معرفی جایگزینی گیاهی برای سوخت‌ های فسیلی در تولید فوم‌ های پلاستیکی

ترکیبی سازگار با محیط زیست تهیه شده از گیاه کاج، می‌ تواند به عنوان جایگزینی برای مواد شیمیایی بر پایه نفت در فوم‌ های پلی یورتان عمل کند.

با توجه به اینکه بازار جهانی پلی یورتان در سال ۲۰۲۲ بیش از ۷۵ میلیارد دلار بود، این نوآوری می‌ تواند منجر به تولید نسخه‌ های سازگارتر با محیط زیست از فوم‌ ها شود که به طور گسترده در محصولاتی مانند اسفنج آشپزخانه، بالشتک‌ های فومی (کوسن ها)، پوشش‌ ها، چسب‌ ها، بسته‌ بندی و عایق استفاده می‌ شوند.

یک تیم تحقیقاتی به رهبری دانشگاه ایالتی واشنگتن، از یک ترکیب سازگار با محیط زیست بدست آمده از لیگنین، به عنوان جایگزینی برای ۲۰% از مواد شیمیایی مبتنی بر سوخت فسیلی در فوم استفاده کردند. فوم زیستی تولید شده به اندازه فوم پلی یورتان معمولی قوی و انعطاف‌ پذیر بود. محققان این پروژه نتایج مطالعه خود را در مجله ACS Sustainable Chemistry & Engineering  به چاپ رسانده اند.

شیائو ژانگ (Xiao Zhang)، نویسنده مسئول مقاله و استاد موسسه  Gene and Linda Voiland در دانشکده مهندسی شیمی و مهندسی زیستی گفت: “این پروژه از نظر مواد تولیدی و فرآیند کاملاً جدید است. لیگنین استخراج‌ شده توسط گروه ما، دسته جدیدی از بلوک‌ های پلیمری تجدید پذیر را برای تولید محصولات با ارزش افزوده زیستی ارائه می‌ دهد.”

مواد پلاستیکی پایه نفتی، مشکل فزاینده‌ ای در زمینه تولید زباله هستند. تجزیه آنها قرن‌ ها طول می‌ کشد، اما بازیافت آنها گران و دشوار است و اغلب منجر به تولید محصول نسل دوم بی‌ کیفیت می‌ شود. به گفته ژانگ، از آنجا که بازیافت آنها بیشتر از تولید پلاستیک جدید هزینه دارد، نرخ بازیافت پلاستیک همچنان زیر ۲۰% باقی مانده است. وی افزود: اگر از پلاستیک‌ های پایه نفتی استفاده می‌ کنید، اساساً در موقعیت برد قرار ندارید! راه حل نهایی، جایگزینی آنها با مواد مشتق شده از طبیعت است.

لیگنین دومین منبع کربن تجدیدپذیر است که حدود ۳۰ درصد از کربن مبتنی بر سوخت‌ های غیرفسیلی روی زمین را تشکیل می‌ دهد. استخراج آن از گیاهان نیز به سختی انجام می‌ شود. این ماده معمولاً در فرآیند تولید کاغذ و پالایش زیستی جدا می‌ شود، اما این فرآیندها اغلب باعث آلودگی و تغییر قابل توجه خواص شیمیایی و فیزیکی آن می‌ شوند و ارزش آن را کاهش می‌ دهند. بنابراین لیگنین اغلب یا برای تولید سوخت و برق سوزانده می‌ شود یا در محصولات کم‌ ارزش مانند افزودنی‌ های سیمان یا به عنوان صمغ خوراکی در خوراک دام استفاده می‌ شود.

محققان این پروژه، از یک حلال ملایم و سازگار با محیط زیست برای جداسازی لیگنین با کیفیت بالا از کاج استفاده کردند. در مقایسه با سایر فرمولاسیون‌ های لیگنین، فرمولاسیون آنها همگن بوده و از پایداری حرارتی خوبی – مشابه لیگنین طبیعی – برخوردار بود چراکه همگنی ساختاری برای تولید محصولات با ارزش بالا از اهمیت زیادی برخوردار است. محصول آنها پایدار بوده و از نظر مکانیکی به خوبی فوم‌ های معمولی عمل می‌ کرد.

به گفته ژانگ، “نتایج نشان می‌ دهد که فرمولاسیون لیگنین بدست آمده، پتانسیل زیادی برای تولید فوم‌ های پلی یورتان انعطاف‌ پذیر و زیست‌ پایه دارد.”

علاقه به تولید فوم انعطاف‌ پذیر پلی یورتان مبتنی بر لیگنین نیز توسط شرکای صنعتی تأیید شده است. تیم ژانگ اکنون با شرکای صنعتی برای بهینه‌ سازی و افزایش تولید فوم پلی یورتان برپایه لیگنین همکاری خواهد کرد.