توسعه فناوری در صنعت بازیافت منسوجات در برابر یک دو راهی اساسی قرار گرفته است: بازیافت مکانیکی در مقابل بازیافت شیمیایی. این دو رویکرد صرفاً بیانگر تفاوت در تکنیک‌های فرآوری نیستند، بلکه نشان‌دهنده دو فلسفه بنیادی متفاوت در بازیابی مواد هستند؛ فلسفه‌هایی که هر یک پیامدهای زنجیره‌ای و عمیقی بر کیفیت الیاف بازیافتی، توجیه‌پذیری اقتصادی، اثرات زیست‌محیطی و امکان‌پذیری تحقق اقتصاد چرخشی در صنعت نساجی در بلندمدت به همراه دارند.

درک این تمایز برای تمامی ذی‌نفعان در سراسر زنجیره ارزش نساجی امری ضروری است؛ از تولیدکنندگانی که در حال ارزیابی مشارکت در فرآوری پسماند هستند گرفته تا برندهایی که استراتژی های تأمین مواد بازیافتی را بررسی می‌کنند؛ از شرکت های بازیافت‌ که در حال برنامه‌ریزی برای سرمایه‌گذاری در تأسیسات و تجهیزات مورد نیاز هستند گرفته تا سیاست‌گذارانی که چارچوب‌های اقتصاد چرخشی را طراحی می‌کنند.

مباحث موجود در انتخاب بین بازیافت مکانیکی و شیمیایی صرفاً یک بحث دانشگاهی نیست، بلکه به‌طور مستقیم مسیر توسعه زیرساخت‌ها، مدل‌های اقتصادی و پیامدهای زیست‌محیطی صنعت نساجی را برای دهه‌های آینده تعیین می‌کند.

بازیافت مکانیکی منسوجات

بازیافت مکانیکی به‌عنوان کامل ترین و در دسترس‌ترین روش بازیافت منسوجات شناخته می‌شود. در این فرآیند، پسماندهای نساجی از طریق عملیات مکانیکی خردایش، کاردینگ و ریسندگی مجدد به الیاف تبدیل می‌شوند، اما طی این فرایند پیوندهای پلیمری شکسته نشده و شیمی ماده تغییر خاصی نمی کند.

فرآیند بازیافت مکانیکی به‌صورت مرحله‌به‌مرحله انجام می‌شود. ابتدا منسوجات جمع‌آوری‌شده بر اساس نوع الیاف و رنگ تفکیک می‌گردند. سپس به قطعات کوچک، معمولاً در ابعاد ۵ تا ۱۰ میلی‌متر، خرد می‌شوند. این قطعات در ادامه تحت عملیات کاردینگ قرار می‌گیرند؛ کاردینگ فرآیندی با پیشینه‌ چندصدساله در صنعت سنتی پشم ریسی است که طی آن الیاف از یکدیگر جدا شده و به صورت موازی هم‌ راستا می‌شوند. در نهایت، الیاف کاردشده با استفاده از ماشین‌آلات متداول نساجی مجدداً به صورت نخ ریسیده می‌شوند.

جذابیت‌های بازیافت مکانیکی قابل‌توجه هستند. نیاز به سرمایه‌گذاری اولیه در این روش به‌مراتب کمتر از روش های شیمیایی است؛ سرمایه مورد نیاز جهت راه اندازی یک واحد بازیافت مکانیکی با ظرفیت فرآوری حدود ۱۰۰ تن در روز به سرمایه‌ای در حدود ۲ تا ۵ میلیون دلار آمریکا می باشد، در حالی‌ که سرمایه مورد نیاز برای کارخانه بازیافت شیمیایی با همین ظرفیت حدود ۱۰ تا ۲۵ میلیون دلار تخمین زده می شود.

روش بازیافت مکانیکی چندان پیچیده نیست؛ در این فرایند نیازی به دانش تخصصی شیمی یا مدیریت مواد شیمیایی خطرناک وجود ندارد.

یکی دیگر از مزایای این روش سرعت بالای فرایند در آن است، طبق آمارهای موجود می توان گفت که  تأسیسات بازیافت مکانیکی می‌توانند به‌سادگی به ظرفیت‌های بیش از ۱۰۰ تن در روز دست یابند.
از منظر دسترسی جغرافیایی، بازیافت مکانیکی گزینه‌ای قابل‌دسترس در مناطق در حال توسعه به شمار می‌رود؛ یعنی مناطقی که سرمایه قابل توجهی وجود ندارد.  در شهرهای درجه دو و سه بدون نیاز به زیرساخت‌های پیشرفته می توان  یک واحد بازیافت مکانیکی را به سادگی احداث کرد. دسترسی جغرافیایی به روشنی توضیح می‌دهد که چرا در جنوب آسیا بیشتر از روش بازیافت مکانیکی استفاده می شود ؛ بطور مثال در هندوستان  هزاران واحد کوچک و متوسط بازیافت مکانیکی در حال فعالیت هستند.

محدودیت روش بازیافت مکانیکی

روش بازیافت مکانیکی یک محدودیت فنی اصلی دارد: کاهش تدریجی خواص الیاف در هر چرخه بازیافت. فشارهای مکانیکی ناشی از خردایش، کاردینگ و ریسندگی مجدد موجب کوتاه شدن طول الیاف و تخریب ساختار بلوری پلیمر می‌شوند. این افت خواص غیرقابل بازگشت است و با تکرار چرخه‌های فرآوری، این آسیب تشدید می شود.

طول متوسط الیاف پلی‌استر خالص (ویرجین) (Virgin) حدود ۲۰ تا ۲۵ میلی‌متر است، در حالی‌ که الیاف پلی‌استر بازیافت شده به روش مکانیکی به‌طور میانگین تنها ۸ تا ۱۲ میلی‌متر طول دارند. این کاهش طول، در اصل دامنه کاربردهای نهایی الیاف را محدود می‌سازد. این الیاف کوتاه‌ را نمی توان ریسید و از آنها نخ های متداول را تولید کرد و در نتیجه، عمدتاً در تولید منسوجات بی‌بافت و کاربردهای کم‌ارزش‌تر استفاده می‌شوند؛ از جمله در عایق‌ها (Insulation)، لایی (Wadding)، ژئوتکستایل (Geotextiles)، تودوزی های داخلی خودرو و سایر کاربردهای صنعتی.

استحکام کششی نیز به همین نسبت کاهش می یابد. میانگین استحکام کششی پلی‌استر خالص در حدود ۷۰ تا ۹۰ مگاپاسکال (MPa)  است،  در حالی‌ که میانگین استحکام کششی پلی‌استر بازیافت شده به روش مکانیکی تنها به ۴۰ تا ۵۰ مگاپاسکال می‌رسد. یعنی کاهش ۳۰ تا ۴۰ درصدی در استحکام کششی روی می دهد. لذا از این الیاف نمی توان در تولید پوشاک استفاده کرد، زیرا برای تولید پوشاک الیافی مورد نیاز است که دوام و عملکرد مکانیکی مناسبی داشته باشد.  

رنگ نیز یکی دیگر از چالش های موجود است. هنگامیکه الیاف به روش مکانیکی بازیافت می شوند، معمولاً رنگ‌های موجود در منسوجات اولیه حفظ می شود. از جنبه تئوری این موضوع یک مزیت محسوب می شود، زیرا امکان استفاده از الیاف رنگی بدون نیاز به رنگ‌آمیزی مجدد وجود دارد؛ اما در عمل از ترکیب پسماندهای با رنگ‌های مختلف، الیاف خاکستری یا قهوه‌ای کدر حاصل می شود. بنابراین باید مجدد رنگ‌آمیزی شوند؛ اما نکته اینجاست که برای نزدیک کردن رنگ الیاف بازیافتی به رنگ الیاف اصلی، باید غلظت رنگ را افزایش داد.

فروکافت (بدیافت)  (Downcycling)

با توجه به افت خواص در روش بازیافت مکانیکی، حداکثر امکان ۲ تا ۳ چرخه استفاده مجدد از الیاف وجود دارد، پس از آن الیاف به حدی تخریب شده اند که دیگر قابل فرآوری نخواهند بود. این محدودیت به پدیده فروکافت مشهور است؛ فروکافت فرآیند تبدیل مواد زائد و یا محصولات بی فایده به مواد جدید و یا محصولاتی با کیفیت کمتر و عملکرد پایین تر می باشد. هدف از  آن جلوگیری از هدر رفتن مواد مفید، کاهش مصرف مواد خام تازه، کاهش مصرف انرژی، کاهش آلودگی هوا و آب، و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در مقایسه با تولید اولیه محصولات می باشد. یک مثال واضح، بازیافت پلاستیک است که طی آن پلاستیک با درجه کیفیت پایین تر بدست می آید. بطور مثال یک پیراهن پلی‌استر به عایق تبدیل می‌شود، در چرخه بعدی به نمد با کیفیت پایین تبدیل شده و نهایتاً به سایت دفن زباله می رسد. در این روند، ارزش ماده به‌طور پیوسته کاهش می‌یابد و چرخه بسته و کامل در اقتصاد چرخشی محقق نمی شود.
از منظر اقتصاد چرخشی، فروکافت نشان‌دهنده شکست اصل بنیادین چرخه‌پذیری مواد است. سیستم‌های واقعی و پایدار نیازمند چرخه نامحدود مواد هستند؛ اما کاهش خواص در بازیافت مکانیکی مانع از دستیابی به این هدف می‌گردد.

بازیافت شیمیایی منسوجات

روش بازیافت شیمیایی تفاوت بنیادین با بازیافت مکانیکی دارد. در این فرایند پیوندهای پلیمری در سطح مولکولی شکسته شده و مونومرهای سازنده بازیابی می شوند، که می‌توانند به‌عنوان مواد اولیه در پلیمریزاسیون جدید مورد استفاده قرار گیرند. برخلاف بازیافت مکانیکی که در آن الیاف  به صورت کوتاه‌شده حفظ می شوند، در بازیافت شیمیایی مواد به بلوک‌های سازنده شیمیایی شان تجزیه می شوند.

مسیر بازیافت شیمیایی به نوع پلیمر بستگی دارد. در بازیافت شیمیایی پلی‌استر، چندین روش برای دی پلیمریزاسیون (Depolymerization) وجود دارد: گلیکولیز یا قند کافت (glycolysis) (واکنش با گلیکول‌ها)، هیدرولیز (واکنش با آب) و متانولیز (methanolysis) (واکنش با متانول). در هر یک از این روش‌ها پلی‌استر به مونومرهای تشکیل‌دهنده اش تجزیه می شود—از جمله دی‌متیل ترفتالات، اتیلن گلیکول یا ترفتالیک اسید—که پس از تصفیه، مجدداً پلیمریزه شده و پلی‌استر خالصی تولید می‌شود که با مواد مشتق‌شده از نفت تفاوتی ندارد.

فرآیند دی پلیمریزاسیون شرکت Aquafil نمونه‌ای از بلوغ فناوری بازیافت شیمیایی است. روش هیدرولیز اختصاصی آن‌ها پسماندهای پلی‌استر را به BHET خالص (بیس-هیدروکسی‌اتیل ترفتالات) تبدیل می‌کند که خلوص آن بیش از ۹۹٪ بوده و قابلیت پلیمریزاسیون مجدد مستقیم به صورت الیاف پلی‌استر خالص را دارد.

فناوری Circulose شرکت Renewcell نیز به‌طور مشابه پنبه را به صورت خمیر سلولزی حل می‌کند، تولیدکنندگان الیاف این خمیر را به الیاف سلولزی بازتولیدشده تبدیل می‌کنند که مشخصات آن با الیاف اولیه پنبه یکسان است.

مزیت اساسی بازیافت شیمیایی این است که خاصیت مواد بازیابی‌شده معادل الیاف خالص است و این وضعیت تکرارپذیر بوده و پایانی ندارد. از جنبه نظری، پلی‌استر بازیابی‌شده از طریق دی پلیمریزاسیون می‌تواند بارها و بارها در چرخه تولید–مصرف–بازیابی–تولید مجدد قرار گیرد بدون اینکه خواص آن نقصان یابد. یعنی طول الیاف، استحکام کششی و یکنواختی رنگ در تمامی چرخه‌ها ثابت باقی می‌مانند. این قابلیت تحقق چرخه واقعی (True Circularity)  را امکانپذیر می سازد. الیاف پلی‌استر بازیافت‌شده بصورت شیمیایی می‌تواند بیش از ۱۰۰ بار و حتی از جنبه نظری بی‌نهایت بار در چرخه مجدداً مورد  استفاده قرار گیرد. ارزش اقتصادی الیاف در تمام چرخه‌ها حفظ می‌شود، یعنی محصول بی کیفیت تر و ارزان تر از چرخه قبلی نیست، و مزایای زیست‌محیطی نیز در طول چندین نسل از چرخه‌های عمر محصول حفظ می شود.

واقعیت‌های اقتصادی

دینامیک هزینه(Cost Dynamics) اصطلاحی است که اولین بار توسط مایکل پورتر(Michael Porter) مطرح شد. منظور از دینامیک هزینه این است که هر شرکتی علاوه بر تجزیه و تحلیل رفتار هزینه در یک نقطه از زمان باید این موضوع را هم در نظر بگیرد که چگونه هزینه مطلق و نسبی فعالیت های ارزشمند در طول زمان تغییر می کند. شرکت ها با اتخاذ استراتژی دینامیک هزینه می توانند تغییرات را پیش بینی نموده و به سرعت به آنها  پاسخ دهند؛ درنتیجه نسبت به رقبایشان به مزیت هزینه(Cost advantage) دست می یابند. سازمان ها باید درک درستی از دینامیک هزینه داشته باشند  تا بتوانند در مورد قیمت گذاری محصول ، تخصیص منابع، بهبود فرآیند و سایر ابتکارات استراتژیک تصمیم گیری کنند. به این منظور کسب و کارها باید ساختار هزینه خود را را به صورت مداوم تجزیه و تحلیل کنند تا بتوانند نحوه رفتار عناصر مختلف هزینه را تعبیر نمایند. یعنی محرک های هزینه (به عنوان مثال، نیروی کار، مواد، ماشین آلات، تجهیزات و…) شناسایی و بررسی می شوند. محرک های هزینه به سازمان ها کمک می کنند تا منابع را به طور موثر تخصیص دهند و عملیات خود را بهینه کنند.

از جنبه سرمایه‌گذاری اولیه مورد نیاز، کفه ترازو به نفع بازیافت مکانیکی سنگینی می کند. راه اندازی کارخانه بازیافت مکانیکی با ظرفیت فرآوری ۱۰۰ تن در روز به سرمایه‌ای در حدود ۳ تا ۵ میلیون دلار نیاز دارد، در حالی‌که تأسیسات شیمیایی با ظرفیت معادل نیازمند ۱۵ تا ۲۵ میلیون دلار است که نشان‌دهنده ۴ تا ۶ برابر هزینه بالاتر است.

هزینه‌های عملیاتی نیز تفاوت قابل‌توجهی دارند. هزینه عملیاتی بازیافت مکانیکی حدود ۰.۳۰ تا ۰.۵۰ دلار به ازای هر کیلوگرم ماده پردازش‌شده است، در حالی که هزینه عملیاتی بازیافت شیمیایی در بازه ۰.۸۰ تا ۱.۵۰ دلار به ازای هر کیلوگرم قرار دارد که منعکس‌کننده پیچیدگی بیشتر فرآیند، مصرف انرژی بالاتر و مدیریت مواد شیمیایی است.

این دینامیک‌های هزینه‌ برای بازیافت شیمیایی چالش برانگیز هستند. یک واحد بازیافت مکانیکی می تواند الیاف بی‌بافت (Nonwoven) را با هزینه ۰.۵۰ تا ۰.۸۰ دلار به ازای هر کیلوگرم تولید نماید و محصولاتش قابلیت رقابت مستقیم با مواد بی‌بافت خالص با قیمت مشابه را دارند. در مقابل، در کارخانه بازیافت شیمیایی الیاف باکیفیت با هزینه ۱.۲۰ تا ۱.۸۰ دلار به ازای هر کیلوگرم تولید می شود، باید با قیمت بالاتر به بازار عرضه شود. این قیمت بالاتر باید با کیفیت بالاتر مواد قابل توجیه باشد.

با این حال، دینامیک‌های هزینه در حال تغییر هستند.با گسترش ظرفیت بازیافت شیمیایی، هزینه واحد کاهش می‌یابد و این کاهش ناشی از صرفه‌جویی در مقیاس (Economies of Scale) است. هزینه پلی‌استر بازیابی‌شده از طریق دی پلیمریزاسیون شیمیایی تا حدود زیادی به هزینه پلی‌استر خالص نزدیک شده است، این برابری هزینه برای پذیرش آن در بازار حیاتی می باشد. انتظار می‌رود که تا ۲ یا ۳ سال آینده، رقابت‌پذیری هزینه‌ای بازیافت شیمیایی به‌طور قابل‌توجهی بهبود یابد.

ظرفیت فراوری و توان عملیاتی

سادگی فرآیند بازیافت مکانیکی باعث می شود که توان عملیاتی (Throughput) بالا محقق شود. تأسیسات مکانیکی مدرن روزانه ۱۰۰ تا ۱۵۰ تن پسماند را با تجهیزات نسبتاً ساده پردازش می کنند. با استفاده از شبکه توزیع شده تأسیسات مکانیکی می‌توان پسماندها را به‌صورت منطقه‌ای و با صرفه اقتصادی پردازش نمود.

ولیکن ظرفیت بازیافت شیمیایی کمتر از بازیافت مکانیکی است؛ دلیل این امر پیچیده تر بودن فرایندهای آن می باشد.  یک تأسیسات شیمیایی پیشرفته حداکثر ۳۰ تا ۵۰ تن منسوجات را در روز می تواند فراوری کند. این توان عملیاتی پایین‌تر باعث می‌شود که تعداد این تأسیسات کمتر و اندازه شان بزرگ‌تر گردد، که منجر به تمرکز جغرافیایی و افزایش هزینه‌های لجستیکی جمع‌آوری خوراک (Feedstock) می‌شود.

با این حال، توان عملیاتی پایین تأسیسات شیمیایی با ارزش بالاتر خروجی جبران می‌شود.از  بازیافت شیمیایی، الیاف با کیفیت بالاتر تولید می شود که برای کاربردهای خاص و باکیفیت مناسب هستند و در نتیجه درآمد بیشتری به ازای هر تن پردازش‌شده حاصل می شود. بازده اقتصادی این روش حتی با وجود حجم پردازش کمتر، از بازیافت مکانیکی بیشتر می باشد.

تأثیرات زیست‌محیطی

بازیافت مکانیکی به‌طور کلی انرژی کمتری نسبت به روش‌های شیمیایی مصرف می‌کند؛ زیرا نیازی به واکنش‌های دمای بالا، سیستم‌های بازیابی حلال یا مدیریت مواد شیمیایی خطرناک ندارد. در روش بازیافت مکانیکی از منظر انرژی صرفاً در طی فرآیند معمولاً ۰.۵ تا ۱.۵ کیلووات‌ساعت به ازای هر کیلوگرم ماده پردازش‌شده مصرف می شود.

بازیافت شیمیایی به دلیل انجام فرایندهای گرمایش، تقطیر، بازیابی حلال و پلیمریزاسیون مستلزم مصرف انرژی بیشتری است. مصرف انرژی به ازای هر کیلوگرم ماده پردازش‌شده معمولاً ۲ تا ۴ کیلووات‌ساعت است که ۲ تا ۴ برابر بیشتر از بازیافت مکانیکی می باشد. با این حال، اگر انرژی مورد استفاده از منابع تجدیدپذیر تأمین شود، این فاصله کاهش خواهد یافت.

مدیریت مواد شیمیایی جنبه متفاوتی از اثرات زیست‌محیطی را نشان می‌دهد. از بازیافت مکانیکی پسماند شیمیایی خطرناک تولید نمی شود، اما محصول خروجی ارزش کمتری دارد. در مقابل بازیافت شیمیایی نیازمند مدیریت دقیق حلال‌ها و کاتالیزورها است، اما مواد خروجی کیفیتی معادل مواد خالص خواهند داشت. در محاسبه مزایای زیست‌محیطی باید کل چرخه عمر محصول در نظر گرفته شود، نه صرفاً انرژی که در طی فرایند مصرف می شود.

بخش‌بندی بازار (market segmentation)

انتخاب استراتژی بهینه از بین بازیافت مکانیکی و بازیافت شیمیایی بستگی زیادی به بخش‌بندی بازار دارد. در مواردی کاهش کیفیت الیاف اهمیت ندارد از جمله منسوجات بی بافتی که به عنوان عایق، ژئوتکستایل و منسوجات صنعتی کاربرد دارند یا پوشاک کم کیفیت، بهتر است از روش بازیافت مکانیکی استفاده گردد زیرا از جنبه اقتصادی مزیت هزینه ای دارد.

اما اگر کیفیت عالی مدنظر است باید روش بازیافت شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد. بطور مثال اگر الیاف بازیابی شده قرار است در تولید پوشاکی بکار روند که نیازمند دوام و عملکرد بالا است، یا در منسوجات فنی و لباس‌های لوکس. در این موارد کیفیت بالا هزینه فرآوری بالاتر را توجیه می‌کند.

بر اساس بخش‌بندی بازار رویکردهای ترکیبی (Hybrid) نیز ظهور کرده اند. بدین نحو که مراحل قبل از فرآوری یعنی خردایش و کاردینگ پسماند به الیاف به صورت مکانیکی انجام می شود؛ سپس این الیاف حاصل از فرایند مکانیکی طی فرایند شیمیایی فرآوری می شوند. به این صورت ترکیب بهینه ای از روش‌های صرفاً مکانیکی و صرفاً شیمیایی از نظر هزینه و کارایی بکار گرفته می شود.

مقررات و سیاست‌گذاری ها

مقررات و سیاست‌گذاری های جدید دولت ها به ‌طور روز افزون  از بازیافت شیمیایی حمایت می‌کنند، از جمله مقررات مسئولیت بسط یافته تولیدکننده(Extended producer responsibility) (EPR)  و مقررات اقتصاد چرخشی که در آنها بر توانایی واقعی چرخه‌پذیری مواد تأکید شده است.

براساس مقررات اتحادیه اروپا، بازیافت الیاف به الیاف (Fiber-to-Fiber) که از طریق روش‌های شیمیایی انجام می شود نسبت به روش های فروکافت (Downcycling) ارجحیت دارد. این ترجیحات مقرراتی می‌تواند به تدریج انگیزه‌های اقتصادی را به سمت روش‌های شیمیایی هدایت کند، حتی با وجود انکه  هزینه اولیه روش های شیمیایی در مقایسه با روش های مکانیکی به مراتب  بالاتر است.

چشم انداز صنعت بازیافت منسوجات

بر اساس پیش‌بینی‌های صنعتی تا سال ۲۰۳۰، تقریباً ۶۰٪ از زیرساخت‌های بازیافت جهانی مکانیکی، ۳۵٪ شیمیایی و ۵٪ هیبریدی خواهند بود. این توزیع نشان‌دهنده غلبه فعلی بازیافت مکانیکی و مزیت هزینه کوتاه‌مدت آن است، در کنار آن ظرفیت بازیافت شیمیایی برای پاسخگویی به بخش‌های پریمیوم بازار و الزامات اقتصاد چرخشی رشد خواهد یافت.

تا سال ۲۰۴۰، فناوری بازیافت شیمیایی به مرحله بلوغ رسیده و درنتیجه هزینه‌های آن کاهش خواهد یافت، در نتیجه در این توزیع درصدی سهم بازیافت شیمیایی افزایش چشم گیری خواهد یافت. زیرا واقعی نمودن قابلیت چرخه‌پذیری مواد  به یک ضرورت اقتصادی تبدیل شده است.

♦ منابع مرتبط :

www.globaltextiletimes.com►

https://aframis.com►

♦ لینک اشتراک گذاری :

B2n.ir/nassajyar2002►

♦ مطالب پیشنهادی :

 - آشنایی با دستگاه تابندگی توفوروان در صنعت نساجی

 - مزایای استفاده از دستگاه کاتس‌زنی در صنعت نساجی

.

.

لطفاً ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید.