اقلام مختلف خانگی را می‌توان بازیافت کرده و یا مجددا استفاده کرد. علاوه براین، پلی اتیلن سنگین در برابر اشعه ماوراء بنفش مقاوم است و برای کاربردهای خارج از منزل که مستقیما در معرض نور خورشید هستند مناسب است. همچنین از چگالی بالایی برخوردار است که استحکام فیزیکی و دوام آن را افزایش داده و آن را به یک انتخاب مطلوب در تامین نیازهای صنایع مختلف و مصرف کننده تبدیل می‌کند. با این حال، باید این نکته را درنظر گرفت که اگرچه HDPE دارای خواص طولانی مدتی بوده و قابل بازیافت است اما استفاده بیش از حد و دفع نادرست آن می‌تواند باعث ایجاد مشکلات زیست محیطی شود. بنابراین کاهش استفاده مداوم از پلاستیک HDPE و بازیافت آن با هدف به حداقل رساندن اثرات منفی بر محیط زیست ضروری است.
اندونزی به عنوان بزرگترین تولید کننده زباله‌های پلاستیکی در جهان، پس از چین، در رتبه دوم قرار دارد که می‌تواند آسیب‌های زیست محیطی جدی نیز موجب شود. دولت اندونزی متعهد به کاهش حجم ضایعات پلاستیکی ازطریق برنامه سه گانه 3R (کاهش، استفاده مجدد، بازیافت) تا 70 درصد تا سال 2025 شده است. مطالعات مختلفی با هدف کمک به مدیریت ضایعات پلاستیکی انجام شده است. مدل مدیریت یکپارچه پسماند پایدار (ISWM) بر نیاز به همکاری بین ذینفعان، دفع نهایی و واحدهای پردازش زباله تاکید دارد. به کاهش حجم زباله‌های پلاستیکی همچنین می‌توان ازطریق اعمال سیاست‌هایی که استفاده از کیسه‌های پلاستیکی را محدود می‌کند، همانطور که توسط چندین کشور ازجمله دانمارک، چین، بنگلادش، آفریقای جنوبی و بلژیک با ممنوعیت و وضع مالیات اجرا شده است، دست یافت.
فناوری به کار رفته در تبدیل زباله‌های پلاستیکی به نفت کوره ازطریق فرایند پیرولیز حرارتی است. مطالعات متعددی در زمینه تبدیل زباله‌های پلاستیکی به سوخت مایع با کیفیت بالا انجام شده است و انتظار می‌رود به نتایج امیدوارکننده‌ای برای توسعه بیشتر دست یابند. روش‌های بازیافت شیمیایی مانند پیرولیز پتانسیلِ افزایش قابل توجه نرخ بازیافت را با استفاده از مخلوط ضایعات پلاستیکی که با بازیافت مکانیکی قابل پردازش نیستند، دارد. پیرولیز یک جایگزین زیست سازگار برای سوزاندن و دفن نامناسب زباله است و همچنین می‌تواند مواد زائدی که به طور جداگانه و موثر جمع آوری نمی‌شوند مانند کامپوزیت‌ها، به ویژه در مراحل اولیه تولید که حجم کمتری دارند، را مدیریت کند. فرایند پیرولیز به تجزیه حرارتی مواد در یک محفظه بسته بدون وجود هوا اطلاق می‌شود. این فرایند برای پردازش انواع مواد ازجمله ضایعات پلاستیکی مناسب بوده و زیست سازگار است. اصل مهم پیرولیز حرارت دادن مواد در دماهای بالا بدون دخالت اکسیژن است. در این فرایند، مواد با وزن مولکولی بالا به مواد ساده‌تری مانند گازها، مایعات و کربن جامد تجزیه می‌شوند. در مقالات مختلف به محدوده دمای معمولی مورد استفاده برای مواد بین 1000-300 درجه سانتیگراد برای پیرولیز زباله‌های پلاستیکی اشاره شده است. محصولات حاصل از فرایند پیرولیز معمولا به عنوان نفت پیرولیز، کک پیرولیز (زغال چوب) و گاز پیرولیز شناخته می‌شوند. علاوه بر ترکیب شیمیایی، کمیّت و کیفیت محصولات پیرولیز نیز تحت تاثیر میزان رطوبت زیرلایه، اندازه ذرات ماده، دما و فشار فرایند، سرعت گرمایش و خواص کاتالیزوری مواد مورد استفاده درطی فرایند قرار می‌گیرند. روش‌های بازیافت شیمیایی مانند پیرولیز دارای پتانسیل افزایش چشمگیر نرخ بازیافت با استفاده از زباله‌های پلاستیکی مخلوط که با بازیافت مکانیکی قابل پردازش نیستند، است. پیرولیز یک جایگزین زیست سازگار برای سوزاندن و دفن نامناسب زباله است و همچنین می‌تواند مواد زائد را که به طور موثر و جداگانه جمع آوری نمی‌شوند مانند کامپوزیت‌ها مدیریت کند. با این حال، چالش‌های متعددی وجود دارد که بایستی برای اجرای موثر پیرولیز زباله‌های پلاستیکی مورد توجه قرار گیرد. این چالش‌ها شامل دسترسی محدود و کیفیت ناسازگار مواد اولیه، فرایندهای نامناسب و پرهزینه مرتب سازی مواد، عدم وجود بازار به دلیل فقدان محصولات استاندارد، و مقررات نامشخص در مدیریت زباله‌های پلاستیکی هستند. غلبه بر این چالش‌ها برای پذیرش موفقیت آمیز و توسعه پیرولیز به عنوان راه حل بازیافت زباله‌های پلاستیکی ضروری است. استفاده از زباله‌های پلاستیکی به عنوان سوخت پیشرفت‌های مختلفی را به خود دیده است ازجمله تولید نفت پلاستیک با استفاده از کاتالیزور.
در این تحقیق از ZSM-5 به عنوان کاتالیزور در یک راکتور دسته‌ای استفاده شد. در مطالعه دیگری بر روی تولید نفت از ضایعات پلاستیکی ازطریق تجزیه پیرولیز با تغییرات دمایی متفاوت تاکید شد. در این تحقیق به استفاده از کاتالیزور در فرایند اشاره نشده است. دماهای عملیاتی بین 150 تا 420 درجه سانتیگراد متغیر بود. محصول نهایی یک نفت پلاستیک قابل قیاس با نفت سفید بود که تقریبا حاوی 30 درصد محصول پیرولیز و مقدار قابل توجهی گوگرد بود. در اینجا تولید نفت از مواد پلاستیکی با استفاده از تکنیک‌های پیرولیز بدون کاتالیزور مورد بررسی قرار گرفت. آزمایشات تحت فشار اتمسفر با درجه حرارت از 150 تا 420 درجه سانتیگراد انجام شد. نفت حاصل شده به عنوان یک نوع نفت سفید شناسایی شد. محتوای گوگرد و ارزش حرارتی آن نیز با روش ASTM تعیین شده و با کروماتوگرافی گاز تجزیه و تحلیل شد.
حداکثر دمای راکتور و چگالی پیرولیزِ نفت پلاستیک با افزایش قطر مبدل حرارتی کاهش می‌یابد. با این حال، حجم و ارزش حرارتی سوخت حاصل افزایش خواهد یافت. انتظار می‌رود این تحقیق یکی از راهکارهای غلبه بر معضل ناشی از انباشت زباله‌های پلاستیکی بوده و خروجی آن نیز تولید سوخت باشد.
