Biyo-esaslı malzeme...

Herkes aynı şeyi söyledi ve neredeyse bir mantra (1) gibi yineledi: “bazı kaynaklar yakında bitecek ve eğer bir şeyleri değiştirmenin yolunu bulmazsak dünyamız da (enerji ve ürün üretimi bakımından) aynı kaderi yaşayacak”.

Fakat, insanların fikirlerini ve alışkanlıklarını değiştirmek çok zordur ve hiçbir şey kullanmadan bir şeyler üretmek olanaksızdır. Geri dönüştürme ve yeniden kullanım enerji ve hammaddeleri korumak için iyi iki yoldur. Ancak her sorunun çözümü olamazlar. Daha sürdürülebilir bir dünya yaratmak için bir diğer yol “hammadde”lerinin kolay üretilebilir olduğu, dünyada nadir bulunmayan ve muhtemelen beslenme gibi başka kullanımlar için toplanmayan biyo-esaslı malzemelerin kullanılmasıdır.

Bir biyo-esaslı malzeme, yaşayan cisimlerden dönüştürülen maddelerden yapılan mühendislik malzemeleridir ve eğer üretimlerinde kimyasal işlemler kullanılmıyorsa bu daha da iyidir. Hemen hemen her zaman, bu malzemeler geri dönüştürülebilir, biyolojik olarak parçalanabilir ya da daha da iyisi bozunup gübreleşebilir. Böylece yaşam döngülerinin bitimi yeni bir başlangıç olabilir.

Biyoplastikler, muhtemelen 20 yıl sonra, var olan petrokimyasal plastiklerimizin hepsinin yerini alacaklardır. Çünkü sıradan plastikler hem daha pahalı hem de ihtiyacımız olan plastiği geri dönüştürülebilir kaynaklardan üretmememiz için bir neden yok.

Şu an bu alanda en çok kullanılan biyolojik hammadde mısırdır. Mısırın hem biyoyakıt ve plastik üretmek için hem de yemek için kullanımının, mısır fiyatlarında artışa neden olacağına ilişkin iddialar var. Bu tümüyle yanlış değil ancak çok doğru da değil.

Nature Works LLC şirketi biyoplastikler konusunda çalışan büyük bir şirket. İplik, kumaş, şişe, set plastik kutular, ambalaj, çatal bıçak takımı gibi bir çok ürüne dönüştürülebilen, mısır ve başka bitkilerden mamul çürüyebilir Ingeo adında bir biyopolimer üretiyor. Burada mısır ya da rafine şeker pancarından elde edilen şeker, laktik asit elde etmek için fermente edilir. Bu PLA (polilaktik) polimeler, suyun atılması ve çözücü içermeyen polimerizasyon için yoğunlaştırma reaksiyonları ile üretilen uzun laktik asit zincirlerinden meydana gelir. Biyo-kompozit olarak, karşılaştırılabilir petrol esaslı plastiklere göre yüzde 20-50 daha az fosil yakıt ihtiyacı duyar ve petrol esaslı rakiplerinden daha iyi performans sunan lif ve ambalaj malzemesi yaratmayı amaçlar. Bu lifler birkaç hafta ila birkaç ay içerisinde etkin biçimde yönetilen çürütme tesislerinde çürütülebilir. Aynı zamanda boya ve dolgu maddesi kabul eder, performansı daha da artırmak için diğer malzemelerle kopolimerize edilebilir ve polyester ve polisitren ile özellikleri en çok karşılaştırılabilecek malzemedir.

Ingeo, zaten birçok sanayi ve işlevsel kullanım için yetiştirilen tarla mısırından elde edilmiş dekstrozdan (şeker) yapılır. Kuzey Amerika’da biyoesaslı malzeme üretiminde hammadde olarak ilk mısır kullanılmıştır çünkü mısır en ekonomik ulaşılabilir bitki nişastası kaynağıdır. Bugün, yıllık küresel mısır mahsulünün yüzde 1’inin 1/20’si kadarından (yüzde 0,05’inden) daha azını kullanıyorlar. Böylece gıda fiyatları ya da tedariği üzerinde yok denecek kadar az bir etkisi oluyor. Mutlaka mısır kullanılması da gerekmez, gıda kaynağı olmayan bir bitkisel ürün de kullanılabilir. Yalnızca bir şeker kaynağı gerekir. Bu şeker pancarı, şeker kamışı, buğday ya da başka birşey olabilir.

Bitkilerden üretilen plastiklere bir başka örnek olarak da kesilmiş çimlerin kullanıldığı bir polimeri gösterebiliriz. Almanya’da Biowert Industrie adlı firma AgriPlast BW adında yüzde 50 çim, yüzde 47 polietilen ya da polipropilen ve yüzde 3 bağlama ajanlarından meydana gelen selüloz liflerinden yapılan enjeksiyonlu kalıplama granülü üretmektedir. Hammadde, üreticinin çevredeki tarım kuruluşlarından aldığı çimdir. Malzeme, kimyasal ya da organik çözücüler kullanılmadan yalnızca mekanik olarak işlenir. Gereken enerji, bağlı bir biyogaz tesisinden sağlanmaktadır. Bütün yan ürünler ve atık malzemeler kullanılmakta ya da devridaim ettirilmektedir. Granüller renk pigmentleri ile boyanabilir, serbestçe akarlar ve enjeksiyonlu kalıplama makinesinde kaşık, konsol, valiz ya da koruyucu başlıklar gibi ürünler üretmek için kullanılabilirler. Mükemmel akıcılıkları sayesinde karmaşık biçimler için bile yüksek devir hızları elde etmek mümkündür. Bu granüllerden üretilen ürünler, yüzde 100 polietilen ya da polipropilenden mamul ürünlerden yüzde 20 daha hafiftir. Enjeksiyonla istenildiği gibi biçimlendirilebilir.

Tarım atıklarını değerlendirerek petrol esaslı plastiklerin yerini alan bir diğer malzeme ise yaşayan bir organizmadan yararlanılarak üretilir. Ecovative şirketi tarımsal atık maddelerinden ve canlı organizmalardan ekolojik malzemeler üretmektedir. Yüksek odun özü içeren pamuk kozaları, pirinç kabuğu ve karabuğday kabuğu gibi bölgesel olarak elde edilen tarımsal yan ürünler mantarların kökü olan mantar misellerini yetiştirmek için kullanılır. Malzeme üretimi için son derece düşük enerjili bir işlemdir, zira malzeme karanlıkta, susuz olarak ve petrokimya girdisi kullanılmadan yetiştirilir. Organizmalar 7 gün içinde büyür, tohum kabuklarını çevreleyip sindiren ve bunları nihai ürüne bağlayan minik beyaz lifler oluşturur. Komple işlemde sentetik köpük üretimi ile karşılaştırıldığında birim başına 10 kat daha az enerji kullanılır. Ürünler yüzde 100 biyolojik olarak bozunabilir ve çürüyebilir. Malzeme, öncelikle özel kalıplanan ve yaygın olan polisitren köpüklere alternatif olarak geliştirilmiş olup koruyucu ambalaj malzemesi olarak kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Mimari uygulamalar için de panel şeklinde akustik ve ısı yalıtımı amacıyla kullanılır.

Asıl etkileyici olan; bugüne kadar çöp olarak gördüğümüz çürümüş sebzelerden mükemmel özelliklere sahip mühendislik malzemelerinin üretiliyor olmasıdır. Böyle bir malzeme olan Curran, karbon fiberden daha güçlü olan ve Cellucomp şirketinin ürettiği bozulmuş havuçlardan formüle edilen bir biyoelyaftır. Cam elyaflara alternatif olarak geliştirilen bu kompozit katkısı, çürümüş havuç liflerinin bir kaplamaya katılabilecek nanoyapılı partiküllere sentezlenmesi ile üretilir. Diğer çürümüş kök sebzeler de kullanılabilir ancak en iyi sonuçları havuçların verdiği bulunmuştur. Son teknoloji karbon elyaf rakibinden daha iyi bükülme direncine sahip olduğu için var olan ticari uygulaması balık oltalarıdır. Fakat karbon fiber bisikletler ve diğer spor ekipmanları için kaplamalar geliştirilme sürecindedir. Malzeme, 130 GPa sertliğe, 5 GPa’ya kadar çekme mukavemetine ve 1,5 g/cm3 yoğunluğa sahiptir. Ayrıca, çok düzgün, parlak bir bitişi vardır, böylece kaplama işleminde üst yüzey olarak kullanılabilir. Spor eşyaları, otomotiv, havacılık ve tüketici malları için kuvvetlendirici elyaf olarak kullanılmaya da uygundurlar.

Kısacası, çevreye daha az zarar vererek, daha sürdürülebilir bir dünya yaratmak mümkün. Biyo-esaslı malzemeler gün geçtikçe gelişip yaygınlaşacaklar. Bugüne kadar bunların yapılmamış olmasının nedeni kimsenin kimyacılara bitkilerden plastik üretmelerini istememeleriydi. Böyle bir talep olmadığı için onlar da petrolden yapmışlardı.

Eğer doğru soruları sorarsanız ve bir şeyler yaratmak için bilimadamlarını zorlarsanız, çözümlerin var olduğunu göreceksiniz.

Bu haberi Material Connexion İstanbul'dan Paolo Cancellato ve Burak Haskan hazırlamıştır.