जैव-शोषक और विघटनीय फाइबरग्लास, खाद योग्य समग्र भाग —— उद्योग समाचार

क्या होगा अगर ग्लास फाइबर प्रबलित पॉलिमर (GFRP) कंपोजिट को उनके उपयोगी जीवन के अंत में खाद में बदला जा सके, साथ ही वजन में कमी, ताकत और कठोरता, संक्षारण प्रतिरोध और स्थायित्व के दशकों से सिद्ध लाभ भी मिल रहे हैं? संक्षेप में, यही ABM कंपोजिट की तकनीक का आकर्षण है।

बायोएक्टिव ग्लास, उच्च शक्ति फाइबर

2014 में स्थापित आर्कटिक बायोमटेरियल्स ओवाई (टैम्पियर, फ़िनलैंड) ने तथाकथित बायोएक्टिव ग्लास से बना एक बायोडिग्रेडेबल ग्लास फाइबर विकसित किया है, जिसे एबीएम कंपोजिट के आरएंडडी निदेशक एरी रोसलिंग ने "1960 के दशक में विकसित एक विशेष फॉर्मूलेशन के रूप में वर्णित किया है जो शारीरिक परिस्थितियों में ग्लास को विघटित होने देता है। जब शरीर में पेश किया जाता है, तो ग्लास अपने घटक खनिज लवणों में टूट जाता है, जिससे सोडियम, मैग्नीशियम, फॉस्फेट आदि निकलते हैं, जिससे ऐसी स्थिति बनती है जो हड्डियों के विकास को उत्तेजित करती है।"

“इसके गुणधर्म समान हैंक्षार-मुक्त ग्लास फाइबर (ई-ग्लास)रोसलिंग ने कहा, "लेकिन इस बायोएक्टिव ग्लास का निर्माण करना और इसे फाइबर में बदलना मुश्किल है, और अब तक इसका इस्तेमाल केवल पाउडर या पुट्टी के रूप में किया जाता रहा है। जहाँ तक हम जानते हैं, एबीएम कम्पोजिट औद्योगिक पैमाने पर इससे उच्च शक्ति वाले ग्लास फाइबर बनाने वाली पहली कंपनी थी, और अब हम इन आर्कबायोक्स एक्स4/5 ग्लास फाइबर का उपयोग बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर सहित विभिन्न प्रकार के प्लास्टिक को मजबूत करने के लिए कर रहे हैं।"

चिकित्सा प्रत्यारोपण

फिनलैंड के हेलसिंकी से दो घंटे उत्तर में स्थित टैम्पेरे क्षेत्र 1980 के दशक से ही चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए जैव-आधारित बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर का केंद्र रहा है। रोसलिंग बताते हैं, "इन सामग्रियों से बने पहले व्यावसायिक रूप से उपलब्ध प्रत्यारोपणों में से एक टैम्पेरे में बनाया गया था, और इसी तरह एबीएम कंपोजिट की शुरुआत हुई! जो अब हमारी चिकित्सा व्यवसाय इकाई है"।

"इम्प्लांट के लिए कई बायोडिग्रेडेबल, बायोअब्ज़ॉर्बेबल पॉलिमर उपलब्ध हैं।" वे आगे कहते हैं, "लेकिन उनके यांत्रिक गुण प्राकृतिक हड्डी से बहुत दूर हैं। हम इन बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर को बेहतर बनाने में सफल रहे, ताकि इम्प्लांट को प्राकृतिक हड्डी जैसी ही मजबूती मिल सके।" रोसलिंग ने बताया कि ABM के साथ मेडिकल ग्रेड आर्कबायोक्स ग्लास फाइबर बायोडिग्रेडेबल PLLA पॉलिमर के यांत्रिक गुणों को 200% से 500% तक बेहतर बना सकते हैं।

परिणामस्वरूप, एबीएम कम्पोजिट के इम्प्लांट्स, बिना प्रबलित पॉलिमर से बने इम्प्लांट्स की तुलना में बेहतर प्रदर्शन प्रदान करते हैं, साथ ही बायोएब्जॉर्बेबल भी होते हैं और हड्डियों के निर्माण और विकास को बढ़ावा देते हैं। एबीएम कम्पोजिट, इष्टतम फाइबर अभिविन्यास सुनिश्चित करने के लिए स्वचालित फाइबर/स्ट्रैंड प्लेसमेंट तकनीकों का भी उपयोग करता है, जिसमें इम्प्लांट की पूरी लंबाई के साथ फाइबर बिछाना, साथ ही संभावित रूप से कमज़ोर स्थानों पर अतिरिक्त फाइबर लगाना शामिल है।

घरेलू और तकनीकी अनुप्रयोग

अपनी बढ़ती हुई चिकित्सा व्यवसाय इकाई के साथ, एबीएम कम्पोजिट यह मानता है कि जैव-आधारित और जैव-निम्नीकरणीय पॉलिमर का उपयोग रसोई के बर्तन, कटलरी और अन्य घरेलू वस्तुओं के लिए भी किया जा सकता है। "पेट्रोलियम-आधारित प्लास्टिक की तुलना में इन जैव-निम्नीकरणीय पॉलिमर में आमतौर पर खराब यांत्रिक गुण होते हैं।" रोसलिंग ने कहा, "लेकिन हम इन सामग्रियों को अपने जैव-निम्नीकरणीय ग्लास फाइबर के साथ मजबूत कर सकते हैं, जिससे वे तकनीकी अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए जीवाश्म-आधारित वाणिज्यिक प्लास्टिक के लिए एक अच्छा विकल्प बन सकते हैं"।

परिणामस्वरूप, एबीएम कम्पोजिट ने अपनी तकनीकी व्यवसाय इकाई को बढ़ाया है, जिसमें अब 60 लोग कार्यरत हैं। "हम अधिक टिकाऊ एंड-ऑफ-लाइफ (ईओएल) समाधान प्रदान करते हैं।" रोसलिंग कहते हैं, "हमारा मूल्य प्रस्ताव इन बायोडिग्रेडेबल कंपोजिट को औद्योगिक खाद बनाने के काम में लगाना है, जहाँ वे मिट्टी में बदल जाते हैं।" पारंपरिक ई-ग्लास निष्क्रिय है और इन खाद बनाने की सुविधाओं में खराब नहीं होगा।

आर्कबायोक्स फाइबर कम्पोजिट्स

एबीएम कम्पोजिट ने कम्पोजिट अनुप्रयोगों के लिए आर्कबायोक्स एक्स4/5 ग्लास फाइबर के विभिन्न रूपों का विकास किया है,शॉर्ट-कट फाइबरऔर इंजेक्शन मोल्डिंग यौगिकोंसतत फाइबरटेक्सटाइल और पुल्ट्रूज़न मोल्डिंग जैसी प्रक्रियाओं के लिए। आर्कबायोक्स बीएसजीएफ रेंज बायोडिग्रेडेबल ग्लास फाइबर को बायो-आधारित पॉलिएस्टर रेजिन के साथ जोड़ती है और यह सामान्य प्रौद्योगिकी ग्रेड और आर्कबायोक्स 5 ग्रेड में उपलब्ध है जो खाद्य संपर्क अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए स्वीकृत है।

एबीएम कम्पोजिट ने पॉलीलैक्टिक एसिड (पीएलए), पीएलएलए और पॉलीब्यूटिलीन सक्सिनेट (पीबीएस) सहित कई तरह के बायोडिग्रेडेबल और बायो-आधारित पॉलिमर की भी जांच की है। नीचे दिया गया आरेख दिखाता है कि कैसे X4/5 ग्लास फाइबर पॉलीप्रोपाइलीन (पीपी) और यहां तक ​​कि पॉलीमाइड 6 (पीए6) जैसे मानक ग्लास फाइबर प्रबलित पॉलिमर के साथ प्रतिस्पर्धा करने के लिए प्रदर्शन में सुधार कर सकते हैं।

एबीएम कम्पोजिट ने पॉलीलैक्टिक एसिड (पीएलए), पीएलएलए और पॉलीब्यूटिलीन सक्सिनेट (पीबीएस) सहित कई तरह के बायोडिग्रेडेबल और बायो-आधारित पॉलिमर की भी जांच की है। नीचे दिया गया आरेख दिखाता है कि कैसे X4/5 ग्लास फाइबर पॉलीप्रोपाइलीन (पीपी) और यहां तक ​​कि पॉलीमाइड 6 (पीए6) जैसे मानक ग्लास फाइबर प्रबलित पॉलिमर के साथ प्रतिस्पर्धा करने के लिए प्रदर्शन में सुधार कर सकते हैं।

स्थायित्व और कम्पोस्टेबिलिटी

अगर ये कंपोजिट बायोडिग्रेडेबल हैं, तो ये कितने समय तक चलेंगे? "हमारे X4/5 ग्लास फाइबर चीनी की तरह पांच मिनट या रात भर में नहीं घुलते हैं, और जबकि उनके गुण समय के साथ कम होते जाएंगे, लेकिन यह उतना ध्यान देने योग्य नहीं होगा।" रोसलिंग कहते हैं, "प्रभावी ढंग से विघटित होने के लिए, हमें लंबे समय तक उच्च तापमान और आर्द्रता की आवश्यकता होती है, जैसा कि विवो या औद्योगिक खाद के ढेर में पाया जाता है। उदाहरण के लिए, हमने अपने आर्कबायोक्स बीएसजीएफ सामग्री से बने कप और कटोरे का परीक्षण किया, और वे कार्यक्षमता खोए बिना 200 डिशवॉशिंग चक्रों तक टिक सकते हैं। यांत्रिक गुणों में कुछ गिरावट है, लेकिन इस हद तक नहीं कि कप उपयोग करने के लिए असुरक्षित हों"।

हालांकि, यह महत्वपूर्ण है कि जब इन कंपोजिट को उनके उपयोगी जीवन के अंत में निपटाया जाता है, तो वे खाद बनाने के लिए आवश्यक मानक आवश्यकताओं को पूरा करते हैं, और एबीएम कंपोजिट ने यह साबित करने के लिए कई परीक्षण किए हैं कि यह इन मानकों को पूरा करता है। "आईएसओ मानकों (औद्योगिक खाद के लिए) के अनुसार, जैव अपघटन 6 महीने के भीतर और अपघटन 3 महीने/90 दिनों के भीतर होना चाहिए"। रोसलिंग कहते हैं, "अपघटन का मतलब है परीक्षण नमूने/उत्पाद को बायोमास या खाद में रखना। 90 दिनों के बाद, तकनीशियन एक छलनी का उपयोग करके बायोमास की जांच करता है। 12 सप्ताह के बाद, कम से कम 90 प्रतिशत उत्पाद 2 मिमी × 2 मिमी छलनी से गुजरने में सक्षम होना चाहिए"।

बायोडिग्रेडेशन का निर्धारण वर्जिन सामग्री को पीसकर पाउडर बनाने और 90 दिनों के बाद निकलने वाली CO2 की कुल मात्रा को मापने के द्वारा किया जाता है। इससे यह पता चलता है कि खाद बनाने की प्रक्रिया में कार्बन की कितनी मात्रा पानी, बायोमास और CO2 में बदल जाती है। "औद्योगिक खाद बनाने की परीक्षा पास करने के लिए, खाद बनाने की प्रक्रिया से सैद्धांतिक 100 प्रतिशत CO2 का 90 प्रतिशत (कार्बन सामग्री के आधार पर) प्राप्त किया जाना चाहिए।"

रोसलिंग का कहना है कि एबीएम कम्पोजिट ने अपघटन और जैवनिम्नीकरण की आवश्यकताओं को पूरा किया है, और परीक्षणों से पता चला है कि इसके एक्स4 ग्लास फाइबर को जोड़ने से वास्तव में जैवनिम्नीकरण में सुधार होता है (ऊपर दी गई तालिका देखें), जो कि उदाहरण के लिए, बिना प्रबलित पीएलए मिश्रण के लिए केवल 78% है। वे बताते हैं, "हालांकि, जब हमारे 30% जैवनिम्नीकरणीय ग्लास फाइबर को जोड़ा गया, तो जैवनिम्नीकरण 94% तक बढ़ गया, जबकि गिरावट की दर अच्छी रही"।

परिणामस्वरूप, एबीएम कम्पोजिट ने प्रदर्शित किया है कि इसकी सामग्रियों को EN 13432 के अनुसार खाद बनाने योग्य के रूप में प्रमाणित किया जा सकता है। आज तक इसकी सामग्रियों ने जिन परीक्षणों को पास किया है, उनमें नियंत्रित खाद बनाने की स्थितियों के तहत सामग्रियों की अंतिम एरोबिक जैवनिम्नीकरणीयता के लिए ISO 14855-1, एरोबिक नियंत्रित अपघटन के लिए ISO 16929, रासायनिक आवश्यकताओं के लिए ISO DIN EN 13432, और फाइटोटॉक्सिसिटी परीक्षण के लिए OECD 208, ISO DIN EN 13432 शामिल हैं।

कम्पोस्ट बनाने के दौरान उत्सर्जित CO2

खाद बनाने के दौरान, CO2 तो निकलती है, लेकिन कुछ मिट्टी में रह जाती है और फिर पौधों द्वारा उपयोग की जाती है। खाद बनाने का अध्ययन दशकों से किया जा रहा है, एक औद्योगिक प्रक्रिया के रूप में और खाद बनाने के बाद की प्रक्रिया के रूप में, जो अन्य अपशिष्ट निपटान विकल्पों की तुलना में कम CO2 छोड़ती है, और खाद बनाना अभी भी पर्यावरण के अनुकूल और कार्बन फुटप्रिंट कम करने वाली प्रक्रिया मानी जाती है।

इकोटॉक्सिसिटी में खाद बनाने की प्रक्रिया के दौरान उत्पादित बायोमास और इस बायोमास से उगाए गए पौधों का परीक्षण शामिल है। "यह सुनिश्चित करने के लिए है कि इन उत्पादों की खाद बनाने से बढ़ते पौधों को नुकसान न पहुंचे।" रोसलिंग ने कहा। इसके अलावा, एबीएम कंपोजिट ने प्रदर्शित किया है कि इसकी सामग्री घरेलू खाद बनाने की स्थितियों के तहत बायोडिग्रेडेशन आवश्यकताओं को पूरा करती है, जिसके लिए भी 90% बायोडिग्रेडेशन की आवश्यकता होती है, लेकिन 12 महीने की अवधि में, जबकि औद्योगिक खाद बनाने के लिए कम अवधि की आवश्यकता होती है।

औद्योगिक अनुप्रयोग, उत्पादन, लागत और भविष्य में वृद्धि

एबीएम कम्पोजिट की सामग्री का उपयोग कई व्यावसायिक अनुप्रयोगों में किया जाता है, लेकिन गोपनीयता समझौतों के कारण अधिक जानकारी का खुलासा नहीं किया जा सकता है। "हम अपनी सामग्री को कप, सॉसर, प्लेट, कटलरी और खाद्य भंडारण कंटेनर जैसे अनुप्रयोगों के अनुरूप ऑर्डर करते हैं," रोसलिंग कहते हैं, "लेकिन उनका उपयोग कॉस्मेटिक कंटेनर और बड़े घरेलू सामानों में पेट्रोलियम-आधारित प्लास्टिक के विकल्प के रूप में भी किया जाता है। हाल ही में, हमारी सामग्री को बड़े औद्योगिक मशीनरी प्रतिष्ठानों में घटकों के निर्माण में उपयोग के लिए चुना गया है जिन्हें हर 2-12 सप्ताह में बदलने की आवश्यकता होती है। इन कंपनियों ने माना है कि हमारे X4 ग्लास फाइबर सुदृढीकरण का उपयोग करके, इन यांत्रिक भागों को आवश्यक पहनने के प्रतिरोध के साथ बनाया जा सकता है और उपयोग के बाद खाद भी बनाया जा सकता है। यह निकट भविष्य के लिए एक आकर्षक समाधान है क्योंकि ये कंपनियाँ नए पर्यावरणीय और CO2 उत्सर्जन विनियमों को पूरा करने की चुनौती का सामना कर रही हैं।

रोसलिंग ने कहा, "निर्माण उद्योग के लिए संरचनात्मक घटक बनाने के लिए विभिन्न प्रकार के कपड़ों और नॉनवॉवन में हमारे निरंतर फाइबर का उपयोग करने में भी रुचि बढ़ रही है। हम अपने बायोडिग्रेडेबल फाइबर को बायो-आधारित लेकिन गैर-बायोडिग्रेडेबल पीए या पीपी और निष्क्रिय थर्मोसेट सामग्रियों के साथ उपयोग करने में भी रुचि देख रहे हैं।"

वर्तमान में, X4/5 फाइबरग्लास ई-ग्लास से ज़्यादा महंगा है, लेकिन उत्पादन की मात्रा भी अपेक्षाकृत कम है, और ABM कम्पोजिट अनुप्रयोगों का विस्तार करने और मांग बढ़ने पर 20,000 टन/वर्ष तक की क्षमता बढ़ाने के लिए कई अवसरों का लाभ उठा रहा है, जिससे लागत कम करने में भी मदद मिल सकती है। फिर भी, रोसलिंग का कहना है कि कई मामलों में स्थिरता और नई नियामक आवश्यकताओं को पूरा करने से जुड़ी लागतों पर पूरी तरह से विचार नहीं किया गया है। इस बीच, ग्रह को बचाने की ज़रूरत बढ़ रही है। "समाज पहले से ही अधिक जैव-आधारित उत्पादों के लिए जोर दे रहा है।" वे बताते हैं, "रीसाइक्लिंग तकनीकों को आगे बढ़ाने के लिए बहुत सारे प्रोत्साहन हैं, दुनिया को इस पर तेज़ी से आगे बढ़ने की ज़रूरत है और मुझे लगता है कि समाज भविष्य में जैव-आधारित उत्पादों के लिए अपना जोर बढ़ाएगा"।

एलसीए और स्थिरता लाभ

रोसलिंग का कहना है कि एबीएम कम्पोजिट की सामग्री ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन और गैर-नवीकरणीय ऊर्जा के उपयोग को प्रति किलोग्राम 50-60 प्रतिशत तक कम करती है। "हम अपने उत्पादों के लिए ISO 14040 और ISO 14044 में उल्लिखित कार्यप्रणाली के आधार पर पर्यावरण पदचिह्न डेटाबेस 2.0, मान्यता प्राप्त GaBi डेटासेट और LCA (जीवन चक्र विश्लेषण) गणना का उपयोग करते हैं।"

"वर्तमान में, जब कंपोजिट अपने जीवन चक्र के अंत तक पहुँचते हैं, तो कंपोजिट अपशिष्ट और ईओएल उत्पादों को जलाने या पायरोलाइज़ करने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, और श्रेडिंग और खाद बनाना एक आकर्षक विकल्प है, और यह निश्चित रूप से हमारे द्वारा पेश किए जाने वाले प्रमुख मूल्य प्रस्तावों में से एक है, और हम एक नए प्रकार की पुनर्चक्रणीयता प्रदान कर रहे हैं।" रोसलिंग कहते हैं, "हमारा फाइबरग्लास प्राकृतिक खनिज घटकों से बना है जो पहले से ही मिट्टी में मौजूद हैं। तो क्यों न ईओएल कंपोजिट घटकों को खाद बनाया जाए, या जलाने के बाद गैर-अपघटनीय कंपोजिट से फाइबर को घोलकर खाद के रूप में इस्तेमाल किया जाए? यह वास्तव में वैश्विक रुचि का एक पुनर्चक्रण विकल्प है"।

शंघाई ओरिसन नई सामग्री प्रौद्योगिकी कं, लिमिटेड
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