اختصاصی بسپار/ تبدیل پسماند پلیالفینی به سوخت جت؛ پژوهشگران به بازده ۸۴ درصدی رسیدند
گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار/ایران پلیمر پژوهشگران روشی تازه برای تبدیل پسماند پلیاتیلن سنگین (High-Density Polyethylene/HDPE) به ترکیبات مناسب سوخت جت توسعه دادهاند؛ روشی که هم بازده تولید سوخت را میافزاید و هم میتواند به کاهش آلودگی ناشی از پسماندهای پلاستیکی کمک کند.
تبدیل گرمایی پسماند پلاستیکی به سوخت سالهاست بهعنوان جایگزینی برای سوختهای فسیلی مورد توجه قرار گرفته است. در این میان، استفاده از فرایند تَفکافت (Pyrolysis) برای پلیالفینها به کمک یاریگرها میتواند انرژی مورد نیاز برای شکست گرمایی زنجیرههای بسپاری را بهطور قابل توجهی بکاهد. زئولیتها (Zeolites) نیز بهویژه برای تولید هیدروکربنهای مناسب سوخت جت نقش مهمی دارند.
روش جدید؛ تبدیل HDPE به سوخت جت با یاریگر آهن/بتا
در این پژوهش، از کاتالیزگر Fe/Beta استفاده شده که با آغشتهسازی زئولیت Beta با نسبت SiO2:Al2O3 برابر با ۳۰ ساخته شده است. در این روش، دکالین (Decalin) که هم حلال و هم یکی از اجزای مستقیم سوخت محسوب میشود، در حضور یاریگر Fe-zeolite وارد واکنش با HDPE میشود و نفتی با ارزش گرمایی بالا تولید میکند که قابلیت استفاده در سوخت جت را دارد.
پژوهشگران توانستند با این روش به بازده تولید روغن معادل هشتادوچهار درصد وزنی برسند.
کارکرد بهتر نسبت به یاریگرهای تجاری
در مرحله توسعه این روش، پژوهشگران یاریگرهای مختلف با بارگذاریهای متفاوت آهن را بررسی کردند.
بهترین کارکرد مربوط به یاریگری با ده درصد وزنی آهن بود که با نام 10Fe/Beta معرفی شد. این یاریگر در دمای ۳۰۰ درجه سلسیوس و طی ۹۰ دقیقه، بازده روغن ۸۴ درصد وزنی ایجاد کرد. این مقدار از کارکرد زئولیت Beta تجاری بدون آهن بهتر بود؛ زیرا آن یاریگر تنها ۷۴/۲ درصد وزنی نفت تولید میکرد که بیشتر شامل هیدروکربنهای محدوده بنزین بود. در مقابل، محصول حاصل از 10Fe/Beta عمدتا در محدوده کربنی C8 تا C16 قرار داشت؛ محدودهای که برای سوخت جت بسیار مناسب محسوب میشود.
سه مرحله اصلی فرایند مایعسازی گرمایی
فرایند مایعسازی گرمایی در حلال (Solvent Thermal Liquefaction/STL) شامل سه مرحله اصلی است:
• وابسپارش و شکست زنجیرهها (Depolymerization/Cracking)
• شکست مولکولی (Dissociation)
• بازترکیب (Recombination)
در این فرایند، HDPE ذوب میشود و تحت واکنشهای پروتوندهی و شکست β قرار میگیرد. همزمان، جایگاههای اسیدی لوییس (Lewis Acid Sites) پیوندهای C-H را فعال میکنند و تشکیل رادیکالها را افزایش میدهند.
دکالین نیز بهعنوان حلال دهنده هیدروژن عمل میکند. این ماده طی واکنش دچار دهیدروژناسیون شده و به تترالین (Tetralin) تبدیل میشود و در همین حین، هیدروژن را از سطح یاریگر آزاد میکند.
کاهش آروماتیکها و بهبود کیفیت سوخت
پژوهشگران میگویند فرایند STL برخی مشکلات رایج تفکافت را کاهش میدهد؛ از جمله واکنشهای ثانویهای مانند دهیدروژناسیون شدید و تراکم مولکولی که معمولا منجر به تشکیل ترکیبات آروماتیکی اضافی و کک میشوند. استفاده از دکالین باعث شده تشکیل ترکیبات آروماتیکی و هیدروکربنهای غیراشباع تا حد زیادی مهار شود و در نتیجه کیفیت سوخت نهایی بهبود یابد.
سوختی با ارزش گرمایی بالا
نتایج نشان داد سوخت مایع تولیدشده عمدتا شامل سیکلوآلکانها (Cycloalkanes) و آلکانها (Alkanes) است.
در این میان، سهم هیدروکربنهای C8 تا C16 به حدود ۹۶/۹ درصد سطحی رسید و ارزش گرمایی بالا (High Heating Value/HHV) محصول نیز حدود ۴۴/۵ مگاژول بر کیلوگرم اندازهگیری شد.
پژوهشگران این کارکرد را ناشی از پراکندگی یکنواخت نانوذرات آهن و تنظیم مناسب اسیدیته یاریگر میدانند؛ ویژگیهایی که فعالیت یاریگری را تقویت کرده و کیفیت سوخت نهایی را بهبود دادهاند.
به باور پژوهشگران، این روش میتواند مسیر تازهای برای تبدیل پسماند پلیاولفینی به سوختهای باارزش و کاهش وابستگی به منابع فسیلی ایجاد کند.
