Eco-Efficient Composite Roof Tiles from Recycled PET Bottles and Lightweight Red Ash: Manufacturing, Mechanical Performance, and Durability

हर दिन, दुनिया प्लास्टिक की बोतलों का एक पहाड़ पैदा करती है जिनका उपयोग एक बार किया जाता है और फिर उन्हें फेंक दिया जाता है, जिससे कचरे की एक निरंतर समस्या पैदा होती है जो लैंडफिल को जाम करती है और पारिस्थितिक तंत्र को प्रदूषित करती है। साथ ही, निर्माण उद्योग छतों के निर्माण के लिए भारी, संसाधन-गहन सामग्रियों जैसे कंक्रीट और मिट्टी पर बहुत अधिक निर्भर करता है, जो इमारतों में काफी वजन जोड़ता है और प्राकृतिक संसाधनों की विशाल मात्रा का उपभोग करता है। वैज्ञानिकों और इंजीनियरों के लिए चुनौती यह है कि वे इन दो अलग-अलग कचरे के प्रवाह और मांग को एक एकल, उपयोगी समाधान में बदलने का तरीका खोजें। लक्ष्य ऐसे निर्माण सामग्री बनाना है जो घर को तत्वों से बचाने के लिए पर्याप्त मजबूत हो लेकिन संभालने में आसान होने के लिए पर्याप्त हल्की भी हो, और साथ ही उन सामग्रियों का पुनर्चक्रण (रिसाइकिल) करे जिन्हें अन्यथा फेंक दिया जाता। यह दृष्टिकोण, जिसे अक्सर सर्कुलर इकोनॉमी कहा जाता है, सामग्रियों को कचरा बनने देने के बजाय उन्हें यथासंभव लंबे समय तक उपयोग में रखने का प्रयास करता है।

हाल ही में एक अध्ययन में, इथियोपिया के शोधकर्ताओं ने इस चुनौती से निपटने के लिए दो बहुत ही अलग प्रकार के अपशिष्ट उत्पादों को मिलाया: कटी हुई प्लास्टिक की बोतलें और लाल राख, जो ईंट बनाने के बाद बचा हुआ एक महीन पाउडर है। टीम ने यह देखने के लिए प्रयास किया कि क्या वे प्लास्टिक को पिघलाकर और राख के साथ मिलाकर एक नए प्रकार की छत की टाइल बना सकते हैं। उन्होंने प्लास्टिक को एक गोंद के रूप में माना जो राख के कणों को एक साथ जोड़े रखेगा, इस उम्मीद में कि इससे एक ऐसी सामग्री बनेगी जो टिकाऊ और हल्की दोनों होगी। इसका परीक्षण करने के लिए, उन्होंने प्लास्टिक और राख की विभिन्न मात्राओं के साथ टाइलों की एक श्रृंखला बनाई, जिसमें पूरी तरह से राख से बनी टाइलों से लेकर पूरी तरह से प्लास्टिक से बनी टाइलों तक का विस्तार था। फिर उन्होंने इन टाइलों को दबाव झेलने की शक्ति, पानी सोखने की क्षमता, उनके वजन और बार-बार तनाव के तहत उनके प्रदर्शन को देखने के लिए परीक्षणों की एक श्रृंखला से गुजारा।

शोधकर्ताओं ने पाया कि एक सफल टाइल का नुस्खा केवल अधिक से अधिक प्लास्टिक का उपयोग करना नहीं था, न ही जितना संभव हो सके उतना कम करना था। इसके बजाय, उन्होंने पाया कि एक विशिष्ट "स्वीट स्पॉट" (अनुकूल बिंदु) है जहाँ दोनों सामग्रियां एक साथ सबसे अच्छा काम करती हैं। जब मिश्रण में लगभग 45 प्रतिशत प्लास्टिक और 55 प्रतिशत राख शामिल थी, तो परिणामी टाइल सबसे मजबूत थी। इस अनुपात पर, टाइल लगभग 35 मेगापास्कल के दबाव को सहन कर सकती थी, जो कई पारंपरिक निर्माण सामग्रियों के समान मजबूती का स्तर है। प्लास्टिक पिघल गया और खुरदरी, छिद्रपूर्ण राख के कणों के चारों ओर लिपट गया, जिससे एक मजबूत बंधन बना जिसने सामग्री को भार को प्रभावी ढंग से साझा करने की अनुमति दी। हालांकि, जब शोधकर्ताओं ने इस बिंदु से अधिक प्लास्टिक जोड़ा, तो टाइलें वास्तव में कमजोर हो गईं। अतिरिक्त प्लास्टिक ने सामग्री को बहुत नरम और लचीला बना दिया, जिससे वह राख द्वारा प्रदान की जाने वाली कठोर मजबूती को खो देती है। इसके विपरीत, जब प्लास्टिक बहुत कम था, तो राख के कण पूरी तरह से ढके नहीं जा सके, जिससे अंतराल रह गए और टाइल भंगुर होकर टूटने के प्रति संवेदनशील हो गई।

मजबूती के अलावा, टाइल की संरचना ने यह भी बदला कि वह पानी और वजन को कैसे संभालती है। जैसे-जैसे प्लास्टिक की मात्रा बढ़ती गई, टाइलें काफी हल्की होती गईं, जिससे उनका घनत्व लगभग 2100 किलोग्राम प्रति घन मीटर से घटकर 1300 किलोग्राम प्रति घन मीटर हो गया। वजन में यह कमी छत के लिए एक बड़ा लाभ है, क्योंकि हल्की टाइलें इमारत के लकड़ी या धातु के ढांचे पर कम दबाव डालती हैं। प्लास्टिक ने पानी के खिलाफ एक ढाल के रूप में भी कार्य किया; चूंकि प्लास्टिक स्वाभाविक रूप से पानी को दूर भगाता है, इसलिए उच्च प्लास्टिक सामग्री वाली टाइलें बहुत कम नमी सोखती थीं। सबसे अधिक प्लास्टिक वाली टाइलों ने अपने वजन का केवल लगभग 1 प्रतिशत पानी सोखा, जबकि कम प्लास्टिक वाली टाइलें बहुत अधिक पानी सोखती थीं। हालांकि, शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि सबसे कम जल अवशोषण वाली टाइलें सबसे मजबूत नहीं थीं। सबसे अच्छा समग्र संतुलन 45 प्रतिशत प्लास्टिक वाले मिश्रण में पाया गया, जिसने लगभग 4 प्रतिशत पानी सोखा जबकि उच्चतम मजबूती बनाए रखी। यह मध्य मार्ग एक ऐसी सामग्री प्रदान करता है जो खुद को सहारा देने के लिए पर्याप्त मजबूत, स्थापित करने के लिए पर्याप्त हल्की और वर्षों तक चलने के लिए पर्याप्त नमी-रोधी है।

अध्ययन ने यह भी देखा कि ये टाइलें बार-बार होने वाले तनाव के तहत कैसा प्रदर्शन करती हैं, जो समय के साथ एक छत को होने वाले घिसाव और टूट-फूट का अनुकरण करती हैं। अधिक प्लास्टिक वाली टाइलों ने क्षति के प्रति बेहतर प्रतिरोध दिखाया, संभवतः इसलिए क्योंकि लचीला प्लास्टिक दरार पड़ने के बिना प्रभावों या तापमान परिवर्तन से उत्पन्न ऊर्जा को अवशोषित कर सकता है। टूटी हुई टाइलों के सूक्ष्मदर्शीय चित्रों ने खुलासा किया कि सबसे अच्छा प्रदर्शन करने वाले मिश्रणों में एक बहुत ही सघन संरचना थी जहाँ प्लास्टिक ने राख के कणों के बीच के अंतराल को सफलतापूर्वक भर दिया था, जिससे दरारें शुरू होने के लिए बहुत कम खाली स्थान बचे थे। रासायनिक विश्लेषण ने पुष्टि की कि गर्म राख के साथ मिलने के बाद भी प्लास्टिक ने अपनी आवश्यक संरचना को बनाए रखा, जिससे सिद्ध हुआ कि इस प्रक्रिया ने सामग्री की अखंडता को नष्ट नहीं किया।

अंततः, यह शोध प्रदर्शित करता है कि दो अलग-अलग प्रकार के कचरे—प्लास्टिक की बोतलें और औद्योगिक राख—को एक मूल्यवान निर्माण उत्पाद में बदलना संभव है। निष्कर्ष बताते हैं कि इन सामग्रियों के अनुपात को सावधानीपूर्वक संतुलित करके, ऐसी छत की टाइलें बनाई जा सकती हैं जो न केवल पर्यावरण के अनुकूल हैं बल्कि कई विकल्पों की तुलना में यांत्रिक रूप से श्रेष्ठ भी हैं। हालांकि यह अध्ययन प्रयोगशाला स्तर पर किया गया था, इसके परिणाम प्लास्टिक प्रदूषण को कम करने और निर्माण के पर्यावरणीय पदचिह्न (एनवायरनमेंटल फुटप्रिंट) को कम करने के एक व्यावहारिक तरीके की ओर संकेत करते हैं। लेखक इस बात पर जोर देते हैं कि हालांकि 45 प्रतिशत प्लास्टिक वाला मिश्रण सबसे संतुलित विकल्प है, लेकिन यह देखने के लिए कि ये टाइलें वास्तविक दुनिया की मौसम स्थितियों में कई वर्षों तक कैसा प्रदर्शन करती हैं, और इनका बड़े पैमाने पर उत्पादन करने के तरीकों को विकसित करने के लिए आगे और परीक्षण की आवश्यकता है। फिलहाल के लिए, यह कार्य सिद्ध करता है कि कचरे को भविष्य के लिए एक मजबूत, हल्की और टिकाऊ आश्रय में बदला जा सकता है।