Plastiklere Çevre Dostu Alternatifler Sürdürülebilirlik Çabalarının Anahtarı: Biyobozunur Plastikler Çözüm mü?

Mikroplastiklerin ekosistemimizdeki varlığı ve birikimi iyi belgelenmiştir ve son kanıtlar, bunların çeşitli biyolojik süreçler üzerinde zararlı etkileri olduğunu göstermektedir. Mikroplastikleri akciğerlerimizde, arterlerimizde ve hatta plasentalarda keşfetmeye devam ederken, çevre ve insan sağlığı üzerindeki etkileri hakkında hâlâ öğreniyoruz. 

Mikroplastiklere yol açan, insanların plastikleri her yerde kullanmasıdır; bu parçacıklar çevrede kalma eğilimindedir. Mikroplastikler, genellikle 5 milimetre (mm) ile 500 mikrometre (µm) arasında ölçülen, günlük plastik ürünlerinden dökülen çok küçük parçacıklardır. 

Bu parçacıklar şişeler, torbalar, ambalajlar ve diğer plastik kaynakların yanı sıra, lastik aşınması, sentetik tekstiller ve kişisel bakım ürünlerinden gelen mikroboncuklardan ortaya çıkar. Mikroplastikler genellikle aşınma, UV bozulması, üretim süreçleri ve fiziksel ya da kimyasal kaynaklı parçalanma gibi çeşitli fiziksel ve kimyasal süreçlerle oluşur. 

Okyanuslar, yağış ve toprak gibi doğal ortamlarda mikroplastik birikimi, petrol bazlı plastik polimerlerin kimyasal yapısından kaynaklanır. Bu polimerler, monomer adı verilen daha küçük birimlerden oluşan büyük moleküllerdir. Yaygın olarak kullanılan bu plastikler genellikle biyolojik işleme kapalıdır. 

Neredeyse yok edilemez olmaları ve parçalanmalarının on yıllar hatta yüzyıllar alması nedeniyle, geleneksel petrol bazlı plastikler ve mikroplastiklere alternatif bir çözüm ihtiyacı artmaktadır. Bu sorunun cevabı, normal yaşam döngülerinde kalıcı mikroplastik üretmeyen plastikler geliştirmektir. 

Plastik düzgün bir şekilde toplanıp geri dönüştürüldüğünde bile, günlük kullanımın normal aşınması ya da geri dönüşüm ve yıkama süreçlerinin bir sonucu olarak hâlâ mikroplastik üretir. Bu durumu önlemek için, tamamen biyobozunur yeni plastik malzemeler geliştirmemiz gerekir; bu da çevredeki canlı organizmaların etkisiyle hızlıca parçalanmaları anlamına gelir. 

Bu konuda yardımcı olmak için, yeni bir çalışma Algenesis Corporation ve Kaliforniya Üniversitesi San Diego’daki bilim insanları ve profesörler tarafından yürütülmüş ve yedi ay içinde mikroplastik seviyesinde biyobozunur bitki bazlı bir polimer oluşturulmuştur.

Biyobozunma, polimerlerin mikroplar tarafından daha basit moleküllere parçalanma sürecidir. Bu moleküller daha sonra biyokütle üretmek için bir karbon kaynağı olarak kullanılabilir. Ancak bunun gerçekleşmesi için polimerin, özellikle ana omurga yapısında kimyasal bağlara sahip olması gerekir. 

Bunun nedeni, bu bağların doğal olarak substrat olarak tanıyan enzimler tarafından fiziksel olarak erişilebilir olmasıdır. Bu enzimatik kesimle serbest bırakılan temel monomer molekülleri daha sonra mikroorganizmalar tarafından tüketilebilir. 

Doğal ortamımızda, bu tüm süreç genellikle bakteriler ve mantarlar gibi bir mikroorganizma grubu tarafından yürütülür. Bu mikroplar, polimeri parçalayarak farklı oligomer ve monomerleri serbest bırakan hidrolitik enzimler salgılar; bu maddeler mikroplar tarafından karbon besin kaynağı olarak kullanılır. 

Sonrasında, polimer kaynaklı monomer ve oligomerlerin katabolizması gerçekleşir; bu, karmaşık moleküllerin parçalanmasını içerir. Bu süreç, organizmanın biyokütlesi ve solunum yoluyla CO2 üretimiyle sonuçlanır.  

Şöyle ki, biyobazlı malzemeler doğal yenilenebilir kaynaklardan elde edilebilse de, sınırlı biyobozunurlukları nedeniyle çevrede kalırlar. Ayrıca, bu kalıcılık, kimyasal işlemler nedeniyle biyolojik parçalanmaya kapalı olmalarından kaynaklanabilir. 

Biyobozunur malzemeler, biyobozunurluğun malzemenin özelliklerine bağlı olması ve kaynağına değil, petrol ve diğer fosil kaynaklardan da üretilebilir. 

İmkânsızı Başarmak

Enerji Bakanlığı (DOE) tarafından finansal destek alan çalışma, mevcut malzemeler için biyobozunur alternatifler bulmayı amaçlamaktadır. Ancak, çevrede birikmeyen malzemeler bulmanın “kolay olmadığı” söyleniyor; ortak yazar ve Algenesis’in kurucu ortağı Michael Burkart. 

Malzeme bilimi şirketinin patentli Soleic™ teknolojisi, dünyadaki ilk yenilenebilir, tamamen biyobozunur ve yüksek performanslı bitkilerden üretilen plastik malzemedir. Algenesis, bu malzeme teknolojisini ayakkabı, sörf tahtası ve ayakkabı üretiminde kullanıyor. Burkart, UC San Diego’da Kimya ve Biyokimya profesörü:

“Mikroplastiklerin etkilerini ancak yeni anlamaya başlıyoruz. Çevresel ve sağlık üzerindeki etkilerin sadece yüzeyini kazıdık.” 

Çalışmaları hakkında konuşurken, Algenesis’in ortak yazar ve kurucu ortağı Robert Pomeroy, Bukart gibi şirkette hisse sahibi ve kimya ve biyokimya profesörü, beş yılı aşkın bir süre önce ilk kez alg bazlı polimerler oluşturduklarını belirtti. Bu polimerin tamamen biyobozunur olacağını ve “kompostta kaybolabilecek” bir yapıya sahip olduğunu anladılar.

İlk kez, ekip bunu mikroparçacık seviyesinde ölçme şansı buldu. Bunun için malzemeyi ince mikroparçacıklara öğüttüler ve mikroplar tarafından sindirildiğini doğrulamak için üç farklı ölçüm aracı kullandılar.

İlk araç bir solunum ölçerdi; bu, malzemenin mikroplar tarafından parçalanması sırasında salınan karbondioksit (CO2) miktarını ölçmek için kullanıldı. Selülozun parçalanması ile yüzde yüz biyobozunurluk endüstri standardı karşılaştırıldığında, sonuçlar bitki bazlı polimerin selülozu neredeyse %100 oranında eşleştirdiğini gösterdi.

İkinci kullanılan araç su yüzdürme yöntemi idi; bu yöntem, plastiklerin suda çözünmez ve düz olması gerçeğinden yararlanarak yüzeyden kolayca çıkarılmasını sağlar. 90 ve 200 günlük aralıklarla yapılan testler, petrol bazlı mikroplastiklerin neredeyse tamamının geri kazanıldığını gösterdi. Buna karşılık, alg bazlı mikroplastiklerde sadece %32’si dokuz gün sonra ve %3’ü 200 gün sonra geri kazanıldı; bu da yüksek biyobozunurluklarını gösteriyor.

Gaz kromatografisi/kütle spektrometresi (GCMS) ile yapılan kimyasal analizde monomerlerin varlığı tespit edildi; bu, polimerin başlangıçtaki bitki maddelerine parçalandığını gösteriyor. 

“Bu malzeme, kullanım sırasında mikroplastik oluşturmayan ilk plastik olarak gösterilmiştir.” 

– Ortak yazar Stephen Mayfield, Algenesis’in kurucu ortağı

Daha da ekledi:

“Bu, ürün yaşam döngüsünün sonu ve kalabalık çöp sahalarımız için sadece sürdürülebilir bir çözümden daha fazlasıdır. Aslında bizi hasta etmeyecek bir plastiktir.” 

Önemli ilerlemeler kaydedilmiş olsa da, bu sadece bir başlangıçtır. Bir sonraki adım, yeni malzemenin geleneksel plastik için tasarlanmış mevcut üretim ekipmanlarıyla kullanılmak üzere uyarlanmasını içeriyor. Bu amaçla, Algenesis bitki bazlı polimerler kullanarak ürünler üretmek için birkaç şirketle ortaklık kurdu. Bu iş birlikleri arasında Trelleborg’un kaplı kumaşlarda alg bazlı polimer kullanımı ve RhinoShield ile cep telefonu kılıflarının üretimi yer alıyor.

Burkart’a göre:

“Bu işe başladığımızda bize imkânsız olduğu söylendi. Şimdi farklı bir gerçek görüyoruz. Yapılacak çok iş var, ama insanlara umut vermek istiyoruz. Mümkün.” 

Biyobozunur Plastikler Gelecek mi?

Gördüğümüz gibi, plastik sektörü bir dönüşüm geçiriyor. Bu, plastik atıklarımızın yaklaşık %14’ünü oluşturması ve büyük çoğunluğunun denizlere ulaşması nedeniyle önemlidir. İstatistiksel olarak, şu anda yılda 350 milyon metrik tonun üzerinde plastik atığı üretiyoruz, 350 million metric tons of plastic waste per year, ve mevcut politikalar değişmezse, 2060 yılına kadar bu miktarın bir milyar metrik tona ulaşması öngörülüyor.

Çoğu plastik malzemenin yaşam döngüsüne bakıldığında, üretilen tüm plastiklerin %79’unun çöp sahalarına atıldığı veya çevreye ulaştığı, sadece %12’sinin yakıldığı ve %9’unun geri dönüştürüldüğü görülür. Son kırk yılda geri dönüşümde önemli bir artışa rağmen, lif olmayan plastik geri dönüşümü %18’de takılı kalmış ve tekstil liflerinin neredeyse hiç geri dönüştürülmemiştir. Bu durgunluk, baskın geri dönüşüm biçiminin sınırlamalarından kaynaklanmaktadır; bu yöntem, atık plastikleri ısı ve mekanik güçle yeni şekillere dönüştürmeye odaklanır ve girdi kalitesi önemlidir.

Bu ortamda, dünya genelinde giderek daha fazla şirket, geleneksel plastikleri azaltmak ve daha sürdürülebilir, çevreye duyarlı alternatiflerle değiştirmek için adımlar atıyor.

Biyobozunur plastikler, yenilenebilir hammadde kaynaklarından elde edilen bileşenlere sahip biyoplastikler ve biyobozunurluklarını artırmak için biyobozunur katkı maddeleri içeren plastikleri kapsar.

Biyoplastikler genellikle biyobazlı polimerlerden üretilir ve daha sürdürülebilir ticari plastik yaşam döngülerine katkıda bulunur. Bu polimerler yenilenebilir veya geri dönüştürülmüş hammaddelerden yapılır. Biyobazlı plastikler, fosil bazlı plastiklere kıyasla daha düşük bir karbon ayak izine sahiptir. Ayrıca avantajlı malzeme özellikleri gösterir ve mevcut geri dönüşüm akımlarıyla uyumlu olabilir.

Bunların tümü, artan farkındalık, araştırma ve plastik endüstrisine yapılan yatırımla birlikte, biyobozunur plastiklerin günlük hayatımızda giderek daha fazla yer almasına yol açtı.

Geleneksel plastikleri hayatımızdan anlamlı bir şekilde kaldırmaktan hâlâ uzakta olmamıza rağmen, birçok cesaret verici adım atılıyor. Bu, ürünleri üretmek için biyobozunur malzemeler bulmayı içeriyor. Elbette, plastik birçok uygulamada yerine konması zor, ancak yakın gelecekte birçok ürün daha çevre dostu bir şekilde üretilecek.

Çevre dostu ürünler, toplam üretilen plastiklerin yaklaşık %39’unu oluşturan gıda ambalajı sektöründe en çok popülerliği kazandı. Bu, sektörde biyobozunur plastikler için büyük bir potansiyel olduğunu açıkça gösteriyor. Örneğin, ürün tipine bağlı olarak, plastik şişeler biyobozunur malzemelerle değiştirilebilir; bu sadece gıda ambalajında değil, aynı zamanda besin takviyelerinde de uygulama bulur.

Gıda tepsileri (kaşık, çay kaşığı, çatal ve bardakların yanı sıra) başka bir iyi örnek; biyobozunur malzemelerin kullanımı, hem kabı hem de içeriğini tek bir çöp kutusuna atamayı mümkün kılabilir. Biyobozunur malzemeleri benimseyen diğer ürünler arasında kahve kapsülleri, meyve ve sebze torbaları ve çöp torbaları bulunur.

Biyobozunur plastikler, esneklik, baskı yapılabilirlik ve bariyer iyileştirmeleri gibi birçok ambalaj uygulamasının ihtiyaçlarını daha iyi karşılayarak çeşitli ambalajların üretilmesi için geniş bir yelpaze sunar.

Son veriler dünya çapında biyobozunur ambalaj pazarının muazzam bir büyüme potansiyeline sahip olduğunu gösteriyor; 2022’de yaklaşık 87 milyar dolar değerindeydi ve 2029’a kadar %6,96’lık bir YBÖ (CAGR) ile genişlemesi öngörülüyor. Tüm alt segmentler arasında plastik en kârlısı ve diğer malzeme türlerinden daha hızlı büyümesi bekleniyor.

Özellikle, petrol bazlı polimerlere umut verici bir alternatif olan biyoplastik, fosil yakıtlara olan bağımlılığımızı ve iklim değişikliğine katkıda bulunan emisyonları azaltma potansiyeline sahiptir.

Şu anda mevcut en yaygın biyobozunur plastikler, nişasta veya selülozdan türetilir; bunlar arasında polilaktik asit (PLA), poli-3-hidroksibütirat (PHB) ve polihidroksialkanoatlar (PHA) bulunur. Bu malzemeler, geri dönüştürülebilir ve biyobozunur oldukları için içecek, ilaç, kişisel bakım ve ev bakım sektörlerinde sıkça kullanılır.

Ambalajın ötesinde, biyobozunur plastikler tarım sektöründe de uygulanabilir; özellikle geri dönüşümü pahalı olan malçta kullanılabilir. Kompostlanabilir malç, atığın toplanmasına gerek kalmadan birkaç ay içinde kaybolur ve on yıllar boyunca kalıcı mikroplastik bırakmaz.

Birçok fayda ve uygulama olmasına rağmen, biyobozunur plastiklerin daha yüksek maliyet ve olumsuz tarımsal etkiler gibi dezavantajları vardır. Bununla birlikte, ortaya çıkan biyolojik ve kimyasal yöntemler, teknolojik ilerlemeler, finansal teşvikler ve net düzenlemeler, biyoplastiklerin büyük ölçekli uygulanmasına yardımcı olabilir ve sürdürülebilir etki yaratabilir.

Bu bağlamda, araştırmacılar daha iyi malzemeler ve geliştirilmiş özellikler ile yeni nesil uygulamalar için daha temiz üretim yöntemleri üzerinde aktif olarak çalışıyor. Avrupa, %43,5 ile şu anda biyoplastiklerin ticari üretiminde lider konumda ve bu üretimin 2026’ya kadar 7,6 milyon ton seviyesine ulaşması projeksiyon ediliyor.

Sonuç

Yıllarca süren çalışmaların ardından, mikroplastiklerin su kütleleri, toprak, yağış gibi tüm fiziksel ortamlarda biriktiği ve hatta havada dağıldığı artık iyi bilinmektedir. Yaygınlıkları nedeniyle mikroplastikler artık gıda zincirinin bir parçası ve kanıtlar, insanlara, hayvanlara ve ekosistemlere önemli zararlar verebileceğini gösteriyor.

Bu durum, geleneksel plastiklere daha çevre dostu bir alternatif sunan biyobozunur malzemeler üzerine araştırmaları tetikledi. Yeni malzemelerin geliştirilmesinin yanı sıra, evrensel standartların uygulanması için çabalar sürüyor. Ayrıca, daha az plastik kullanımı ve biyoplastikten üretilen ürünlerin kullanımının artırılması yönünde davranış değişikliklerine ihtiyaç var.  

Birlikte, plastik atık krizini ve karbon emisyonlarını hafifleterek kesinlikle olumlu bir etki yaratma potansiyeline sahiptirler. Ancak, biyobozunur plastiklerin bile vaatlerini yerine getirmesi için uygun kompostlama koşullarına ihtiyaç duyduğunu unutmamak gerekir. Genel olarak, daha yeşil bir geleceğe doğru kademeli adımlar atıyoruz.

En iyi beş biyoplastik şirketinin listesi için buraya tıklayın.