डिग्रेडेबल प्लास्टिक्स के पीछे विज्ञान और समाधान की खोज #
पॉलीमर सामग्री, विशेष रूप से प्लास्टिक्स, आधुनिक उद्योग और दैनिक जीवन के अभिन्न अंग हैं। हालांकि, उनकी टिकाऊपन और प्राकृतिक विघटन के प्रति प्रतिरोध ने महत्वपूर्ण पर्यावरणीय चुनौतियाँ उत्पन्न की हैं। यह लेख प्लास्टिक विघटन के तंत्र, डिग्रेडेबल प्लास्टिक्स के विकास, और मुख्य जैव-विघटनशील सामग्री श्रेणियों में गहराई से चर्चा करता है।
पॉलीमर विघटन के तंत्र #
पॉलीमर सामग्री उत्पादन, प्रसंस्करण, और उपयोग के दौरान बाहरी कारकों के कारण विभिन्न प्रकार के विघटन से गुजर सकती हैं। इनमें शामिल हैं:
- थर्मल क्रैकिंग
- मैकेनिकल क्रैकिंग
- फोटोलीसिस
- रेडिएशन क्रैकिंग
- ऑक्सीडेटिव क्रैकिंग
- जैविक क्रैकिंग
- रासायनिक क्रैकिंग
अक्सर, कई प्रकार के विघटन एक साथ होते हैं। इनमें से, ऑक्सीडेटिव क्रैकिंग सबसे अधिक प्रचलित है, खासकर जब पॉलीमर हवा के संपर्क में होते हैं। पॉलीमर उत्पादों की संरचनात्मक मजबूती और सेवा जीवन बढ़ाने के लिए इन कारकों को नियंत्रित करना सामग्री विज्ञान में एक प्रमुख चुनौती है।
पॉलीमर विकास में दोहरी मार्ग #
प्लास्टिक्स उद्योग की तीव्र प्रगति के साथ, अनुसंधान दो मुख्य दिशाओं पर केंद्रित है:
- पॉलीमर स्थिरता बढ़ाना ताकि उत्पाद का जीवनकाल लंबा हो और विघटन में देरी हो।
- विघटन को तेज करना ताकि ठोस कचरे से पर्यावरणीय प्रदूषण को कम किया जा सके, विशेष रूप से जब वैश्विक प्लास्टिक प्रतिबंध नीतियाँ अधिक सामान्य हो रही हैं।
दूसरे मार्ग ने विभिन्न डिग्रेडेबल सामग्री के विकास को जन्म दिया है, जिनमें जैव-विघटनशील, फोटो-विघटनशील, थर्मल-विघटनशील, और रासायनिक-विघटनशील प्लास्टिक्स शामिल हैं।
प्लास्टिक्स की पर्यावरणीय चुनौती #
प्लास्टिक्स सर्वव्यापी हो गए हैं, लेकिन उनकी उच्च रासायनिक स्थिरता का अर्थ है कि वे अम्ल, क्षार, फफूंदी, और संक्षारण का विरोध करते हैं। जब इन्हें दफनाया जाता है, तो वे सदियों तक टिक सकते हैं, जिससे कचरे और पर्यावरणीय खतरों में वृद्धि होती है। प्लास्टिक प्रदूषण को कम करने की आवश्यकता ने विकल्पों की खोज को प्रेरित किया है, विशेष रूप से पैकेजिंग और लंच बॉक्स जैसे डिस्पोजेबल आइटम्स के लिए।
डिग्रेडेबल प्लास्टिक्स क्या हैं? #
डिग्रेडेबल प्लास्टिक्स को विशिष्ट परिस्थितियों में टूटने के लिए डिज़ाइन किया गया है। प्लास्टिक पॉलीमर की स्थिरता उनके आणविक संरचना में निहित है—कार्बन परमाणुओं की लंबी श्रृंखलाएँ जो मजबूत कार्बन-कार्बन बंधों से जुड़ी होती हैं। यह प्राकृतिक विघटन को कठिन बनाता है। हालांकि, तीन मुख्य विघटन विधियाँ प्रभावी साबित हुई हैं:
- जैव-विघटन
- रासायनिक विघटन
- फोटो-विघटन
वैज्ञानिकों ने प्रत्येक विधि के लिए उपयुक्त प्लास्टिक्स संश्लेषित किए हैं, जैसे जैव-विघटनशील, रासायनिक-विघटनशील, और फोटो-विघटनशील प्लास्टिक्स, जो “सफेद प्रदूषण” के खिलाफ लड़ाई में योगदान देते हैं।
जैव-विघटनशील प्लास्टिक्स #
जैव-विघटनशील प्लास्टिक्स प्राकृतिक वातावरण जैसे मिट्टी या कंपोस्ट में सूक्ष्मजीवों और एंजाइमों की क्रिया से विघटित होने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। अंततः, वे कार्बन डाइऑक्साइड (CO2), मीथेन (CH4), पानी (H2O), खनिज अकार्बनिक लवण, और नई जैव द्रव्यमान में टूट जाते हैं।
प्रयोग:
- पौधों की सुरक्षा के लिए कवर जो प्रत्यारोपण के बाद मिट्टी में विघटित हो जाते हैं
- डिग्रेडेबल सर्जिकल धागे जो शरीर में कुछ महीनों में गायब हो जाते हैं
चुनौतियाँ:
- पारंपरिक प्लास्टिक्स की तुलना में उच्च उत्पादन लागत
जैव-विघटनशील प्लास्टिक्स बनाने के तरीके:
- स्टार्च जोड़ना: स्टार्च मिलाने से कार्बन श्रृंखला कमजोर होती है, जिससे सूक्ष्मजीवों के लिए पचाना आसान हो जाता है, और यह पानी और CO2 में विघटित हो जाता है।
- जेली जैसे स्टार्च और एडिटिव्स: 40–50% जेली जैसे स्टार्च या ऑर्गेनोसिलिकॉन कपलिंग एजेंट और असंतृप्त फैटी एसिड के साथ उपचारित स्टार्च जोड़ना। यह तरीका महंगा और धीमा है, कंपोस्टिंग परिस्थितियों में पूरी तरह विघटन में 3–5 साल लगते हैं।
- स्टार्च और पॉलीकैप्रोलैक्टम: इन सामग्रियों को मिलाने से विघटन समय कम हो जाता है, जो सर्जिकल सुतुर जैसे उत्पादों के लिए उपयुक्त है, लेकिन लागत अधिक होती है।
प्राकृतिक अपशिष्ट सामग्री जैसे चावल के भूसे और लकड़ी के गूदा का उपयोग करके लागत कम करने के प्रयास जारी हैं।
रासायनिक-विघटनशील प्लास्टिक्स #
रासायनिक-विघटनशील प्लास्टिक्स में विशेष पैकेजिंग होती है—स्टार्च जो ऑक्सीकरण एजेंटों को घेरती है। जब इन्हें दफनाया जाता है, तो बैक्टीरिया स्टार्च को खा जाते हैं, जिससे एक छिद्रयुक्त खोल बनता है। फिर ऑक्सीडेंट मिट्टी के लवणों और पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिससे प्लास्टिक के कार्बन-कार्बन बंध टूट जाते हैं।
फायदे:
- कम लागत
- प्रभावी विघटन (लगभग 6 महीनों में पाउडर में, आदर्श परिस्थितियों में कुछ वर्षों में पूरी तरह विघटित)
फोटो-विघटनशील प्लास्टिक्स #
फोटो-विघटनशील प्लास्टिक्स सूर्य के प्रकाश, विशेष रूप से पराबैंगनी प्रकाश के संपर्क में आने पर विघटित होते हैं। पॉलीमर श्रृंखला में हाइड्रॉक्सिल समूहों की उपस्थिति UV प्रकाश को कार्बन-कार्बन बंध तोड़ने की अनुमति देती है, जिससे श्रृंखला टूटती है।
विशेषताएँ:
- प्रारंभ में अवशेष और मलबा छोड़ते हैं; पूर्ण विघटन में कई साल लगते हैं
- लंबे समय तक सूर्य के प्रकाश की आवश्यकता होती है
- आमतौर पर खाद्य पैकेजिंग बैग के लिए उपयोग किया जाता है
जैव-विघटनशील सामग्री की मुख्य श्रेणियाँ #
1. PLA (पॉलीलैक्टिक एसिड) #
- स्रोत: लैक्टिक एसिड से पॉलीमरित
- विघटन: 55°C से ऊपर तापमान पर ऑक्सीजन और सूक्ष्मजीवों के साथ कंपोस्टेबल, CO2 और पानी में टूटता है
- गुण: बायोसुरक्षित, जैव-विघटनशील, अच्छी यांत्रिक मजबूती, संसाधन में आसान
- प्रयोग: पैकेजिंग, वस्त्र, कृषि फिल्में, बायोमेडिकल पॉलीमर
- सीमाएँ: विशिष्ट विघटन परिस्थितियों की आवश्यकता, लेकिन जैव-विघटनशील प्लास्टिक्स में लागत प्रभावी
2. PBS (पॉलीब्यूटिलीन सक्सिनेट) #
- स्रोत: सक्सिनिक एसिड और ब्यूटानेडियोल का संघनन (पेट्रोलियम या जैविक किण्वन से)
- विघटन: सूक्ष्मजीवों या एंजाइमों द्वारा आसानी से विघटित
- गुण: अच्छी जैव अनुकूलता, जैव अवशोषणीयता, ऊष्मा प्रतिरोध
- प्रयोग: पैकेजिंग फिल्में, टेबलवेयर, फोम पैकेजिंग, बोतलें, कृषि फिल्में, धीमी रिलीज सामग्री
- प्रकार: PBAT और PBSA, समान प्रदर्शन लेकिन कम अनुकूल प्रसंस्करण गुण
3. PBAT (पॉलीब्यूटिलीन एडिपेट टेरेफ्थेलेट) #
- स्रोत: अलिफैटिक एसिड और ब्यूटानेडियोल से उत्पादित (पेट्रोकेमिकल या जैविक किण्वन)
- गुण: थर्मोप्लास्टिक, अच्छी लचीलापन, विस्तार, ऊष्मा प्रतिरोध, प्रभाव प्रदर्शन, उत्कृष्ट फिल्म निर्माण क्षमता
- प्रयोग: डिस्पोजेबल पैकेजिंग फिल्में, कृषि फिल्में
- टिप्पणी: डिग्रेडेबल प्लास्टिक्स में व्यापक रूप से उपयोग और अच्छी तरह से शोधित
4. PHAs (पॉलीहाइड्रॉक्सीएल्कानोएट्स) #
- प्रकार: PHA, PHB (पॉलीहाइड्रॉक्सीब्यूटाइरेट) शामिल हैं
- विघटन: β-हाइड्रॉक्सीब्यूटिरिक एसिड, CO2, और पानी में पूरी तरह टूटता है
- गुण: उच्च ऊष्मा विरूपण तापमान, अच्छी जैव अनुकूलता, लेकिन संकीर्ण प्रसंस्करण सीमा, खराब थर्मल स्थिरता, उच्च भंगुरता
- प्रयोग: डिस्पोजेबल उत्पाद, चिकित्सा उपकरण, पैकेजिंग बैग, कंपोस्ट बैग, चिकित्सा सुतुर, मरम्मत उपकरण, पट्टियाँ, हड्डी पिन, नॉन-स्टिक फिल्में, स्टेंट्स