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इस्तेमाल किए गए कागज़ के तौलिये के बारे में शायद ही कभी दोबारा सोचा जाता है। एक बार जब यह किसी रिसाव को मिटा देता है या किसी सतह को सुखा देता है, तो यह आमतौर पर सीधे कूड़ेदान में चला जाता है, जबकि जिस सामग्री से इसे बनाया गया है वह पहले ही उत्पादन की एक लंबी श्रृंखला से गुजर चुकी है। इंटरनेशनल साइंस एंड इंजीनियरिंग फेयर ने बताया कि कैलिफोर्निया का 17 वर्षीय छात्र अर्णव कोदावती उस साइकिल को दूसरी तरफ से देख रहा है। उनका विज्ञान प्रोजेक्ट यह पता लगाता है कि क्या त्यागा हुआ भोजन बायोडिग्रेडेबल पेपर तौलिया बनाने के लिए आवश्यक सेलूलोज़ प्रदान कर सकता है, जो अपशिष्ट प्रवाह के हिस्से को एक नई रोजमर्रा की सामग्री में बदल देता है।इस प्रक्रिया में खाद्य अवशेषों से सेलूलोज़-समृद्ध फाइबर को पुनर्प्राप्त करना, उन्हें पेक्टिन के साथ जोड़ना और कैल्शियम आयनों के साथ परिणामी शीट को मजबूत करना शामिल है। परीक्षणों से पता चला कि उपयोगी गीली ताकत बरकरार रखते हुए सामग्री कई मिलीलीटर तरल को अवशोषित कर सकती है। परियोजना ने यह भी जांच की कि क्या ऐसी चादरें अंततः कुछ मौजूदा टिकाऊ कागज उत्पादों के साथ प्रतिस्पर्धी लागत पर उत्पादित की जा सकती हैं।
कैसे त्यागे गए भोजन के अवशेषों को उपयोगी सेल्युलोज फाइबर में बदला जा रहा है
खाद्य अपशिष्ट में उसके अंतिम गंतव्य से कहीं अधिक उपयोगी सामग्री होती है। फेंके गए भोजन की बड़ी मात्रा में सेल्युलोज और अन्य पौधे-आधारित पॉलिमर होते हैं, लेकिन उनमें से अधिकांश सामग्री को केवल कूड़े के रूप में माना जाता है।कोडावती की परियोजना इस मिश्रित बायोमास में मौजूद सेलूलोज़ का लाभ उठाती है। मूल विचार काफी सीधा है, हालाँकि इसे प्रयोग करने योग्य शीट में बदलना संभव नहीं है। अवांछित घटकों को हटाने से पहले खाद्य अवशेषों को पहले सुखाना पड़ता है और छोटे कणों में बदलना पड़ता है। इसके बाद परिणामी सामग्री कागज जैसी संरचना बनाने के लिए उपयुक्त सेलूलोज़-समृद्ध फाइबर छोड़ने के लिए डिज़ाइन किए गए रासायनिक उपचारों की एक श्रृंखला से गुज़रती है।में एक वीडियो परियोजना के हिस्से के रूप में साझा की गई, कोदावती खाद्य-अपशिष्ट-व्युत्पन्न शीटों के पीछे के विचार और उन्हें विकसित करने में शामिल कार्य के बारे में बताती है। HI की छोटी फ़ुटेज परियोजना पर नज़दीकी नज़र डालती है और यह दिखाने में मदद करती है कि कैसे त्यागे गए भोजन को बायोडिग्रेडेबल पेपर-तौलिया सामग्री में बदलने से पहले संसाधित किया जाता है।
मजबूत, जल-प्रतिरोधी खाद्य-अपशिष्ट शीट के पीछे का विज्ञान
कागज़ के तौलिये के रूप में काम करने वाली एक शीट को दो चीजें करने की ज़रूरत होती है जिन्हें एक ही समय में हासिल करना मुश्किल हो सकता है: इसे जल्दी से पानी लेना पड़ता है, लेकिन गीला होने के बाद यह आसानी से अलग नहीं हो सकती है। कोडावती ने बरामद रेशों को पेक्टिन के साथ मिलाया, जो एक प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला बहुलक है जो व्यापक रूप से फलों और अन्य पौधों की सामग्री से जुड़ा होता है। कैल्शियम क्लोराइड से उपचारित करने से पहले मिश्रण को पतली शीट में बनाया गया था।कैल्शियम आयन एक संरचनात्मक भूमिका निभाते हैं। वे पेक्टिन अणुओं पर आवेशित समूहों से जुड़ते हैं, जिससे पूरे पदार्थ में छोटे-छोटे जंक्शन बनते हैं। व्यावहारिक रूप से, जब पानी इसमें प्रवेश करता है तो यह शीट को अधिक स्थिर आंतरिक नेटवर्क देता है। किसी प्रकार के सुदृढीकरण के बिना, सेलूलोज़-आधारित अवशोषक शीट संतृप्त होने पर अपनी अधिकांश अखंडता खो सकती है। कैल्शियम से जुड़े पेक्टिन नेटवर्क का उद्देश्य पारंपरिक सिंथेटिक बाइंडरों पर भरोसा किए बिना उस कमजोरी को दूर करना था।
ताकत और अवशोषण के लिए शीटों का परीक्षण कैसे किया गया
एक अत्यधिक छिद्रपूर्ण शीट तेजी से तरल खींच सकती है, लेकिन इसे मजबूत करने के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री की मात्रा बढ़ाने से शीट के माध्यम से पानी के प्रवाह के तरीके में बदलाव आ सकता है। कोडावती के काम ने अवशोषण और ताकत को अलग-अलग लक्ष्य मानने के बजाय उस रिश्ते की जांच की। परियोजना ने यह बताने के लिए गणितीय मॉडल का उपयोग किया कि तरल छिद्रों के माध्यम से कैसे यात्रा करता है और चादरें कितनी तेजी से अपनी अवशोषण सीमा तक पहुंचती हैं।परीक्षण ने अपेक्षाकृत छोटे प्रभावी छिद्र आकार, लगभग 20 से 30 माइक्रोमीटर, के साथ फॉर्मूलेशन की ओर इशारा किया, जबकि दोनों गुणों के बीच संतुलन को बदलने के लिए बाइंडर की मात्रा और शीट के वजन को समायोजित किया जा सकता है।आईएसईएफ के अनुसार, कैल्शियम-आधारित क्रॉसलिंक को जोड़ने से कुछ फॉर्मूलेशन में शीट द्वारा तरल अवशोषित करने की गति लगभग 20 से 40 प्रतिशत तक कम हो गई। यह गीली ताकत में पर्याप्त लाभ के साथ आया। क्रॉसलिंकिंग के बाद अनक्रॉसलिंक्ड सामग्री में माप लगभग 0.19 न्यूटन से बढ़कर 0.34 न्यूटन हो गया।
चादरें कितना तरल पदार्थ धारण कर सकती हैं
प्रोटोटाइप का परीक्षण 5 गुणा 5 सेंटीमीटर के छोटे टुकड़ों का उपयोग करके किया गया। मजबूत फॉर्मूलेशन औसत दर्जे की गीली ताकत को बनाए रखते हुए प्रति शीट लगभग 5 से 6 मिलीलीटर तरल को अवशोषित करने में सक्षम थे।कार्य ने एक ही रेसिपी पर निर्णय लेने के बजाय अलग-अलग शीट वजन और बाइंडर सांद्रता का भी पता लगाया। सबसे आशाजनक संयोजन लगभग 30 से 60 ग्राम प्रति वर्ग मीटर के दायरे में आते हैं, जिसमें पेक्टिन फॉर्मूलेशन का लगभग 15 से 25% होता है।
यह प्रक्रिया मौजूदा कागज उत्पादन में कैसे फिट हो सकती है
परियोजना में उपयोग किए गए उपचार अनुक्रम में सेलूलोज़-समृद्ध फाइबर को साफ करने और अलग करने के लिए एसिड, क्षारीय और ब्लीचिंग चरण शामिल थे। फिर चादरों को ढाला गया और कैल्शियम क्लोराइड से उपचारित किया गया।वे कदम महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे कागज और फाइबर-प्रसंस्करण उद्योगों से पहले से परिचित संचालन पर आधारित हैं। इसलिए यह परियोजना पूरी तरह से अपरिचित विनिर्माण मार्ग का प्रस्ताव नहीं कर रही है। इसका केन्द्रीय परिवर्तन सेलूलोज़ का स्रोत है।किसी सामग्री को नियंत्रित सेटिंग में प्रदर्शित करने और लगातार लाखों शीट तैयार करने के बीच अभी भी अंतर है। उदाहरण के लिए, भोजन की बर्बादी परिवर्तनशील होती है और छोड़ी गई सामग्री की संरचना फीडस्टॉक में जाने वाली सामग्री के आधार पर काफी बदल सकती है। किसी भी बड़े पैमाने की प्रक्रिया को फाइबर की गुणवत्ता और रासायनिक आवश्यकताओं को नियंत्रण में रखते हुए उस भिन्नता से निपटना होगा।
कीमत पर प्रोटोटाइप की तुलना कैसे की जाती है
जब तैयार सामग्री की कीमत पर विचार किया जाता है तो स्थिरता के दावे अक्सर अधिक जटिल हो जाते हैं। एक बायोडिग्रेडेबल विकल्प के पर्यावरणीय लाभ हो सकते हैं, लेकिन उपभोक्ताओं और निर्माताओं को अभी भी इसे वहन करने में सक्षम होना होगा।कथित तौर पर, परियोजना का अनुमान है कि इसकी प्रोटोटाइप सामग्री की लागत बड़े पैमाने पर 100 शीटों के लिए लगभग $2.98 हो सकती है। इसकी तुलना परियोजना में बेंचमार्क के रूप में उपयोग किए जाने वाले टिकाऊ पेपर तौलिया उत्पाद के लिए अनुमानित $3.40 प्रति 100 शीट से की जाती है।ये आंकड़े उस कीमत पर पहले से ही निर्मित एक वाणिज्यिक उत्पाद के प्रमाण के बजाय अनुमान हैं। बड़े पैमाने पर उत्पादन से खाद्य अपशिष्ट को इकट्ठा करने और तैयार करने, कच्चे माल के परिवहन, रसायनों के प्रसंस्करण, उपकरण, ऊर्जा और गुणवत्ता नियंत्रण से जुड़ी लागत आएगी।
कागज़ के तौलिये से लेकर वाइप्स और पैकेजिंग तक: सामग्री आगे कहाँ जा सकती है
चादरों के पीछे की रसायन शास्त्र अपेक्षाकृत मामूली है, लेकिन यह सामग्री के प्रदर्शन के लिए केंद्रीय है।पेक्टिन पॉलिमर नेटवर्क प्रदान करता है, जबकि कैल्शियम आयन उस नेटवर्क के हिस्सों के बीच लिंक के रूप में कार्य करते हैं। जब तैयार शीट गीली हो जाती है, तो वे कनेक्शन संरचना को अपना आकार जल्दी खोने से रोकने में मदद करते हैं।यह दृष्टिकोण पारंपरिक प्लास्टिक-आधारित सुदृढ़ीकरण एजेंट पर निर्भर होने से भी बचाता है। एक अवशोषक उत्पाद के लिए जिसे अंततः त्याग दिया जाता है, बाइंडर की पसंद लगभग फाइबर जितनी ही मायने रखती है। नवीकरणीय कचरे से बनी एक शीट सीमित पर्यावरणीय लाभ प्रदान करेगी यदि इसका प्रदर्शन उन सामग्रियों पर बहुत अधिक निर्भर करता है जिन्हें तोड़ना मुश्किल है। यह परियोजना रसोई के रोल तक ही सीमित नहीं है। पुनर्प्राप्त सेलूलोज़, एक पौधे से प्राप्त बाइंडर और कैल्शियम-आधारित सुदृढीकरण का एक ही संयोजन संभावित रूप से अन्य डिस्पोजेबल अवशोषक उत्पादों के लिए अनुकूलित किया जा सकता है।संभावित उपयोगों में वाइप्स, पैकेजिंग सामग्री और अवशोषक मैट शामिल हैं। हालाँकि, प्रत्येक अपनी-अपनी आवश्यकताएँ लाएगा। पैकेजिंग के लिए अधिक कठोरता की आवश्यकता हो सकती है, जबकि पोंछने के लिए कोमलता, मजबूती और तरल अवशोषण के एक अलग संतुलन की आवश्यकता होगी।
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