Atık Olmak Değil, Çürümek İstiyorum

Çevrede parçalanan plastikler kirlilik endişelerimizin cevabı olabilir ancak Aisling Irwin’in bulduğuna göre,bu durum yalnızca parçalanmadan önce de kullanışlı olan plastikler için geçerli.

Helen Toogood için bir saksı nane ile başladı; Brad LaPray için patates kabuklarıydı; Gadi Rothenberg, laboratuvar hammadeleri olan sitrik asit ve gliserol kullandı – ayrıca bir silikon çörek pişirme tepsisi kullandı.

Taktikleri, sentetik biyolojiden test tüpü kimyasına kadar değişmekte, ancak üçü ortak bir hedefi paylaşıyor ;hepsi yeni biyoçözünür plastikler icat ederek plastik kirliliğe karşı olan savaşın en önemli noktasında çalışıyor.

Kimyacılar, geleneksel plastiklerle aynı işleri yapabilen, ancak işleri bittiğinde çevreye zararsız bir şekilde kaybolan malzemeler aramaktadırlar.Plastik ile boğulmuş hayvanların ve aşırı derecede kirlenmiş nehirlerin,plajların rahatsız edici görüntülerinden hareketle,bol miktarda yeni maddeler ürettiler;deniz yosunundan iplik,sütten keçe,polar astarına dönüştürülmüş odun ve atık kollarını biyopolimerlere dönüştürmek için uyarlanmış mikroplar bu yeni maddelere örnek olarak verilebilir.

Fotoğraf : Mater-Bi’den yapılan çatal bıçak takımı, yiyecek atıklarıyla birlikte kompostlanabilir.

Bu ürünlerin birçoğu hala laboratuvarda işlem görmektedir.Yosunlardan yapılan yenilebilir su poşetleri gibi bazı ürünler ise pazarda yer edinmek için mücadele veriyorlar.Öte yandan,Mater-Bi çantalar ve çatal bıçak takımları gibi birkaç ürün şimdiden yaygın olarak kullanılıyor.Ancak biyoçözünür plastik,her yıl 300 milyon tonun üzerinde üretim olan plastik pazarının şu anda %0.5’inden daha az bir bandına denk geliyor,acaba bundan daha fazlasına hükmedebilir mi? Biyoçözünür plastikler,temiz çalılık ve sağlıklı deniz kaplumbağası midesi hayallerini gerçeğe çevirebilir mi? Cevap komplike ve tartışmalı.

“Bu durum gerçekten tartışmalı – demek istediğim,oldukça içinden çıkılamayan bir sorun.” diyor ABD’de Santa Barbara’da bulun Kaliforniya Üniversitesi’nden bir çevre bilimcisi olan Roland Geyer. Geyer, şu ana kadar kullanımda olan, depolamada olan veya çöplükte olan sekiz milyar tondan fazla üretilen plastiği ele alan ve en çok dikkat çeken istatistiklerden biri olan plastik istatistiğinin arkasındaki adam.

Plastik kirliliği sorununa karşı çözümler,üretim ve bertaraf zincirinde aşağı yukarı tartışılırken, plastiklerin biyolojik olarak bozunabilir hale getirilmesi fikri gölgede kalıyor gibi görünüyor.

Halk için kafa karıştırıcı olduğu için,biyo-bazlı plastikler biyoçözünür plastiklerden daha çok ilgi çekiyor ve ikisi genellikle birbirine karışıyor. Biyo-bazlı plastikler genellikle geleneksel benzerleriyle aynıdır, ancak fosil yakıtlardan ziyade bitkilerden ve biyolojik hammaddelerden yapılır.Örneğin,Coca Cola’nın PlantBottle’ı yaklaşık% 30 oranında bitki bazlı PET’ten (polietilen tereftalat) yapılıyor. Lego markası ise, parçalarının % 1-2’sinde bitki kaynaklarına geçiyor.

Ancak bu ürünler bir plajda yumuşak bir şekilde çözünmezler –en az  fosil yakıt türevli benzerleri kadar çözünmezler. Öte yandan, biyoçözünür plastikler – çoğunlukla biyokütleden ve aynı zamanda fosil yakıtlardan yapılmışlardır – daha az dikkat çekiyor.Bu durum,bilim adamlarının on yıl önce biyoçözünür plastiklerin plastiğin %31 kadarının yerine geçebileceğini hesaplamasına rağmen böyle. 

Parçalanması Zor

Plastikler kırılmaya karşı çok dayanıklıdır.Hidrokarbon zincirlerinde, bakteriyel enzimlerin tutunması için gerekli olan fonksiyonel gruplar çok azdır veya hiç yoktur. Ek olarak, yarı kristal yapıları ve zincirler arasındaki çapraz bağlanması,aşılamayan bir ormandaki böceklere benzetilebilir ;bu, polyesterler gibi oksijen grupları içeren plastiklerin bile korunduğu anlamına gelir.

Fotoğraf : Orijinal nişasta taneleri(mor),biyoçözünür PLA poşetinin elektron mikrografında(3000xbüyütme) hala görülebilir

Biyoçözünür plastikler, diğer plastiklerin aksine, daha küçük zincir uzunluklarına sahip olma ve oksijen veya azot grupları ile bağ kurma eğilimindelerdir. Şu anda, biyoçözünür plastiklerin üç ana kategorisi vardır: polilaktik asit (PLA), polihidroksialkanoat (PHA’lar) ve termoplastik nişastalar (TPS). PLA’nın üretilmesi ucuzdur – genellikle laktik asit üretmek için biyokütlenin fermantasyonu ile ortaya çıkar – ancak çözünmesi yavaştır. Darbe dayanımı, bariyer ve termal özellikler bakımından zayıf olmasına rağmen, biyoçözünür  plastik pazarının beşte birini oluşturur, tıbbi implantlar, paketleme ve diğer birçok yerde kullanılır. Yaklaşık 150 çeşit PHA vardır;bunlar su ve deniz suyunda çok iyi çözünür. Üretimleri pahalıdır, ancak potansiyelleri konusunda heyecan duyulmaktadır ve şu anda yaptıkları küçük katkıdan yola çıkarak pazardaki yerinin artacağı tahmin edilmektedir. Bu arada, doğanın kendi polimerlerinin bazıları – nişastalar veya polisakkaritler – termoplastik nişastalar yapmak için su veya gliserol gibi plastikleştiricilerle karıştırılabiliyor.Bu karışımlar,biyoçözünür pazarın neredeyse yarısını oluşturuyor. Genel olarak, biyoçözünürler  ambalajları arkaya yakın(% 21) olan torbalarda(% 68) kullanılmaktadırlar.

İngiltere’deki Manchester Üniversitesi’nde enzimoloji laboratuarında çalışan bir biyokimyacı olan Nigel Scrutton,yeni plastiklerin ortaya çıktığını ve Toogood’un nanelerinden ümitli olduğunu belirtiyor. “Başlangıçta, pencere üzerinde birkaç tane saksımız vardı” diyor. Ancak şimdi, mikroorganizmalar üretimi devralmış.

Diğer laboratuvarlarla ortak olarak, grup ilginç polimerleri bulmak için sentetik biyolojiyi zorluyor. Limonun naneye dönüşürken geçirdiği metabolik yolculuğu takip etmişler. Yol boyunca farklı monoterpenoidleri izole etmişler ve laktonlar yapmak için karbon halkalarına oksijen yerleştirmek üzere tasarlanmış mikroorganizmalar oluşturdular. Bu maddeler, biyopolimerler oluşturucak kadar reaktifdir.

Sonuçta ortaya çıkan polikaprolaktonlar,devre kartlarının yanı sıra dişçilik ve tıp alanında da kullanılan esnek ve güçlü termoplastik elastomerlerdir. Toogood, “Metabolik yolları etkin bir şekilde araştırıyoruz” diyor. “Farklı bileşikler çıkarabildik ve kimsenin potansiyel görmediği bir dizi yeni polimer ürettik.”diye ekliyor.

Müthiş Bir Fikir

Çitlerle birlikte reaktör kaplarını da kıran Hollanda’daki Amsterdam Üniversitesi’nde kataliz ve sürdürülebilir kimya konusunda uzman olan Gadi Rothenberg,imkansız olanı yapıp,ucuz biyoçözünür bir termoset polimeri(termoset polimerlerindeki bol miktarda çapraz bağlanma genellikle biyoçözünmeyi imkansız kılar)icat ettiğini iddia ediyor.

Bu polimeri meslektaşı Albert Alberts ile birlikte kaza sonucu buldu,katı köpük elde etmek için sitrik asit ve gliserolü karıştırmışlar ardından bu katı köpük cam reaktör kabına sıkışmış ve soğutulunca kabın kırılmasına yol açmış.Şimdi Plantics-GX olarak bilinen bu bileşik, poliüretan ve diğer köpüklerin yerini alabilir.Rothenberg’e göre ambalaj, inşaat ve izolasyon sektörlerinde kullanılan ucuz malzemeler, içerdikleri zararlı bileşikler nedeniyle öğütme,yok etme aşamasında büyük bir çevresel yük oluşturuyorlar.

Fotoğraf : Plantics-GX köpüğü (sağda) işleme ve cilalama yoluyla gözeneksiz bir reçineye (solda) dönüştürülebilir.

Plantics-GX köpüğü suya veya nemli toprağa batırıldığında şişer ardından gliserol ve sitrik aside geri hidrolize olur.Bu proses polimerizasyon derecesine bağlı olarak günler veya yıllar sürebilir.Keşfinden sekiz yıl sonra Rothenberg,kimyayı geliştirme ve tutucu plastik endüstrisine girme güçlüğü ile sarsılmış duruyor.”Şimdi görüyorum ki yüzleştiğimiz en temel sorun finansal oldu.Eğer büyük bir iş yapmak istiyorsanız finansal garantileriniz olması gerekiyor çünkü henüz ürünü satamıyorsunuz.”diyor ve ekliyor:Bulması hala çok zor – kimya alanında çok az gerçek riskli yatırım var,çok geleneksel bir alan.

Piyasa girmenin bir yolu ise,Plantics-GX’in biyoçözünürlüğünden çok toksik olmama vaatinden çıkar sağlamaktır.Tehlikeli gazlar salgılama ihtimali olan ve bu yüzden tüketicilerin kaçınmak istediği malzemelerin yerini Plantics-GX alabilir. “Artık ürünlerinde toksik olmayan malzemeler isteyen şirketlerle çalışıyoruz.Bu şirketler örnek olarak içinde formaldehit bulunmadığını garanti edebilecekleri ürünler istiyorlar.”diyor Rothenberg.

Rothenberg’in şirketi Plantics, aynı zamanda polietilen ve polipropilenden yapılan saksılar yerine biyoçözünür bitki saksıları yapıyor.”Bu saksıları bitkilerinizle birlikte toprağa gömebilirsiniz,birkaç ay içerisinde saksılar kaybolur.”diyor. 

Polyester ve Poliamidin Tamamen Doğal Liflerle Değiştirilmesi İmkansız

Geleneksel plastiklerlerin çeşitliliği ve üstün performansı ile karşılaştırıldığında,bazıları biyoçözünür plastiklerin geleneksel plastiklerin yerine alabileceğini hayal etmekte bile zorlanıyor. Avustralya’daki Queensland Üniversitesi’nde bir kimya mühendisi olan Leela Dilkes-Hoffman geleneksel plastiklerin yaygın olarak bir nedenden ötürü kullanıldığına parmak basıyor.Geleneksel olarak kullanılan plastikler hafif ve şekillendirilebilirlerdir,bu plastikleri istediğiniz kadar sert veya esnek yapabilirsiniz;onları renklendirebilir, şeffaf yapabilir veya suya dayanıklı hale getirebilirsiniz.Biyoçözünür plastiklerin tüm bu özellikleri karşılaması gerek. Qatar Üniversitesi’ndeki bir polimer kimyacısı olan Adriaan Luyt diyor ki: Paket servis yemeğiniz bir polikaprolakton tabağı eritir.Biyoçözünür hiçbir plastik,gazlı içecek şişesinden istenen dış etkenleri engelleyici özelliklere sahip değildir.

“Açıkçası şu ana kadar, polyester ve poliamidin tamamen doğal liflerle değiştirilmesi imkansız” diyor Alman dış giyim üreticisi Vaude’nin sosyal sorumluluk müdürü Hilke Patzwall. Vaude, yeşil kimlikleriyle gurur duyuyor ancak yürüyüş ceketinin dayanıklı, yıkanması kolay, aşınmaya dayanıklı, nefes alabilen, su geçirmez, paketlenebilir ve koku korumalı olması gerektiğini belirtiyor.Aynı koşullarda bozulmayan özelliklere sahip bir ceketi bırakıp,bozulan bir ceket üretmek açıkçası zor.

Vaude yine de deneylere devam ediyordu.Bazı polarların tüylü iç kısımları, normalde fırçalanmış polyesterden, şimdilerde ise Avusturya firması Lenzing tarafından üretilen denizde biyolojik olarak parçalanabilen, ahşaptan elde edilen bir ürün olan liyosel’den imal ediliyor.Patzwall henüz kanıtlanmayan bir fikri şöyle açıklıyor:Mikrofiberlerin verimli kısımları olan polarların tüylü bölgeleri çevreye büyük miktarlarda yayıldığı tespit edilen küçük tekstil parçaları olabilir. Vaude ayrıca keçe ve yalıtım malzemesi olarak süt proteininden elde edilen QMilk lifini kullanıyor. Patzwall, “QMilk’in sorunu, kumaşı örememeniz,örülecek kadar dayanıklı bir lif değil.” diyor Patzwall – gerçi muciti bu konu üzerinde çalışıyor.“diye ekliyor.

Biyoçözünür Karışım

Engeller göz önüne alındığında,sıradan plastiklerin biyolojik olarak çözünebilmesi için bir takım ayarlamalar yapmak mümkün değil mi? Uzmanlar geleneksel plastikleri çözen bazı organizmaların olduğunu ancak etkinliklerinin düşük olduğunu söylüyorlar. Bazı şirketler plastiklere biyoçözünürlük kazandıran,genellikle metal tuzlar olan katkı maddelerinin reklamını yapar. Gerçekte,genel olarak plastiklerin parçalanmasına ama biyolojik olarak çözünmemesine neden olarak çevrede çok miktarda mikro plastik bıraktığını söylüyor Dilkes-Hoffman.

Diğer bir seçenek, geleneksel plastiklerin nişastalarla ve diğer biyoçözünür plastiklerle harmanlanması olabilir.”Örneğin polietileni doğal lifle karıştırırsanız biyoçözünür polimer elde edeceğinizi iddia eden birçok insan var,ki ben kesinlikle doğru olmadığını düşünüyorum.”diyor Luyt. ‘Polimeri mikroorganizmalara karşı biraz daha erişilebilir hale getirebilirsiniz, ancak önce doğal maddeye saldırırlar ve belki de polimerin ömrünü kısaltabilirler.’

Fotoğraf : BioLogiQ, patates nişastasını biyoçözünür olduğunu söylediği termoplastik bir reçine haline getirdi.

Bu kaderi önleyen karışımlar yarattığını iddia eden şirketlerden biri, ABD’nin Idaho eyaletindeki BioLogiQ. Kurucu Brad LaPray,memleketindeki patates çiftliklerinden çıkan atık nişastayı kullanmak istedi ve NuPlastiQ GP olarak bilinen bir termoplastik nişast yapmak için o atık nişastaları işlemenin bir yolunu buldu. Bu plastiğin alışılmadık olduğunu, çünkü suyu nişastadan ayıran (suyu bir plastikleştirici ile değiştirerek) ve dönüşünü engelleyen özel bir prosesle üretildiğini söylüyor.Reçine kendi başına denizde biyoçözünür olarak sertifikalıdır.Diğer biyoçözünür plastiklerle karıştırılbilir ayrıca geleneksel plastiklerin özelliklerini geliştirebilir.Ancak şirket, geleneksel Nuplastiq karışımlarının bazıları için tamamlanmış veya neredeyse tamamlanmış bir biyolojik çözünme olduğunu da ispatladı. Örneğin, Nuplastiq GP ve% 80 polipropilen karışımından yapılmış bir kabın,depolama koşullarını simüle etmesi gereken bir anaerobik dijestörde % 95 oranında çözünmesi ve yok olması yaklaşık 8 ay sürdü.

Hem Luyt,hem de Dilkes-Hoffman bu iddialara şüpheci yaklaşıyorlardı.Gerçek biyoçözünür  bir parçalanma elde etmeden önce bir çok şeyle karşılaşmışlardı. Ancak LaPray, karışımların standart üçüncü parti testlerinden geçtiğini belirtti.Büyünün, büyük hidrofilik nişasta partiküllerini küçük amorf hidrofobik olanlara dönüştürmelerinin ve ardından eşleri olan geleneksel plastiklerle benzersiz şekilde birleşmelerinde olduğunu söylüyor. Elverişli bir ortamda mikroorganizmalar, karışımın amorf bölgelerinde bulunabilecekleri yerler ve ‘kolayca açılan kapılar’ bulabilir ve mikroorganizmala tüm karbonu tüketene kadar bu durum devam eder.

Şaşırtıcı bir şekilde, Nuplastiq’in sertifikasyon başarılarına rağmen, LaPray’in standartlara dair sayısız eleştirisi var – açıkçası plastiklerin sertifikalandırıldığı,onaylandığı koşullar genellikle hayatın sonundaki gerçekleri yansıtmıyor

Kolay Cevaplar Yok

Fotoğraf : Plastik atıklar bir süredir endişe konusu.

Görüşleri beklenmedik yerlerde yankılandı. Marcus Eriksen, bilim adamı ve gönüllü deniz plastikleri kampanyacısıdır. Organizasyonu  5Gyres, 2018’de, biyolojik olarak çözünme iddiaları olan bebek bezleri,köpek tuvalet poşetleri,tek kullanımlık bardaklar ve benzerlerinden oluşan materyalleri okyanusta batırıp test ettiler ardından sonuçları yayınladılar.Benzer materyalleri bu sefer bahçe toprağına gömdüler.İki yıl sonra bazı eşyalar kayboldu,ancak çoğu kaybolmadı.Eriksen çoğunlukla soğuk,tuzlu,bulanık olan okyanuslarda veya sıradan bir toprakta çok az miktarda ürünün çürüdüğünü belirtiyor. Ürünlerin çoğu,kesin biyoçözünürlüğe dair iddiada bulunmadılar, ancak Eriksen’ın mesajı bu değil: mevcut biyoçözünür plastik oluşumlarının çevreye olan plastik sızıntısı sorununu çözmediğini göstermek istedi.

Bu, insanların biyoçözünür plastiklerin neyi başarmasını istediği ve yaygın hale gelirse nasıl yönetileceği sorusunu gündeme getiriyor.Şimdiye kadar ki,biyoçözünür plastiklerin çoğu bozunmak için özel koşullar gerektirir;örneğin,bazı endüstrilerde yüksek sıcaklık. Bu  koşullar polimerden polimere değişmektedir, bu da çoğu potansiyel olarak yanlış sonuçlara yol açan ve atık akışlarını kirleten karmaşık bir bitmek bilmez koşullar kümesi anlamına gelir.

Ed Kosior, geri dönüşüm yeniliklerinde uzmanlaşmış biri ve  İngiltere’deki Nextek’in polimer mühendisi ve genel müdürü. “İnsanlar”Bir sürü ambalajı çözünebilir hale getirelim ”diyor,”Bu sorunun ardındaki soru ise “ Nerede çözünecekler? ”Hepsini parçalayacağımız,bozunduracağımız bir tesise mi götürücez ? Yoksa toprağa bırakılmalarına izin mi vereceğiz? Hala bir yığın olucaklar ve çözünmelerini sağlamak için çeşitli proseslerden geçirmemiz gerekecek. Ve sonunda hiçbir şey elde etmeyeceğiz, sadece karbondioksit ve su. Bu yüzden geri dönüşüm daha iyi bir seçenek. ‘diyor Kosior.

Bu açıklamalar bazı kişileri kızdırdı. İtalyan biyokimyasal şirketi Novamont’da pazar uzmanı olan Tony Breton,”biyoçözünür plastikler toprağın içine karıştığında çoğunlukla yemek artıklarıyla birleşirler ve kaybolurlar aksi halde atık depolama alanına giderlerdi. Bu durum toprağı zenginleştirir ama genellikle üzerinde durulmuyor.” diyor.

Mevcut Biyoçözünür Maddelerin Hiçbiri Talepleri Karşılamıyor

Dahası, biyoçözünür plastikler zaten kapalı sistemlerde iyi çalışıyor, Breton ekliyor. Novamont’un Mater-Bi fast-food malzemeleri, spor etkinliklerinde,festivallerde kullanıldı,yiyecek atıklarıyla birlikte özel kutularda atıldı ve kompostlama yapılmak üzere gönderildi.

İngiltere’deki temizlik ürünü şirketi Ecover’de uzun vadeli inovasyonun global başkanı Tom Domen’e göre İngiltere’de iki rakip döngüsel iktisat versiyonu var.Bunlar ’Teknik’ döngü ve ‘Biyolojik’ döngü ,bu döngülerden birisi geri dönüşümü diğeri biyoçözünürlüğü destekliyor.Aslında,ikisi için de roller var diyor,Domen.

Dilkes-Hoffman Domen’e katılıyor ve plastik sızıntısı riskinin yüksek olduğu veya kirlilik nedeniyle geri dönüşümün mümkün olmadığı sektörlerde denizde biyolojik olarak çözünen plastiklerin rol alması gerektiğini görüyor. Bu durum poşetler, fast food kapları, bebek bezleri, hijyen ürünleri, kahve poşetleri ve olta takımı gibi küçük plastik parçaları içerir.

Biyoçözünür plastik fikrinin çekici olduğu ancak çeşitli sorunları olduğu ortaya çıktı.Sadece geleneksel plastiğin performansıyla eşleşmekte değil aynı zamanda kendisini döngüsel iktisata sokabilecek bir yaşam-sonu çözümleri bulmada da sorun çıkardı. Atıkların, geleneksel plastik atıklarla aynı şekilde dikkatli bir şekilde yönetilmesi gerekecektir.

Bu arada, biyolojik döngünün destekçileri mükemmel biyoçözünür plastikleri bekliyor, diyor Domen. “Doğaya karşı tehlikesiz, nereye giderse gitsin;ormanlar, okyanuslar veya arka bahçeler, yerel ekosistem tarafından tüketilebilen materyali arıyoruz” diye açıklıyor. “Mevcut biyoçözünür materyallerin hiçbiri bu talebe cevap vermiyor.”

Kaynak : chemistryworld.com