हाल की तकनीकी प्रगति और चक्रीय अर्थव्यवस्था की अवधारणाओं के क्रमिक विकास के बावजूद, टायर पायरोलिसिस उत्पादों का बाज़ार अभी भी नवजात ही माना जा सकता है। इस लेख में हम कार्बन ब्लैक के बारे में परिचय देंगे, वर्जिन कार्बन ब्लैक के अनुप्रयोग क्षेत्रों पर विस्तार से चर्चा करेंगे और पर्यावरण को नुकसान पहुँचाने वाले अपने समकक्ष - वर्जिन सामग्री - की जगह लेने के लिए पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक की क्षमता का आकलन करेंगे।

इस लेख के अंत में, हम पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक के संभावित वार्षिक बाज़ार आकार का अनुमान लगाते हैं, यह मानते हुए कि शुद्ध कार्बन ब्लैक प्रतिस्थापन दर 20% है। संकेत: आँकड़े बताते हैं कि पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक का उत्पादन एक लाभदायक व्यवसाय है जो अवसरों से भरपूर है।

कार्बन ब्लैक: परिचय और परिभाषाएँ

पारंपरिक रूप से कार्बन ब्लैक (सीबी) का उपयोग ऑटोमोबाइल टायरों में एक सुदृढ़ीकरण एजेंट और भराव दोनों के रूप में किया जाता रहा है। एक पदार्थ के रूप में सीबी के अद्वितीय गुणों की बेहतर समझ के साथ, वर्तमान में इसका उपयोग विभिन्न प्रकार के उत्पादों - कार टायर, कन्वेयर बेल्ट, स्याही, प्लास्टिक पाइप, रबर मैट, जूते के सोल आदि - में व्यापक अनुप्रयोगों में किया जाता है। वर्जिन सीबी में अशुद्धियाँ बहुत कम होती हैं और कार्बन की मात्रा लगभग 100% होती है।

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

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

एएसटीएम इंटरनेशनल - एक मानकीकरण निकाय जो दुनिया भर में 12,800 से अधिक एएसटीएम मानकों के साथ उत्पादों और सामग्रियों की प्रमुख परिभाषाएं पेश करता है - ने हाल ही में पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक (आरसीबी) से संबंधित पहला मानक प्रकाशित किया है।

पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक (आरसीबी) पर एएसटीएम समिति डी36उभरते हुए आरसीबी उद्योग को उनके उत्पादों की गुणवत्ता और सुरक्षा के संबंध में सहायता प्रदान करने के लिए 2017 में इसकी स्थापना की गई थी। शब्दावली, मार्गदर्शन, प्रथाओं और परीक्षण विधियों के मानक विकसित करने के लिए कई उप-समितियाँ ज़िम्मेदार हैं।

नया ASTM मानक (D8178) कार्बन चार (CC) से rCB के मान 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 rCB के प्रदर्शन के बारे में संचार को सुगम बनाता है। D8178, चार, कार्बन ब्लैक (जैसा कि ASTM मानक D3053 द्वारा परिभाषित है), कच्चे पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक और पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक (rCB) के बीच अंतर के महत्व को रेखांकित करता है।

सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि उत्पाद का नाम "पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक" (आरसीबी) केवल तभी लागू होना चाहिए जब कच्चे कार्बन ब्लैक को धातुओं और फाइबर से मुक्त किया गया हो और उसे मिल्ड किया गया हो, जो अन्यथा रबर में आरसीबी को आम तौर पर अर्ध-प्रबलित गुण प्रदान करता है।

उत्पाद की अंतिम आवश्यकताओं के अनुसार कच्चे आरसीबी (सीसी) को परिष्कृत और मूल्यवर्धित करने की कई प्रक्रियाएँ हैं। यह आकार की जाँच और बाहरी पदार्थों (धातुओं और रेशों) को अलग करने तक सीमित हो सकता है, या रसायनों या अन्य प्रक्रियाओं का उपयोग करके पदार्थ के अंदर मौजूद कुछ घटकों को हटाया जा सकता है। टायर पायरोलिसिस से प्राप्त परिष्कृत कार्बन चार को पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक (आरसीबी) के रूप में लेबल किया जा सकता है और इसे पुर्जों के निर्माण में उपयोग के लिए विभिन्न प्रक्रियाओं के साथ अनुकूलित किया जा सकता है और रासायनिक उद्योग द्वारा स्याही, पेंट और अन्य पदार्थों में रंगद्रव्य और भराव के रूप में उपयोग के लिए और अधिक परिष्कृत किया जा सकता है।

CC को rCB में पोस्ट-प्रोसेस करना जटिल है और इसके लिए पूँजी-गहन तकनीकों की आवश्यकता होती है। इस सामग्री को और अधिक परिष्कृत करने से कार्बन चार के गुणों में उल्लेखनीय सुधार होगा, बहुत अधिक मात्रा में बाहरी पदार्थों को हटाया जा सकेगा और इसे एक उच्च मूल्य वाली वस्तु में परिवर्तित किया जा सकेगा जो वर्जिन ब्लैक कार्बन के गुणों को उचित सीमा तक दोहरा सकती है। अनुप्रयोग और प्रदर्शन आवश्यकताओं के आधार पर, rCB विभिन्न निर्माण प्रक्रियाओं में vCB के 10% से 100% तक का प्रतिस्थापन कर सकता है।

टायर निर्माण उद्योग द्वारा पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक (आरसीबी) के लिए पवित्र ग्रिल अनुप्रयोग का उपयोग किया जाना है। दुनिया भर में कार्बन ब्लैक की खपत का अधिकांश हिस्सा टायर उद्योग में होता है। हालाँकि, नियामक बाधाओं, छवि और आपूर्ति संबंधी चिंताओं के कारण टायर उद्योग उच्च मात्रा में वीसीबी को आरसीबी से बदलने या अपने उत्पादन में बड़ी मात्रा में स्वीकार करने में धीमा है। लेकिन टायर निर्माताओं के बीच आरसीबी को स्वीकार करने की एक स्पष्ट प्रवृत्ति भी है। अन्य कंपनियों के अलावा, मिशेलिन ने एक स्वीडिश टायर पायरोलिसिस कंपनी में महत्वपूर्ण हिस्सेदारी हासिल कर ली है और दक्षिण अमेरिका में आरसीबी उत्पादन संयंत्र स्थापित करने की योजना बना रही है।

कार्बन ब्लैक के उपयोगों का अवलोकन

वर्जिन कार्बन ब्लैक का इस्तेमाल दशकों से टायरों में मज़बूती लाने वाले एजेंट के रूप में किया जाता रहा है और यह पूरे रबर उद्योग के लिए एक प्रमुख सामग्री बन गया है। अपने अनूठे गुणों के कारण, कार्बन ब्लैक का इस्तेमाल ज़्यादातर टायर और गैर-टायर रबर उद्योगों में किया जाता है, और अब इसमें रोज़मर्रा के इस्तेमाल और उच्च प्रदर्शन वाले विशिष्ट उत्पादों में पिगमेंटेशन, पराबैंगनी (यूवी) स्थिरीकरण और सुचालक एजेंट भी शामिल हो गए हैं। अंतर्राष्ट्रीय कार्बन ब्लैक एसोसिएशन (ICBA) ने कार्बन ब्लैक के उपयोगों को इस प्रकार वर्गीकृत किया है:

• टायर और औद्योगिक रबर उत्पाद: कार्बन ब्लैक को रबर में भराव और सुदृढ़ीकरण एजेंट दोनों के रूप में मिलाया जाता है। विभिन्न प्रकार के टायरों के लिए, इसका उपयोग इनर लाइनर, कार्केस, साइडवॉल और ट्रेड्स में किया जाता है, जो विशिष्ट प्रदर्शन आवश्यकताओं के आधार पर विभिन्न प्रकार के होते हैं। कार्बन ब्लैक का उपयोग कई मोल्डेड और एक्सट्रूडेड औद्योगिक रबर उत्पादों में भी किया जाता है, जैसे बेल्ट, होज़, गास्केट, डायाफ्राम, कंपन अलगाव, बुशिंग, एयर स्प्रिंग, चेसिस बंपर, और कई प्रकार के पैड, बूट, वाइपर ब्लेड, कन्वेयर व्हील और ग्रोमेट।
• प्लास्टिक: कार्बन ब्लैक का उपयोग अब व्यापक रूप से प्रवाहकीय पैकेजिंग, फिल्म, फाइबर, मोल्डिंग, पाइप और अर्ध-प्रवाहकीय केबल यौगिकों जैसे उत्पादों में किया जाता है, जैसे कि कचरा बोरे, औद्योगिक बैग, फोटोग्राफिक कंटेनर, कृषि मल्च फिल्म, स्ट्रेच रैप, और ऑटोमोटिव, इलेक्ट्रिकल/इलेक्ट्रॉनिक्स, घरेलू उपकरणों और ब्लो-मोल्डेड कंटेनरों के लिए थर्मोप्लास्टिक मोल्डिंग अनुप्रयोग।
• इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज (ईएसडी) यौगिक: कार्बन ब्लैक को इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग, सुरक्षा अनुप्रयोगों और ऑटोमोटिव भागों जैसे उत्पादों में विद्युत विशेषताओं को इन्सुलेटिंग से सुचालक में बदलने के लिए सावधानीपूर्वक डिज़ाइन किया गया है।
• उच्च प्रदर्शन कोटिंग्स: कार्बन ब्लैक ऑटोमोटिव (प्राइमर बेसकोट और क्लियरकोट), समुद्री, एयरोस्पेस, सजावटी, लकड़ी और औद्योगिक कोटिंग्स सहित कई कोटिंग अनुप्रयोगों के लिए रंजकता, चालकता और यूवी संरक्षण प्रदान करते हैं।
• टोनर और मुद्रण स्याही: कार्बन ब्लैक फॉर्मूलेशन को बढ़ाते हैं और विशिष्ट रंग आवश्यकताओं को पूरा करने में व्यापक लचीलापन प्रदान करते हैं।

यद्यपि कार्बन ब्लैक के अनेक उपयोग हैं, लेकिन विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए कार्बन ब्लैक की अलग-अलग गुणवत्ता और अलग-अलग गुणों 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 संभावनाएं और प्रमुख आरसीबी मांग चालक

यह देखते हुए कि विभिन्न उद्योगों में आरसीबी, वीसीबी का आंशिक और पूर्ण प्रतिस्थापन है, आरसीबी की बाज़ार क्षमता वीसीबी के वर्तमान बाज़ारों द्वारा निर्धारित होती है। विभिन्न उद्योग विशेषज्ञों और हमारे अनुमानों के अनुसार, पिछले पाँच वर्षों में दुनिया भर में वीसीबी की खपत लगातार बढ़ी है और यह अनुमानतः 11-13 मिलियन टन प्रति वर्ष है। यह लगभग 16 बिलियन यूरो के वार्षिक कुल बाज़ार का प्रतिनिधित्व करता है।

vCB का सबसे आम उपयोग रबर और प्लास्टिक अनुप्रयोगों में होता है (इसके भराव और प्रबलन दोनों गुणों के कारण)। रबर को सुदृढ़ करने की इसकी 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 मामले में, भराव एक तनुकारी एजेंट है और इसका उपयोग मुख्य रूप से मात्रा लागत कम करने के लिए किया जाता है। ये अनुप्रयोग कुल वैश्विक CB खपत का 95% से अधिक हिस्सा हैं। लगभग 4% CB का उपयोग इसके उत्कृष्ट रंग गुणों के कारण स्याही वर्णक के रूप में किया जाता है और शेष भाग का उपयोग अन्य अनुप्रयोगों में किया जाता है।

चार्ट: कार्बन ब्लैक अंतिम उपयोग बाजार

टायर उद्योग अभी भी वर्जिन कार्बन ब्लैक का सबसे बड़ा उपभोक्ता है, जिसकी कुल खपत हाल के वर्षों में 9 मिलियन टन के आसपास रही है। इसका प्रतिनिधित्व कुछ बड़े खिलाड़ियों द्वारा किया जाता है जो बाज़ार पर अपना दबदबा रखते हैं और आपूर्तिकर्ताओं के साथ उच्च प्रभाव रखते हैं। यह उद्योग दुनिया भर में कार्बन ब्लैक की खपत का लगभग 70% हिस्सा रखता है, इस श्रेणी में यात्री टायरों की हिस्सेदारी कार्बन ब्लैक की खपत का 45%, ट्रक और बस टायरों की हिस्सेदारी 32%, और अन्य टायरों (ओटीआर, मोटरसाइकिल, विमान, आदि) की हिस्सेदारी 23% है।

कार्बन ब्लैक की खपत में गैर-टायर रबर उत्पाद दूसरे सबसे बड़े हिस्से का प्रतिनिधित्व करते हैं, कुल मिलाकर 20%, यानी लगभग 2-2.5 मिलियन टन प्रति वर्ष। इसमें टायर और रीट्रेड के अलावा सभी रबर 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 जो अपनी कंपाउंडिंग गतिविधियों में कार्बन ब्लैक का उपयोग करते हैं।

प्लास्टिक और स्याही को विशिष्ट बाज़ारों में वर्गीकृत किया जा सकता है और ये vCB खपत का लगभग 10% हिस्सा हैं - प्रति वर्ष 1-1.2 मिलियन टन। यह क्षेत्र विभिन्न अंतिम अनुप्रयोगों और विशिष्ट प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए आवश्यक विभिन्न ग्रेड और कस्टम-निर्मित CB फ़ॉर्मूलेशन में भी विविधतापूर्ण है। इस क्षेत्र में vCB का उपयोग मुख्यतः पिगमेंट या प्रदर्शन भराव के रूप में केंद्रित है।

जबकि हमारा शोध बताता है कि कुछ अनुप्रयोगों (जैसे, प्लास्टिक मास्टरबैच, छत के उत्पाद, स्याही, आदि) में 100% तक वर्जिन कार्बन ब्लैक को बदला जा सकता है, अन्य अनुप्रयोगों में यह संख्या कम है। उदाहरण के लिए, यात्री कार के टायरों की साइडवॉल में 30%-50% vCB को rCB से बदला जा सकता है।

20% की प्रतिस्थापन दर मानते हुए, हमारा अनुमान है कि वैश्विक आरसीबी बाजार की वार्षिक मात्रा लगभग 3.2 बिलियन यूरो हो सकती है।

इससे आरसीबी उत्पादन पर केंद्रित पायरोलिसिस व्यवसाय एक लाभदायक उद्यम बन जाता है। हालाँकि व्यवसाय की सफलता उत्पादन तकनीक और उत्पादन की गुणवत्ता जैसे कई कारकों पर निर्भर करती है, फिर भी पायरोलिसिस संचालकों के लिए बाज़ार में अपार अवसर उपलब्ध हैं।

हम वैश्विक कार्बन ब्लैक बाज़ार में केवल पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक की ही संभावना देखते हैं, लेकिन हम यह भी मानते हैं कि विकसित अर्थव्यवस्थाओं के सतत और पर्यावरण-अनुकूल तकनीकों की ओर बढ़ते राजनीतिक बदलाव के कारण यह वृद्धि अपरिहार्य है। आज, बाज़ार में नए लोगों के पास कार्बन ब्लैक उद्योग को आकार देने और अगले दशकों में इसका नेतृत्व करने का एक अनूठा अवसर है।

उद्योग की क्षमता को बढ़ावा देने के लिए ठोस प्रयासों की आवश्यकता

फिर भी, उद्योग द्वारा पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक के उपयोग को बढ़ावा देने और आरसीबी उद्योग के विकास में तेज़ी लाने के लिए, सभी हितधारकों के सम्मिलित प्रयासों की आवश्यकता है। आरसीबी उद्योग नियमों और अनुसंधान पर बहुत अधिक निर्भर करता है। पायरोलिसिस ऑपरेटरों को अधिक समरूप और स्थिर उत्पादन प्रदान करने में सक्षम बनाने के लिए बाद वाले की आवश्यकता है, जबकि पहले वाले से उद्योग को चक्रीय अर्थव्यवस्था के चक्र में शामिल करने में मदद मिलेगी।

बड़े उद्योगों में नियामक बाधाएँ मुख्यतः आरसीबी के मानकीकरण के अभाव के कारण उत्पन्न हुईं। अच्छी खबर यह है कि एएसटीएम इस मामले में प्रगति कर रहा है और आरसीबी के लिए विशिष्ट मानक तैयार कर रहा है। चूँकि संरचना स्तर और सतह क्षेत्र माप पर आधारित विशिष्ट कार्बन ब्लैक अभिलक्षणन विधियाँ, पुनर्प्राप्त कार्बन ब्लैक उत्पादों के लिए रबर के अंदर के प्रदर्शन से समान रूप से संबंधित नहीं हो सकती हैं, इसलिए एएसटीएम आरसीबी के लिए विशिष्ट परीक्षण विधियों की पहचान को आगे बढ़ाएगा। हालाँकि, चक्रीय अर्थव्यवस्था की दृष्टि से आरसीबी एक टिकाऊ उत्पाद है और विभिन्न अनुप्रयोगों में अलग-अलग लाभ प्रदान करता है।