Malzeme Bilimi
Petrol Bağımlılığımız Sadece Elektrikli Araçlarla Değil, Sürdürülebilir Plastikler ile de Azalabilir
Securities.io sitesini Google'daki tercih ettiğiniz kaynaklara ekleyin
Tarım Ürünlerini Kullanarak Sürdürülebilir Plastikler Üretmek
When we think of oil, we think primarily of fuel for cars, ships, and planes. Ancak petrokimyasallar, bunların büyük bir kısmı plastikler ya da plastik üretim bileşenleri olduğundan, küresel petrol talebinin %12’sini oluşturur.
Petrol tüketimi genellikle karbon emisyonları nedeniyle bir kirletici olarak görülse de, mikroplastikler de giderek artan bir endişe kaynağıdır. Petolden üretilen plastikler, hem karbon hem de mikroplastik salınımına katkıda bulunur.
Bu nedenle, daha sürdürülebilir plastik malzemelerinin artık ufukta olması güzel bir haber.
İsviçre’nin Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL), Batı İsviçre Uygulamalı Bilimler ve Sanatlar Üniversitesi ve Manchester Üniversitesi araştırmacıları, tarımsal atıklardan sürdürülebilir plastikler elde etmek için bir kaynak geliştirdiler.
Daha da net bir ifadeyle, tarımsal atıktan elde edilen şeker çekirdeği kullanarak sürdürülebilir poliamidler ürettiler.
Neden Poliamidler?
Poliamidlerin bir alt sınıfı olan naylonlar gibi birçok plastik ürün çok dayanıklı olmalıdır. Bunun için aromatik grup adı verilen belirli bir kimyasal yapıya dayanırlar.
Bu aromatik gruplar plastiklere sertlik, dayanıklılık ve yüksek sıcaklık direnci kazandırır. Ancak, aynı zamanda plastiklerin biyobozunur olmamasına ve çevreye toksik olmasına da neden olurlar.
Kaynak: Master Organic Chemistry
Aromatik bir bileşik yerine organik şeker kullanan bir poliamid çok daha az toksik olur. EPFL’nin bu şekeri, tarımsal atıktan elde edilen, kullanması keşiflerinin sürdürülebilirlik yönünü daha da artırıyor.
Yeni Bir Plastik Türü
Odun veya mısır sapı gibi biyokütleden doğrudan elde edilen stabilize şeker dimetil glikoksilat ksilosu yüksek kaliteli poliamidlere dönüştürmek için katalizör gerektirmeyen bir süreç geliştirdiler. Bu süreç, malzemenin 140°C’de ısıtılması ve ardından 250–260 °C’ye çıkarılmasıyla başlayan bir dizi adıma dayanıyor.
Kaynak: Nature.com
Süreç ayrıca %97 atom verimliliğiyle şaşırtıcı derecede verimliydi, yani başlangıçtaki malzemenin neredeyse tamamı poliamidlere dönüştürüldü.
Elde edilen malzeme, kimyasal ve fiziksel özelliklerini kontrol etmek için test edildi.
Geleneksel fosil yakıt temelli poliamidlerden en azı, hatta daha fazla, ısıya dayanıklı olduğu kanıtlandı. Ayrıca dayanıklılık ve mekanik direnç (çekme dayanımı) açısından da iyi performans gösterdi.
Kaynak: Nature.com
Araştırmacıların bulduğu bir sınırlama, malzemenin büyük miktarda suya maruz kaldığında hassas olabileceği ve bu yüzden su altında bırakılamayacağıdır. Ayrıca ince gıda ambalajlarında kullanılmak için oksijen ve suya çok geçirgen olabilir. Önemli olarak, çok sayıda potansiyel uygulama hâlâ mevcuttur.
Endüstriyel Kullanıma Hazır Sürdürülebilir Plastikler
Kullanılabilirlik
Endüstriyel uygulamalar için dikkate alınması gereken bir diğer faktör “işlenebilirlik”tir. Yani ham plastik temel bileşenlerini faydalı malzemelere dönüştürmenin kolaylığı.
Araştırmacılar, yeni malzemelerinin piston enjeksiyon kalıplama ve yüksek kesme çift vida ekstrüzyonu gibi plastik şekillendirme için yaygın yöntemlerde kullanılabileceğini gösterdiler.
Kaynak: EPFL
Ayrıca, yüksek sıcaklık ayarlarıyla iPhone 11 kılıfı üretmek için 3D baskıda özelliklerini test ettiler ve başarılı bir şekilde ürettiler.
Kaynak: EPFL
Geri Dönüşüm
Başka bir test, yeni poliamid malzemenin geri dönüşüm potansiyelini kontrol etmekti. Plastik, yüksek kesme çift vida ekstrüzyonu ile 3 kez yeniden kullanıldı.
Çekme özellikleri üç döngü boyunca neredeyse aynı kaldı.
Renklenme her döngüde biraz arttı. Ancak, gerekirse, üretim sürecinde (diaminyumların iyileştirilmiş arıtımı) ayarlama yapılarak turuncu renk tamamen önlenebilir, bu yüzden büyük bir sorun olmaz.
Genel olarak, mekanik geri dönüşüm iyi bir performans gösterdi ve mevcut plastik tedariklerine eşit ya da daha üstün oldu.
Son olarak, plastik için yaşam sonu seçeneği olarak kimyasal geri dönüşüm olasılığını da araştırdılar. Bu, sülfürik asit gibi güçlü asitlere büyük ölçüde dayanıyordu ancak sonunda kimyasallarla tamamen geri dönüştürülebileceğini gösterdi.
Maliyet Rekabetçi Bir Alternatif
Endüstrinin bu tür sürdürülebilir plastikleri (regülasyon değişiklikleri olmadan) benimsemesi için, mevcut fosil yakıt temelli kimyasallara karşı maliyet açısından rekabetçi olması gerekir.
En yaygın poliamid olan nylon 66’nın fiyatı genellikle ton başına 3.000‑7.000 $ arasındadır. Yeni malzemenin fiyatları da, kaynak malzemenin nispeten yüksek maliyetleri varsayılsa bile benzer bir aralıkta olacaktır.
Potansiyel olarak, mısır sapı gibi daha ucuz kaynaklardan malzeme kullanmak maliyeti daha da düşürebilir.
Kaynak: Nature.com
Fiyat rekabeti sağlamasının yanı sıra, yeni malzeme piyasadaki mevcut ürünlere göre çok daha az karbon ve sera gazı yayar, özellikle ticari ksilos yerine mısır sapı ksilosu kullanıldığında.
Sürdürülebilir Plastikler – Gerekli Bir İlerleme
Bu çalışmadaki gibi yeni biyoplastik türleri, fosil yakıt tüketimini azaltmak için gereklidir.
Bu, geleneksel plastik kimyasallarını biyomalzeme kaynağıyla yeniden üretmeye çalışmak yerine, benzer ya da daha üstün performanslara sahip yeni bir plastik molekül türünün oluşturulduğu yeni bir adımdır.
Muhtemelen, fosil yakıtlardan gelen aromatik grupların biyolojik şekerlerle değiştirilmesi sadece bir başlangıçtır.
Bu yaklaşım daha zordur ancak geleneksel plastiklere kıyasla birçok avantaj sunan yeni plastik tedariklerine de olanak tanır:
- Daha düşük karbon ayak izi.
- Daha az kirlilik.
- Tarım atık ürünlerinin değerlenmesi.
- Maliyetlerde potansiyel düşüş veya geliştirilmiş kimyasal özellikler.
EPFL ekibinin (ve araştırma ortaklarının) başarısı, sadece mevcut plastikleri yağda bol bulunan kimyasal yapılarla tam olarak kopyalamaya çalışmak yerine, biyomalzemeleri kullanarak yeni faydalı endüstriyel kimyasallar yaratmadaki diğer yenilikler için bir şablon olarak kullanılmalıdır.
