हालिया तकनीकी प्रगति और चक्रीय अर्थव्यवस्था की अवधारणाओं के क्रमिक विकास के बावजूद, टायर पायरोलिसिस उत्पादों के बाज़ार को अभी भी प्रारंभिक अवस्था में माना जा सकता है। इस लेख में हम कार्बन ब्लैक की परिभाषा का परिचय देते हैं, शुद्ध कार्बन ब्लैक के अनुप्रयोग क्षेत्रों पर विस्तार से चर्चा करते हैं और पर्यावरण को नुकसान पहुँचाने वाले शुद्ध कच्चे माल के स्थान पर पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक की क्षमता का आकलन करने का प्रयास करते हैं।

इस लेख के अंत में, हम शुद्ध कार्बन ब्लैक के प्रतिस्थापन की दर को 20% मानते हुए, पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक के संभावित वार्षिक बाजार आकार का अनुमान लगाते हैं। संकेत: आंकड़े बताते हैं कि पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक का उत्पादन एक लाभदायक व्यवसाय है जिसमें अपार संभावनाएं हैं।

कार्बन ब्लैक: परिचय और परिभाषाएँ

परंपरागत रूप से कार्बन ब्लैक (सीबी) का उपयोग ऑटोमोबाइल टायरों में सुदृढ़ीकरण एजेंट और फिलर दोनों के रूप में किया जाता रहा है। सीबी के अद्वितीय गुणों की बेहतर समझ के साथ, इसका उपयोग वर्तमान में विभिन्न प्रकार के उत्पादों में व्यापक रूप से किया जा रहा है - कार टायर, कन्वेयर बेल्ट, स्याही, प्लास्टिक पाइप, रबर मैट, जूते के तलवे इत्यादि। शुद्ध सीबी में अशुद्धियों की मात्रा नगण्य होती है और कार्बन की मात्रा लगभग 100% होती है।

वर्जिन कार्बन ब्लैक (vCB) एक महीन काले पाउडर के रूप में पाया जाने वाला पदार्थ है, जो FCC टार, कोल टार या एथिलीन क्रैकिंग टार जैसे भारी पेट्रोलियम उत्पादों के अपूर्ण दहन से उत्पन्न होता है। कार्बन ब्लैक एक प्रकार का पैराक्रिस्टलाइन कार्बन है जिसका सतह-क्षेत्रफल-से-आयतन अनुपात उच्च होता है, हालांकि सक्रिय कार्बन से कम होता है। कार्बन ब्लैक का सबसे अधिक उपयोग रबर उत्पादों, विशेष रूप से टायरों में सुदृढ़ीकरण भराव के रूप में होता है। जबकि स्टाइरीन-ब्यूटाडाइन के शुद्ध गम वल्कनीकरण की तन्यता शक्ति 2 MPa से अधिक नहीं होती और घर्षण प्रतिरोध नगण्य होता है, इसमें वजन के हिसाब से 50% कार्बन ब्लैक मिलाने से इसकी तन्यता शक्ति और घिसाव प्रतिरोध में सुधार होता है।

कार्बन चार (सीसी) या कच्चा पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक (रॉ आरसीबी) पायरोलिसिस प्रक्रिया के तात्कालिक उत्पादों में से एक है। यह पदार्थ कम मूल्य का है और इसके सीमित उपयोग हैं, जैसे सीमेंट भट्टों में ऊर्जा उत्पादन। इसलिए, कार्बन चार को बाज़ार की आवश्यकताओं और अंतिम अनुप्रयोगों के अनुसार परिष्कृत करना आवश्यक है ताकि इसे उच्च मूल्य वाले अनुप्रयोगों में एक तकनीकी उत्पाद के रूप में उपयोग किया जा सके।

एएसटीएम इंटरनेशनल - एक मानकीकरण निकाय जो उत्पादों और सामग्रियों की प्रमुख परिभाषाएँ प्रस्तुत करता है और जिसके दुनिया भर में 12,800 से अधिक एएसटीएम मानक लागू हैं - ने हाल ही में रिकवर्ड कार्बन ब्लैक (आरसीबी) से संबंधित पहला मानक प्रकाशित किया है।

पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक (rCB) पर ASTM समिति D36उत्पाद की गुणवत्ता और सुरक्षा के संबंध में उभरते आरसीबी उद्योग को सहयोग देने के लिए इसकी स्थापना 2017 में की गई थी। कई उप-समितियाँ शब्दावली, मार्गदर्शन, प्रक्रियाओं और परीक्षण विधियों के लिए मानक विकसित करने के लिए जिम्मेदार हैं।

नया एएसटीएम मानक (डी8178) कार्बन चार (सीसी) से आरसीबी के मूल्य को स्पष्ट रूप से अलग करने के लिए सामान्य शब्दों के एक समूह की आवश्यकता को पूरा करता है। इसके अलावा, यह प्रस्तावित अनुप्रयोगों में आरसीबी के प्रदर्शन के बारे में संचार को सुगम बनाता है। डी8178 चार, कार्बन ब्लैक (एएसटीएम मानक डी3053 द्वारा परिभाषित), कच्चे पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक और पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक (आरसीबी) के बीच अंतर के महत्व को रेखांकित करता है।

सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि उत्पाद का नाम "पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक" (rCB) तभी लागू होना चाहिए जब कच्चे कार्बन ब्लैक को धातुओं और रेशों से मुक्त कर दिया गया हो और उसे पीसा गया हो, अन्यथा यह रबर में rCB को आमतौर पर अर्ध-सुदृढ़ीकरण गुण प्रदान करता है।

उत्पाद की अंतिम आवश्यकताओं के अनुसार कच्चे कार्बन ब्लैक (आरसीबी) को परिष्कृत करने और उसका मूल्य बढ़ाने के लिए कई प्रक्रियाएं उपलब्ध हैं। इनमें आकार के आधार पर छँटाई और बाहरी पदार्थों (धातुओं और रेशों) को अलग करना, या सामग्री के भीतर मौजूद कुछ घटकों को हटाने के लिए रसायनों या अन्य प्रक्रियाओं का उपयोग करना शामिल हो सकता है। टायर के पायरोलिसिस से प्राप्त परिष्कृत कार्बन चारकोल को रिकवर्ड कार्बन ब्लैक (आरसीबी) के रूप में लेबल किया जा सकता है और विभिन्न प्रक्रियाओं के माध्यम से इसे पुर्जों के निर्माण में उपयोग के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। इसे रासायनिक उद्योग द्वारा स्याही, पेंट और अन्य सामग्रियों में रंगद्रव्य और भराव के रूप में उपयोग के लिए और परिष्कृत किया जा सकता है।

सीसी को आरसीसीबी में परिवर्तित करने की प्रक्रिया जटिल है और इसके लिए पूंजी-गहन तकनीकों की आवश्यकता होती है। इस सामग्री को और परिष्कृत करने से कार्बन चार के गुणों में उल्लेखनीय सुधार होगा, इसमें मौजूद अधिकांश अशुद्धियाँ दूर हो जाएँगी और यह एक उच्च मूल्य वाली वस्तु में परिवर्तित हो जाएगी जो शुद्ध काले कार्बन के गुणों को काफी हद तक दोहरा सकती है। अनुप्रयोग और प्रदर्शन आवश्यकताओं के आधार पर, आरसीसीबी विभिन्न विनिर्माण प्रक्रियाओं में वीसीबी के 10% से 100% तक का स्थान ले सकता है।

पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक (आरसीबी) का सबसे बड़ा लक्ष्य टायर निर्माण उद्योग में इसका उपयोग करना है। विश्व स्तर पर कार्बन ब्लैक की खपत का अधिकांश हिस्सा टायर उद्योग में ही होता है। हालांकि, नियामक बाधाओं, छवि और आपूर्ति संबंधी चिंताओं के कारण टायर उद्योग उच्च मात्रा में कार्बन ब्लैक (vCB) को rCB से बदलने या अपने उत्पादन में बड़ी मात्रा में rCB को स्वीकार करने में धीमी गति से काम कर रहा है। लेकिन टायर निर्माताओं के बीच rCB की स्वीकृति की ओर एक स्पष्ट रुझान भी दिखाई दे रहा है। मिशेलिन ने स्वीडिश टायर पायरोलिसिस कंपनी में महत्वपूर्ण हिस्सेदारी हासिल कर ली है और दक्षिण अमेरिका में rCB उत्पादन संयंत्र स्थापित करने की योजना बना रही है।

कार्बन ब्लैक के उपयोगों का अवलोकन

टायरों में सुदृढ़ीकरण कारक के रूप में दशकों से वर्जिन कार्बन ब्लैक का उपयोग किया जाता रहा है और यह संपूर्ण रबर उद्योग के लिए एक प्रमुख सामग्री बन गया है। अपने अद्वितीय गुणों के कारण, कार्बन ब्लैक का उपयोग टायर और गैर-टायर रबर उद्योगों के अधिकांश क्षेत्रों में होता है, और इसका विस्तार पिगमेंटेशन, पराबैंगनी (यूवी) स्थिरीकरण और चालकता कारक के रूप में विभिन्न प्रकार के रोजमर्रा और विशेष उच्च प्रदर्शन वाले उत्पादों में भी हुआ है। अंतर्राष्ट्रीय कार्बन ब्लैक एसोसिएशन (आईसीबीए) ने कार्बन ब्लैक के उपयोगों को निम्न प्रकार से वर्गीकृत किया है:

• टायर और औद्योगिक रबर उत्पाद: कार्बन ब्लैक को रबर में भराव और मजबूती प्रदान करने वाले एजेंट के रूप में मिलाया जाता है। विभिन्न प्रकार के टायरों में, इसका उपयोग आंतरिक लाइनर, कारकेस, साइडवॉल और ट्रेड में किया जाता है, जिसमें विशिष्ट प्रदर्शन आवश्यकताओं के आधार पर विभिन्न प्रकार के कार्बन ब्लैक का प्रयोग होता है। कार्बन ब्लैक का उपयोग कई ढाले और एक्सट्रूड किए गए औद्योगिक रबर उत्पादों में भी किया जाता है, जैसे बेल्ट, होज़, गैस्केट, डायाफ्राम, कंपन रोधक, बुशिंग, एयर स्प्रिंग, चेसिस बंपर और कई प्रकार के पैड, बूट, वाइपर ब्लेड, कन्वेयर व्हील और ग्रोमेट।
• प्लास्टिक: कार्बन ब्लैक का उपयोग अब कचरा बैग, औद्योगिक बैग, फोटोग्राफिक कंटेनर, कृषि मल्च फिल्म, स्ट्रेच रैप और ऑटोमोटिव, इलेक्ट्रिकल/इलेक्ट्रॉनिक्स, घरेलू उपकरण और ब्लो-मोल्डेड कंटेनर जैसे उत्पादों में प्रवाहकीय पैकेजिंग, फिल्मों, फाइबर, मोल्डिंग, पाइप और अर्ध-प्रवाहकीय केबल यौगिकों के लिए व्यापक रूप से किया जाता है।
• इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज (ईएसडी) यौगिक: कार्बन ब्लैक को सावधानीपूर्वक इस तरह से डिजाइन किया जाता है कि वे इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग, सुरक्षा अनुप्रयोगों और ऑटोमोटिव पार्ट्स जैसे उत्पादों में विद्युत गुणों को इन्सुलेटिंग से चालक में परिवर्तित कर सकें।
• उच्च प्रदर्शन कोटिंग्स: कार्बन ब्लैक कई कोटिंग अनुप्रयोगों के लिए पिगमेंटेशन, चालकता और यूवी सुरक्षा प्रदान करते हैं, जिनमें ऑटोमोटिव (प्राइमर बेसकोट और क्लियरकोट), समुद्री, एयरोस्पेस, सजावटी, लकड़ी और औद्योगिक कोटिंग्स शामिल हैं।
• टोनर और प्रिंटिंग इंक: कार्बन ब्लैक फॉर्मूलेशन को बेहतर बनाते हैं और विशिष्ट रंग आवश्यकताओं को पूरा करने में व्यापक लचीलापन प्रदान करते हैं।

हालांकि कार्बन ब्लैक के कई उपयोग हैं, लेकिन विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए कार्बन ब्लैक के विभिन्न गुणों और विशेषताओं की आवश्यकता होती है।

कार्बन ब्लैक की गुणवत्ता प्रक्रिया और उपकरण पर निर्भर करती है। इसलिए, उपकरण खरीदते समय, कार्बन ब्लैक की वांछित गुणवत्ता और इन अनुप्रयोगों की मांग को ध्यान में रखना चाहिए।

बाजार की क्षमता और प्रमुख आरसीबी मांग कारक

यह देखते हुए कि विभिन्न उद्योगों में rCB, vCB का आंशिक और पूर्ण प्रतिस्थापन है, rCB की बाजार क्षमता vCB के वर्तमान बाजारों द्वारा निर्धारित होती है। विभिन्न उद्योग विशेषज्ञों और हमारे अनुमानों के अनुसार, पिछले पांच वर्षों में vCB की वैश्विक खपत लगातार बढ़ी है और इसका अनुमान प्रति वर्ष 11-13 मिलियन टन के बीच है। यह लगभग 16 बिलियन यूरो के वार्षिक कुल बाजार का प्रतिनिधित्व करता है।

वीसीबी का सबसे आम उपयोग रबर और प्लास्टिक के अनुप्रयोगों में होता है (क्योंकि इसमें भराव और सुदृढ़ीकरण एजेंट दोनों के गुण होते हैं)। रबर को सुदृढ़ करने की क्षमता के कारण इसका व्यापक रूप से टायर निर्माण उद्योग में उपयोग किया जाता है। अन्य रबर और प्लास्टिक अनुप्रयोगों में, इसका उपयोग भराव के रूप में किया जाता है। इस संदर्भ में, भराव एक तनुकरण एजेंट है और इसका उपयोग मुख्य रूप से मात्रा लागत को कम करने के लिए किया जाता है। ये अनुप्रयोग विश्व भर में कुल वीसीबी खपत के 95% से अधिक के लिए जिम्मेदार हैं। लगभग 4% वीसीबी का उपयोग स्याही वर्णक के रूप में किया जाता है, इसके उत्कृष्ट रंग गुणों के कारण, और शेष भाग का उपयोग अन्य अनुप्रयोगों में किया जाता है।

चार्ट: कार्बन ब्लैक के अंतिम उपयोग के बाजार

टायर उद्योग अभी भी शुद्ध कार्बन ब्लैक का सबसे बड़ा उपभोक्ता है, जिसकी कुल खपत हाल के वर्षों में लगभग 9 मिलियन टन रही है। इस उद्योग में कुछ ही बड़ी कंपनियाँ हैं जो बाज़ार पर हावी हैं और आपूर्तिकर्ताओं पर उनका काफी प्रभाव है। यह उद्योग विश्वव्यापी कार्बन ब्लैक खपत का लगभग 70% हिस्सा है, जिसमें यात्री टायरों की खपत 45%, ट्रक और बस टायरों की 32% और अन्य टायरों (ओवर-रोड ट्रांसपोर्ट, मोटरसाइकिल, विमान आदि) की 23% है।

कार्बन ब्लैक की खपत में गैर-टायर रबर उत्पाद दूसरा सबसे बड़ा हिस्सा हैं, जो कुल खपत का 20% यानी लगभग 2-2.5 मिलियन टन प्रति वर्ष है। इसमें टायरों और रिट्रेड के अलावा रबर के सभी अनुप्रयोग शामिल हैं और यह कई उद्योगों में व्यापक रूप से फैला हुआ है जो रबर बेल्ट, तार, औद्योगिक रबर और अन्य उद्योगों के लिए उत्पाद बनाते हैं जिनमें कार्बन ब्लैक का उपयोग मिश्रण प्रक्रियाओं में किया जाता है।

प्लास्टिक और स्याही को विशिष्ट बाज़ार के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है और ये वीसीबी की खपत का लगभग 10% हिस्सा हैं – प्रति वर्ष 1-1.2 मिलियन टन। यह खंड विभिन्न अंतिम अनुप्रयोगों और विशिष्ट प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए आवश्यक विभिन्न ग्रेड और अनुकूलित सीबी फॉर्मूलेशन में भी विविधतापूर्ण है। इस खंड में वीसीबी का उपयोग मुख्य रूप से वर्णक या प्रदर्शन संवर्धक के रूप में केंद्रित है।

हमारे शोध से पता चलता है कि कुछ अनुप्रयोगों (जैसे प्लास्टिक मास्टरबैच, छत उत्पाद, स्याही आदि) में 100% तक वर्जिन कार्बन ब्लैक को प्रतिस्थापित किया जा सकता है, जबकि अन्य अनुप्रयोगों में यह संख्या अपेक्षाकृत कम है। उदाहरण के लिए, यात्री कारों के टायरों के साइडवॉल में 30%-50% वर्जिन कार्बन ब्लैक को आरसीबी से प्रतिस्थापित किया जा सकता है।

20% की प्रतिस्थापन दर मानते हुए, हमारा अनुमान है कि वैश्विक rCB बाजार का वार्षिक आकार लगभग 3.2 बिलियन यूरो हो सकता है।

इससे आरसीबी उत्पादन पर केंद्रित पायरोलिसिस व्यवसाय लाभदायक उद्यम बन जाता है। हालांकि व्यवसाय की सफलता उत्पादन तकनीक और उत्पाद की गुणवत्ता जैसे कई कारकों पर निर्भर करती है, लेकिन पायरोलिसिस संचालकों के लिए बाजार में व्यापक अवसर उपलब्ध हैं।

वैश्विक कार्बन ब्लैक बाजार में हमें केवल इसकी अपार संभावनाएं ही दिखाई देती हैं, लेकिन हमें यह भी विश्वास है कि विकसित अर्थव्यवस्थाओं के सतत और पर्यावरण-अनुकूल प्रौद्योगिकियों की ओर बढ़ते राजनीतिक रुझान के कारण यह वृद्धि अपरिहार्य है। आज, बाजार में नए प्रवेशकों के पास आरसीबी उद्योग को आकार देने और आने वाले दशकों में इसका नेतृत्व करने का एक अनूठा अवसर है।

उद्योग की क्षमता को बढ़ाने के लिए समन्वित प्रयासों की आवश्यकता है।

फिर भी, उद्योग में पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक के उपयोग को बढ़ावा देने और आरसीबी उद्योग के विकास में तेजी लाने के लिए सभी हितधारकों के समन्वित प्रयासों की आवश्यकता है। आरसीबी उद्योग काफी हद तक नियमों और अनुसंधान पर निर्भर करता है। नियमों की आवश्यकता इसलिए है ताकि पायरोलिसिस संचालक अधिक समरूप और स्थिर उत्पादन कर सकें, जबकि नियम उद्योग को चक्रीय अर्थव्यवस्था के दायरे में शामिल करने में सहायक होंगे।

बड़े उद्योगों में नियामकीय बाधाओं का मुख्य कारण रिकवर्ड कार्बन ब्लैक (आरसीबी) का मानकीकरण न होना था। अच्छी खबर यह है कि एएसटीएम इस दिशा में प्रगति कर रहा है और आरसीबी के लिए विशिष्ट मानक तैयार कर रहा है। संरचना स्तर और सतह क्षेत्र माप पर आधारित कार्बन ब्लैक के विशिष्ट लक्षण वर्णन तरीके रिकवर्ड कार्बन ब्लैक उत्पादों के लिए रबर में उनके प्रदर्शन से पूरी तरह मेल नहीं खाते, इसलिए एएसटीएम आरसीबी के लिए विशिष्ट परीक्षण विधियों की पहचान करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगा। हालांकि, आरसीबी एक चक्रीय अर्थव्यवस्था के संदर्भ में एक टिकाऊ उत्पाद है और विभिन्न अनुप्रयोगों में अलग-अलग लाभ प्रदान करता है।