Yeni Kimyasal Yöntem Kullanılmış Kauçuğu Yüksek Değerli Reçinelere Dönüştürüyor

Kauçuk, devasa bir küresel pazara sahip son derece değerli bir malzemedir. Kullanımı yüzlerce yıla dayansa da, öncelikle ağaçlardan elde edilen doğal kauçukla sınırlıydı. Kauçuğu dayanıklı ve çok yönlü hâle getiren modern vulkanizasyon süreci ancak 1839’da geliştirilmiştir. 

Kimyager Charles Goodyear, sülfür ve diğer kimyasallar ile ısıtma yoluyla iyileştirilen doğal ya da sentetik kauçuktan vulkanize kauçuk icat etti.

Elastikiyet, esneklik, dayanıklılık, çekme mukavemeti, yaşlanmaya direnç, geçirimsizlik, şok emilimi ve ısı direnci gibi benzersiz özellikler, kauçuku otomotiv, inşaat, endüstri, sağlık, tüketim malları ve ambalaj sektörlerinde bu kadar değerli kılar.

Ancak, kauçuk atığı, çevre, insan sağlığı ve ekonomi için zorluklar yaratan büyük atık krizine katkıda bulunan önemli bir sorundur. Artan atık üretimi, kentleşme, ekonomik gelişme ve nüfus artışının bir sonucudur.

Özellikle lastikler, kauçuk atığının başlıca kaynağıdır. Dünya genelinde üretilen atık lastiklerin toplamı, yıllık katı atığın %2’sini oluşturur.

Korkunç Kauçuk Atık Sorunu 

Dünya çapında her yıl yaklaşık bir milyar lastik atılmakta ve milyonlarca tanesi çöplüklere gitmektedir. Birleşik Krallık’ta yalnızca tahmini 37 milyon otomobil ve kamyon lastiği yıllık olarak atılmaktadır. ABD’de ise 2021 yılında 274 milyondan fazla lastik atılmış ve bunların yaklaşık %20’si bertaraf alanlarına gönderilmiştir. 

Bu sadece bir alan sorunu değil. Bu atık maddelerin birikmesi çevresel tehlikeler yaratmaktadır. 

Kauçuk ürünler, antioksidanlar ve antiozonantlar gibi çeşitli kimyasallar içerir; bu maddeler çevreye sızarak sağlık riskleri oluşturabilir. Özellikle lastiklerin, kauçuk atığının uygunsuz bir şekilde çöp sahalarına atılması, zararlı maddeler ve ağır metallerin sızmasıyla yeraltı suyunun kirlenmesine yol açabilir. 

Doğası gereği biyolojik olarak parçalanamayan bu maddeler, çevrede uzun süre kalır, yüzyıllar boyunca kirliliğe ve görsel çirkinliğe neden olur. Ayrıca kauçuk son derece yanıcıdır ve birikmiş atık lastik yığınları önemli bir yangın tehlikesi oluşturur, havaya zararlı kirleticiler yayar. 

2020 yılında yapılan bir Birleşik Krallık hükümeti tarafından finanse edilen araştırma çalışması, lastik parçacıklarının mikroplastiklerin büyük ve ek bir kaynağı olduğunu ve aslında su kütlelerinde büyük ölçüde belgelenmemiş bir mikroplastik kaynağı olabileceğini öne sürmüştür.

Bu çalışma, lastik parçacıklarının atmosfer yoluyla doğrudan okyanusa taşınabileceğini ya da yağmur suyu ile kanalizasyon ve nehir sistemlerine taşınarak su arıtma sürecinden geçebileceğini gösteren ilk araştırmadır.

“Bilim insanları uzun süredir lastik kalıntılarının deniz ortamına gizli bir tehdit oluşturduğunu düşünmüşlerdir,” ancak su ortamlarındaki bollukları çok az çalışma ölçmüştür, dedi Profesör Richard Thompson OBE. Çalışma, “lastik aşınmasının mikroplastik kaynağı olarak önemine gerçek bir içgörü sunuyor.”

Tüm bu faktörler acil eylem ve sürdürülebilir atık yönetimi uygulamalarına bir geçiş gerektirmektedir.

Verimli Kauçuk Atık Yönetimi Çözümlerine İhtiyaç

Kauçuk atığı, özellikle lastiklerden, artan üretim ve sınırlı ömürleri nedeniyle küresel ölçekte büyüyen bir sorundur ve etkili atık yönetimi ve geri dönüşüm çözümlerine ihtiyaç doğurur. 

“Lastik parçacıklarının dünya çapında en büyük mikroplastik kirliliği kaynaklarından biri olduğu düşünülüyor” ve “daha sistematik çözümlere, belki de geliştirilmiş araç lastiği tasarımıyla” ihtiyacımız var, diyor Marine Institute Direktörü Profesör Richard Thompson OBE FRS.

Geçen yıl Plymouth Üniversitesi ve Newcastle Üniversitesi tarafından yürütülen ve Birleşik Krallık Ulusal Karayolları tarafından finanse edilen araştırma, tutma havuzlarınınlastik kirliliğiyle mücadele etmeye yardımcı olabileceğini. Çalışma ayrıca, lastik aşınma parçacıklarının diğer mikroplastik formlarından daha fazla olduğunu ve çok daha büyük miktarlarda uzaklaştırıldığını not etti.

Şu anda, tutma havuzları ve sulak alanların varlığı, lastiklerden çıkan parçacıkların suya girmesini ortalama %75 oranında azaltmakta ve bu da nehirler ve okyanus için koruma sağlamaktadır.

Bu nedenle, araştırmacılar sulak alanların ve tutma havuzlarının bakımının, yolardan nehirlerine geçen lastik parçacıklarının akışını azaltmak için büyük bir öncelik haline getirilmesini önerdiler.

“Tutma havuzları ve sulak alanlar, otoyol projelerinin bir parçası olarak öncelikle akışı azaltmak ve aşağı akışta seli önlemek için inşa edilir, ancak aynı zamanda kirleticileri de uzaklaştırır. Birleşik Krallık’ın stratejik karayolu ağının bazı bölümlerinde mevcut olan bu drenaj önlemleri, lastik kirliliğinin yayılmasını durdurma potansiyeline sahiptir.”

— Bayan Florence Parker-Jurd, Yardımcı Araştırma Görevlisi

Islak alanlar ve tutma havuzlarının giriş, çıkış ve çökeltmelerindeki toplam lastik aşınma parçacığı miktarını belirlemek için, araştırmacılar Newcastle Üniversitesi’nden Geoff Abbott tarafından geliştirilen piroliz-gaz kromatografisi-kütle spektrometrisi (Py-GC-MS) yöntemini kullandılar. Bu yöntem, çevredeki lastiklerden türetilen parçacıkları tanımlamak için geliştirildi.

Başka bir umut verici çözüm geri dönüşümdür; bu, kauçuk atığının çevresel etkisini azaltabilir ve geri dönüştürülmüş malzemelerden yeni ürünler oluşturabilir. 

Geri dönüştürülmüş kauçukun bir uygulaması inşaat sektöründe olup, asfalt ve beton karışımlarında, kaldırım taşlarında ve oyun alanı yüzeylerinde kullanılabilir. Diğer uygulamalar arasında yapay çim dolgusu, spor yüzeyleri, zemin karoları ve akustik yalıtım bulunur. Termal süreçler kullanılarak, atık kauçuk yakıt veya diğer enerji kaynaklarına dönüştürülebilir. 

Piroliz, kauçuk atığını faydalı bir şeye dönüştüren popüler bir süreçtir. Bu kimyasal süreçte, kauçuk yüksek sıcaklıkta ayrışma yoluyla geri dönüştürülür. Oksijen yokluğunda organik maddelerdeki kovalent bağları ayırır. 

Kauçuk atığını termal ayrışmaya tabi tutarak, geri dönüştürülmüş karbon siyahı nanoparçacıkları (RCBN) ve yağ/gaz elde edilir; bunlar çimento fırınlarında alternatif yakıt olarak kullanılabilir.

Piroliz yoluyla atık lastiklerden elde edilen geri dönüştürülmüş kauçuk atığı, elektriksel iletken beton üretiminde de kullanılabilir. İletken kauçuk atığı, uzay, askeri ve otomotiv endüstrilerinde kullanılmaktadır.

Bununla birlikte, kauçuk atığı yönetimi ciddi zorluklarla karşı karşıyadır. Öncelikle, küresel ölçekte üretilen kauçuk atığının devasa hacmi, etkili bir şekilde yönetmeyi ve geri dönüştürmeyi son derece zorlaştırmaktadır.

Ayrıca, kauçuk ürünlerinin çeşitliliği ve karmaşık kimyasal bileşimleri, geri dönüşüm ve yeniden kullanımını zorlaştırmaktadır. Yaygın olarak kullanılan piroliz sürecinin bile dezavantajları vardır — dioxin ve benzen gibi zararlı yan ürünler üretir; bu da sağlık ve çevre riskleri oluşturur.

Ayrıca, etkili kauçuk atığı toplama, ayırma ve geri dönüşüm için altyapı ve teknoloji eksikliği vardır. Geleneksel atık yönetim yöntemleri, kauçuk atığını toplama, yakma ve çöp sahalarına bertaraf etmeye odaklanır.

Bu bağlamda, kauçuk atığı sorununu etkili bir şekilde ele almak için verimli atık yönetim teknikleri geliştirmek hayati önemdedir.

Plastik kirliliğini azaltmak için bir ‘Sürdürülebilirlik Metrik’i yardımcı olup olamayacağını öğrenmek için buraya tıklayın.

Kauçuk Atığını Yeniden Kullanmak İçin Yeni Kimyasal Süreç

ABD Enerji Bakanlığı (DOE) tarafından finanse edilen ve Nature dergisinde yayımlanan¹, kauçuk atığını ele almak için yeni bir teknik tanıttı.

Lastiklerde bulunan emtia dien polimerlerinin kimyasal geri dönüşümü için stratejilerin eksikliği nedeniyle, kauçuk atığını parçalamak için yeni bir kimyasal yöntem geliştirilmiştir.

UNC‑Chapel Hill Kimya Bölümü’nde yardımcı doçent Dr. Aleksandr Zhukhovitskiy liderliğindeki araştırmacı ekibi, C‑H aminasyonu ve polimer omurga yeniden düzenleme stratejisini uygulayarak atılmış kauçuku epoksi reçinelerinin öncüllerine dönüştürdü.

Bu malzeme dekontrüksiyonu, geleneksel geri dönüşüm yöntemlerine yenilikçi, pratik ve sürdürülebilir bir alternatif sunar. Ayrıca, kauçuk parçalama konusundaki geleneksel yaklaşımlardaki zorlukların üstesinden gelmeyi hedeflemektedir.

Kauçuk, polimerlerin üç boyutlu bir ağda çapraz bağlanmasıyla oluşur. Bu yoğun çapraz bağlama, kauçuğu dayanıklı, esnek ve uzun ömürlü kılar, ancak aynı zamanda bozülmeye karşı dirençli olmasını sağlar.

Kauçuk parçalamak için iki ana geleneksel teknik vardır: sülfür çapraz bağlarını kıran ancak polimerin mekanik özelliklerini aşındıran de‑vulkanizasyon ve katalitik ya da oksidatif yöntemlerle polimer omurgasını kesen yöntemler; ikincisi düşük değerli yan ürünler üretir.

Bu yöntemlerin hiçbiri, kauçuk atığını yeniden kullanmak için verimli ve ölçeklenebilir bir çözüm sunmaz. Bu engelleri aşmak için araştırmacılar, “karışım halinde bile değer taşıyan fonksiyonel malzemelere dönüştüren bir yöntem” geliştirdiklerini belirtti, dedi kıdemli yazar Dr. Zhukhovitskiy.

Bunun için araştırmacılar, diene polimerleri ve kauçukta %35’e kadar allylik aminasyon sağlayabilen bir sülfür diimid reaktifi geliştirdiler. Daha sonra kationik 2‑aza‑Cope yeniden düzenleme uygulanarak polimerler dekontrükte edildi.

Sülfür diimid reaktifi, amin gruplarının polimer zincirlerinde belirli konumlara yerleştirilmesini sağlar ve ardından omurga yeniden düzenlemesi için zemin hazırlar. Kimyasal reaksiyon, polimer omurgasını yeniden yapılandırır. Bu yeniden organizasyon, kauçuku çözünebilir amin fonksiyonel malzemelere dekontrükte eder. Araştırmacıların gösterdiği bu iki adımlı süreç son derece başarılıdır. 

Model bir polimerde test edildiğinde, araştırmacılar polimerin moleküler ağırlığını 58 100 g/mol’dan yaklaşık 400 g/mol’a düşürmeyi başardılar.

Yöntemlerini kullanılmış kauçuğa uyguladıklarında, sadece altı saat içinde tamamen parçalayabildiler. Aminlenmiş tüketici sonrası kauçuk, epoksi reçineler gibi malzemelerin üretiminde kullanılabilecek amin gruplu çözünebilir bir maddeye dönüştü.

Epoksi reçineler mükemmel bağlayıcı özellikleriyle bilinir. Yapıştırıcılar, kaplamalar, sızdırmazlık maddeleri, elektrik yalıtımı ve sivil mühendislik onarımlarında kullanılır. Epoksi reçineler genellikle bisfenol A ve sertleştiriciler gibi petrol bazlı kimyasallardan üretilir.

Araştırmaya göre, elde edilen çözünebilir amin fonksiyonel polimerlerden hazırlanan epoksi termosetler, ticari bisfenol A türevi reçinelere benzer dayanıklılığa sahiptir.

“Bu anlarda, organik sentezin gücünü takdir etmeye başlıyorum. Geliştirilen basit ama güçlü organik dönüşüm dizisinin, inatçı C—C bağını ele alıp poli‑butadien ve poli‑izopren bazlı kauçukları potansiyel olarak değerli epoksi reçinelere dönüştürebilmesini görmek büyüleyici.”

Ayrıca, tüketici sonrası malzemelerin yeni kimyasal geri dönüşümü, geleneksel geri dönüşüm yöntemlerine kıyasla çok daha verimlidir; çünkü genellikle pahalı katalizörler veya aşırı sıcaklıklar gerektirir.

Bu çalışmada, araştırmacılar 35‑50 °C (95‑122 °F) arasındaki hafif sıcaklıklarda su ortamında sonuçlarını elde ettiler; bu da sürecin maliyet etkin ve çevre dostu olmasını sağladı.

Sürecin çevresel etkisi, Atık Etki Faktörü (E‑factor) kullanılarak değerlendirildi; bu “basit ama güçlü bir metrik” olup, ürün verimine göre üretilen atık miktarını ölçerek gerçek atık miktarını hesaplar.

Yeni bir sürecin etkisini mevcut olanlarla karşılaştırmanın yanı sıra, Michigan Üniversitesi Sürdürülebilir Sistemler Merkezi’nden araştırma uzmanı Dr. Geoff Lewis, E‑factor’un “bu süreci laboratuvardan uygulamaya geçirme sürecinde iyileştirilebilecek adımları da vurguladığını” açıkladı.

Sürecin tam E‑faktörü, çözücü kullanımını da içerdiği için yüksekti. Ancak çözücüler hariç tutulduğunda basit E‑faktörü çok daha düşüktü. Bu, sürdürülebilirlik için optimize edilebilecek süreç alanlarını ortaya koymaktadır.

Bu nedenle ekip, atık oluşumunu azaltmak için daha çevreci çözücü sistemleri ve alternatif reaksiyon koşullarını araştırıyor.

Araştırma ortak yazarı, UNC‑Chapel Hill doktora adayı Sydney Towell, bu yöntemi “kauçuk atığı sorununa yaklaşımımızda bir paradigma değişikliği” olarak nitelendirerek şunları açıkladı:

“C–H aminasyonu ve omurga yeniden düzenlemesinin gücünden yararlanarak, bu yöntem tüketici sonrası kauçukları yüksek değerli malzemelere dönüştürmek, çöp sahalarına bağımlılığı azaltmak ve çevresel zararı en aza indirmek için yeni bir yol sunar.”

Yenilikçi Şirket

Goodyear Tire & Rubber Co  

1898 yılında kurulan Goodyear, sürdürülebilir kauçuk alternatifleri ve geri dönüşüm girişimlerine yatırım yapan büyük bir lastik üreticisidir.

Ocak 2022’de şirket, sürdürülebilir malzemeden yapılmış bir gösterim lastiği piyasaya sürdü. Bu lastik, dokuz farklı lastik bileşeninde 13 öne çıkan içerik içeriyor ve genel olarak güçlü bir performans sunuyor.

Bu, lastik ömrünü artırmak için kullanılan ve çeşitli petrol ürünlerinin yakılmasıyla elde edilen karbon siyahını içerir. Ancak döngüselliği ve karbon emisyonlarını azaltmak için, şimdi bitki bazlı yağ, karbondioksit, metan ve ömrünü tamamlamış lastik piroliz yağı (TPO) hammaddelerinden üretilen dört sürükleme türü kullanılmaktadır.

Sürdürülebilir lastikteki soya yağı, sıcaklık değişimlerinde kauçuk bileşiğinin esnekliğini korumasına yardımcı olurken, pirinç kabuğu atık kalıntısından üretilen yüksek kaliteli silika, tutuşu artırır ve yakıt tüketimini azaltır.

Lastiklerde kullanılan polyester, tüketici sonrası şişelerden geri dönüştürülürken, çam ağacı reçineleri, biyolojik olarak yenilenebilir olup, petrol bazlı geleneksel reçinelerin yerini almıştır.

O dönemde Goodyear’ın lastiklerinin sürdürülebilir malzeme içeriği %70 idi ve 2023’te %90’a çıkarılması planlandığı bildirildi; bu, tamamen sürdürülebilir malzemelerden yapılmış ilk lastiği yaratma hedefine daha da yaklaşmaktadır.

Şirket, gösterim lastiğinin tüm ilgili düzenleyici ve iç testleri geçtiğini rapor etti. Geleneksel malzemelerle yapılan lastiklere kıyasla, gösterim lastiğinin yuvarlanma direnci daha düşük bulunmuş; bu da daha iyi yakıt tasarrufu ve daha düşük karbon ayak izi anlamına gelmektedir.

Birkaç ay önce şirket, 2030’a kadar endüstrinin %100 sürdürülebilir malzemeli lastiğini sunma hedefi doğrultusunda, Elektrikli Araçlar (EV) için özel olarak tasarlanmış ElectricDrive Sustainable‑Material (EDS) lastiğini tanıttı; bu, uzun menzil, düşük yuvarlanma direnci, az ses ve üstün ıslak frenleme ve yol tutuşu sağlayan bir adım olarak görülüyor.

Elektrikli araçların (EV) patlaması ve sürdürülebilirliğe odaklanma arasında, bu EDS lastikleri özellikle EV’ler için tasarlanmış olup, uzun menzil, düşük yuvarlanma direnci, az gürültü ve üstün ıslak frenleme ve yol tutuşu sunar.

Şirket finansallarına gelince, piyasa değeri 2,5 milyar dolar olan Goodyear, hisse senetleri şu anda 8,85 $’dan işlem görmekte ve YTD %2,33 düşüş göstermektedir, duyurdu ki net gelir 76 milyon $ ya da hisse başına 26 cent, bir yıl önceki 291 milyon $ net zarara kıyasla ve Q4 2024 için ayarlanmış net gelir 114 milyon $ ya da hisse başına 39 cent.

Bu dönemde şirketin satışları 4,9 milyar $ iken, lastik birim hacmi 43,6 milyon olarak gerçekleşti. Tam yıl için satışlar 18,9 milyar $ ve lastik birim hacmi 166,6 milyon oldu.

2024 yılında Goodyear, net gelir olarak 70 milyon $ ya da hisse başına 24 cent bildirdi; bir yıl önceki 689 milyon $ net zarara ve ayarlanmış net gelir olarak 302 milyon $ ya da hisse başına 1,05 $.

Bu dönemde işletme faaliyetlerinden nakit akışları 698 milyon $ iken, bir önceki yıl 1,032 milyar $ idi. Geçtiğimiz ay şirket, off‑the‑road lastik işini The Yokohama Rubber Company’ye satmayı başarıyla tamamladı; Dunlop markasının Sumitomo Rubber Industries’e satışı ise yıl ortasına kadar tamamlanması bekleniyor.

Goodyear’da ilk yılı hakkında konuşan CEO Mark Stewart, 2024’te beklentileri aşan, kazançları artıran ve çekirdek olmayan varlıkları satma anlaşmalarını gerçekleştiren ilerlemelerden memnuniyet duyduğunu belirtti.

“İleriye dönük olarak, daha fazla marj genişlemesi ve anlamlı borç azaltımı dahil olmak üzere genişletilmiş Goodyear Forward hedeflerimize ulaşmaya kararlıyız.” 

– CEO Stewart

2025 için şirket, “önemli borç azaltımı”, marj genişlemesi ve portföy optimizasyonu bekliyor; Goodyear, yıl sonuna kadar brüt gelir olarak 2 milyar $’ı aşan ve net kaldıraç oranı 2,0x‑2,5x arasında olacak bir performans öngörüyor.

Goodyear Tire & Rubber Co Hakkında Son Gelişmeler

Sonuç

Kauçuk atığı, özellikle lastiklerden, büyük bir zorluk oluşturarak acil dikkat ve verimli çözümler gerektirmektedir. Yaygın olarak kullanılan piroliz gibi mevcut yöntemler, tehlikeli yan ürünler üretirken, geleneksel geri dönüşüm yöntemleri verimlilik ve ölçeklenebilirlikte zorlanmaktadır.

Kauçuk atığının büyüyen ve kritik bir sorun olduğu göz önüne alındığında, araştırmacılar mikroplastik filtrasyonu için tutma havuzları ve C‑H aminasyonu ve omurga yeniden düzenlemesi içeren kimyasal süreçler gibi yeni yolları araştırıyor; bu yenilikçi ve daha çevreci çözümler umut vaat ediyor.

Sürekli araştırma ve endüstri benimsemesiyle, bu gelişmeler kauçuk kirliliğini azaltabilir, çöp sahası atığını düşürebilir ve kauçuk atığını değerli malzemelere dönüştürebilir!