Bebek Bezlerini Yapışkan Notlara Dönüştürmek: Kimyasal Geri Dönüşümü Kullanarak Milyonlarca Ton Atığı Engellemek

Her yıl 3.5 milyon metrik ton kullanılmış bebek bezi çöp sahalarında son buluyor.

Bu bezlerin içinde bulunan süper emici malzeme polimer bileşenlerinden oluşuyor ve nem onlara çarptığında genişliyor. Polimerler tekrar eden birimlerden oluşan uzun bir zincir ve bu durumda bebek bezi içindeki absorban materyal polimer bazlı poliakrilik asit.

Michigan Üniversitesindeki bir ekip bu absorban polimerlerini çözmek ve yapışkan notlardaki ve bantlardaki gibi yapışkan malzemeler olarak kullanılması için geri dönüştüren bir teknik geliştirdi. Çalışmanın sonuçları Nature Communication’da yayımlandı.

Genel olarak, geri dönüşüm mekanik geri dönüşüm ve kimyasal geri dönüşüm olarak gruplandırılabilir.

Çalışmanın yazarı Kimyager Anne McNeil “Birçok insan mekanik geri dönüşümü şöyle düşünüyor; kimliklerini baz alarak farklı plastikleri ayırıyorsunuz, onları küçük parçalar haline getiriyorsunuz, eritiyorsunuz,yeniden kullanıyorsunuz ve bu durum ürünün kalitesini düşürüyor.” dedi.

Mekanik geri dönüşüm düşük kalitede malzemelere neden oluyor çünkü farklı şirketlerin plastikleri farklı şekilde yapılaşmış. Örneğin polimerler farklı zincir uzunluklarında yada farklı katkı maddeleri ve boyalar ile değiştirilmiş olabilir.

McNeil’in laboratuvarında plastiklerin kimyasal geri dönüşümü üzerinde çalışmalar yapılıyor. McNeil  “Çok fazla problem var, her şey genellikle eskisinden daha zayıf olacak şekilde geri dönüştürülüyor ve halı iplikleri yada park bankları olarak son buluyor. Kimyasal geri dönüşüm kimyayı ve kimyasal dönüşümleri kullanarak katma değer materyalleri elde etmek yada en azından orijinali kadar değerli materyalleri elde etme düşüncesidir.” dedi.

Sertlik, dayanıklılık ve geri dönüşümündeki zorluklarından sorumlu olması, özellikle polimerlerin kararlı bağlar ile birbirine tutunduğu için bozulmalarının zor olması gibi nitelikler plastikleri arzu edilir yapıyor.

Kimya ve Mikromoleküler Bilimler ve Mühendislik Profesörü McNeil ve yakın zamanlarda Michigan Üniversitesinden polimer kimyasından doktora derecesi ile mezun olmuş Takunda Chazovachii, süper emici polimerleri yapıştırıcılar gibi yeniden kullanılabilir malzemelere dönüştüren üç aşamalı bir proses geliştirmek için Procter and Gamble ile birlikte çalıştı. Bu yöntemin enerji tasarruflu ve endüstriyel ölçekte uygulanabilir olması gerekiyordu.

Chazovachii  “Süper emici polimerlerin özellikle geri dönüşümü zor çünkü kalıcı şekilde suya dayanıklı ve bozulmaya karşı direnç gösterecek şekilde tasarlanmışlar. Süper emici polimerler ve yapışkanların her ikisi de akrilik asitten türetilmişlerdir. Bu ortak köken geri dönüşüm fikrimize ilham oldu.” dedi.

Süper emici materyallerdeki polimerler gevşekçe dokunmuş balık ağı gibi gözüküyorlar, diyor McNeil. Bir bal peteği ile aralarındaki tek fark bu polimerlerin her 2000 birimde bir çapraz bağa sahip olması ve bu durum çözünmez bir ağ yapısı oluşturmak için yeterli. Bu materyalleri dönüştürmek için su içinde çözünebilir ağları koparmanın  bir yolunu bulmaya ihtiyaç duyuyorlardı. Chazovachii asit yada baz varlığında bu polimerler ısıtıldığında çapraz bağlarını kırabileceğini keşfetti.

Araştırmacılar aynı zamanda bu proseslerin endüstriyel ölçekte uygulanabilir olup olmayacağına karar vermeliydi. İşbirlikçileri Michigan Üniversitesi Sürdürülebilirlik Enstitüsü Araştırma Asistanı Madeline Somers ve Michigan Üniversitesi Çevre ve Sürdürülebilirlik Araştırmacısı Jose Alfaro bir yaşam döngüsü değerlendirmesi sergiledi. Bu asit metodunu polimerlerin çapraz bağlarını kırmak için kullanarak küresel ısınma potansiyelini engellemede 10 kat etkili olduğunu , karbondioksit salınımını baz alarak ve baz aracılı yaklaşımı kullanarak 10 kat daha az enerjiye ihtiyaç duyduğunu öğrendi.

Sonrasında, araştırmacılar farklı tipte yapıştırıcıların üretimi için kullanılan materyal ile uzun polimer zincirlerini kısaltma ihtiyacı duyuyordu. Chazovachii  sonikasyon-küçük patlayan hava balonlarını kullanarak polimer zincirlerinin kırmak- zincirin kimyasal özelliklerini değiştirmeden zinciri parçalara ayırabileceğini fark etti.

“Bu metotta en sevdiğimiz şey basit ve hafif mekanik proses” dedi. “Polimeri kırıyor ancak temel yapı taşlarını  yada asit gruplarını sağlam şekilde bırakıyor ki böylece diğer reaksiyonları da bununla birlikte gerçekleştirebilirsiniz.”

Son olarak, Chazovachii Kimya Profesörü Paul Zimmerman ve onun öğrencisi Michael Robo’nun desteği ile  polimer zinciri üzerindeki asit gruplarını ester gruplarına dönüştürdü. Bu özellikleri suda çözünürlükten organik çözünürlüğe değiştirdi ve yapışkan gibi bir hal aldı. Bir ekstra bonus: bu reaksiyonda kullanılan reaktif aynı zamanda çözücü olarak görev gören yeniden dönüştürülebilir ve yeniden kullanılabilir. Yapışkan özellikleri test edildikten sonra Chazovachii sonikasyonun yapışkanın bir çeşidinin hedeflemek için gerekli olmadığını fark etti. Dahası yaklaşımı basitleştirdiğini fark etti.

Son olarak araştırmacılar yapışkanları geri dönüştürülmüş polimerlerden geliştirmenin, bu yapıştırıcıları petrolden yapmalarından daha kolay olduğunu gösterme ihtiyacı duydu. Kendi metotlarını geleneksel yol ile karşılaştırdıklarında yazarlar %22 oranında küresel ısınma potansiyelini ve bebek bezlerinin dönüşümünde kullanılması gereken enerjiyi %25 oranında azalttıklarını keşfetti.

Araştırmacılar halihazırda temiz olan bebek bezlerini kullandığını söylüyorlar ancak Procter & Gamble ile bağlı olan FaterSMART gibi kullanılmış bebek bezlerini temizleyen şirketlerin sayısı da artıyor. Ek olarak Chazovachii kimyasal geri dönüşüm koşullarının herhangi yaşayan bir bakteriyi öldüreceğini söyledi.

McNeil küçük moleküller için reaksiyonları yapmak üzerinde çalışan sentetik kimyacıların dikkatlerinin polimerlere çevirmesini umut ettiğini söyledi.

“Bu sadece bir çalışma ancak ben araştırmamı bu yönde ilerleteceğim çünkü gerçek dünyanın problemlerine bir etki yaratmak için sentetik kimyacılar adına açık bir fırsat olarak görüyorum. Daha fazla insanın bunu düşünmesini istiyorum çünkü küresel plastikler çok büyük bir problem ve kimyacılar bu atıkla ne yapacağını yeniden hayal ederek önemli bir rol oynayabilirler.” dedi McNeil.

Kaynak: umich.edu