پلیمر زیست پایه ای که می تواند جایگزین PET شود!
بسپار/ ایران پلیمر بیش از هفتاد سال از زمانی که پلی اتیلن فورانُئات (PEF) در آزمایشگاه اختراع شد، میگذرد. با وجود خواص فیزیکی و مکانیکی بسیار مطلوبی که PEF دارد؛ تولید صنعتی آن به دلیل در دسترس نبودن مواد اولیه، تاکنون عملی نشده است. در دو دهه ی اخیر، بروز مسایل و مشکلاتی همچون تغییرات اقلیمی ناشی از انتشار گازهای گلخانه ای، کاهش ذخیره منابع فسیلی و افزایش قیمت نفت خام، بیش از هر زمان دیگری مطرح بوده و جهانیان را به فکر جایگزین کردن منابع فسیلی با منابع تجدیدپذیر (Renewable) انداخته است. در این میان، PEF به عنوان بسپاری که به طور 100 درصد از واحدهای سازنده تجدیدپذیر قابل تولید میباشد، بیش از پیش در کانون توجه پژوهشگران و شرکتهای توسعه دهنده ی فناوری (Technology Developer) قرار گرفته و پیش بینی میشود که فرایند تجاری سازی آن تا پیش از سال 2020 میلادی به سرانجام برسد. در این مقاله، نگارنده تلاش میکند تا ضمن اشاره به ویژگیهای ممتاز این بسپار، پیشرفتهایی که سالهای اخیر در فناوری تولید مواد اولیه PEF صورت گرفته است را مرور کرده و به چالشهایی بپردازد که همچنان پیش روی فرایند تجاری شدن آن قرار دارند. اختصارات، نشانه ها و سرواژه های به کار رفته در متن در جدول 1 آورده شده است.
بسپار پلی اتیلن ترفتالات (PET) در سال 1941 میلادی اختراع شد و 9 سال بعد، تولید تجاری آن آغاز گردید. ویژگیهای ممتاز فیزیکی و مکانیکی بسپار PET سبب شد تا استفاده از این محصول هم در صنایع نساجی (برای تولید انواع نخ، الیاف و منسوجات بیبافت (Nonwoven)) و هم در صنایع بسته بندی (برای تولید انواع بطری، فیلم و لفافه های مورد استفاده در بسته بندی مواد غذایی و دارویی) به سرعت رشد کرده و به پرکاربردترین عضو خانواده ی پلی استرها تبدیل شود. هم اکنون میزان تولید سالیانه محصول PET در جهان از 70 میلیون تن گذشته و پیش بینی می شود این روند دست کم تا چندین سال دیگر هم تداوم داشته باشد. بسپار پلی اتیلن 2و5 – فوراندیکربوکسیلات که بیشتر با نام پلی اتیلن فورانئات (PEF) شناخته می شود، عضو دیگری از خانواده ی پلی استرها است که نسبت به PET، خواص کاربردی بهتری دارد. هرچند PEF تنها پنج سال بعد از PET و در سال 1946 اختراع شد؛ اما بر خلاف PET، این بسپار هنوز به مرحله ی تولید انبوه نرسیده است. دلیل این اختلاف به ریشه ی دو بسپار برمیگردد. ریشه PET در منابع فسیلی (نفت خام، گاز طبیعی و زغال سنگ) و ریشه ی PEF در زیست توده (Biomass) قرار دارد. در واقع، دلیل اصلی رشد گسترده ی فناوری تولید و رونق روزافزون بازار مصرفPET را باید در دسترسی به ماده اولیه ی آن، یعنی دی متیل ترفتالات (در سالهای اولیه) و اسید ترفتالیک (هم اکنون)، جستجو کرد. هر دوی این مواد از اکسایش پارازایلن به دست می آیند که خود یکی از مشتقات نفت خام محسوب میشود. در مقابل، مادهی اولیه PEF، ترکیب اسید 2و5- فوراندیکربوکسیلیک (2,5-FDCA) است که منبع اولیه آن نه نفت خام، بلکه فروکتوز استخراج شده از زیست توده میباشد (شکل 1). دلیل اینکه PEF تا به امروز نتوانسته است به عنوان یک محصول تجاری وارد بازار مصرف شود؛ در دسترس نبودن ماده اولیه ی آن (یعنی اسید 2و5- فوران دیکربوکسیلیک و یا استر متیل آن) میباشد؛ چرا که تولید صنعتی آنها از نفت خام و یا مشتقات آن امکانپذیر نیست.
تغـییرات اقـلیمی (بر هم خوردن توازن طبیعی چرخه ی کربن، افزایش میزان گازهای گلخانه ای، گرمایش جهانی و ذوب شدن یخهای قطبی)، برداشت بی رویه از منابع فـسیلی (نفت، گاز و زغال سنگ) و در نتیجه کاهش ذخـیره و افـزایش بـهای این منابع، همه و همه از جمله عواملی هستند که هم سیاستگذاران و هم پژوهشگران را برای پیدا کردن راهی جهت کاهش استفاده از منابع فسیلی و روی آوردن به منابع تجدیدپذیر ترغیب مینمایند. پژوهشگران بر این باورند که در میان منابع تجدیدپذیر قابل دسترس، که تعدادشان هم بسیار اندک است، زیست توده مناسبترین و شاید تنها جایگزین ممکن برای منابع فسیلی باشد. توجه شود که از سایر منابع تجدیدپذیر همچون نور خورشید، انرژی باد، نیروی آب و گرمای درون زمین شاید بتوان برای تامین بخشی از برق و یا گرمای مورد نیاز جوامع بشری استفاده نمود؛ اما تنها زیست توده است که پتانسیل تبدیل شدن به مواد شیمیایی مورد نیاز برای تامین سوخت و تهیه مواد اولیه صنایع شیمیایی را دارد؛ دو صنعتی که هم اکنون بزرگترین مصرف کنندگان منابع فسیلی محسوب میشوند.
(ادامه دارد …)
سعید امامی- مدیر پژوهش و فناوری پتروشیمی شهید تندگویان
متن کامل این مقاله را که در شماره 196ام بسپار که در نیمه دی ماه منتشر شده است بخوانید.
در صورت تمایل به درخواست نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک سالانه با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید.
