Kendini İyileştiren Malzeme, Havadaki Karbondan Kendi Kendini Oluşturabiliyor

Fotoğraf : Diyagramlar yeni materyalin kendi kendini iyileştirme özelliklerini göstermektedir. Üst diyagramda, yerleşik bitki kaynaklı kloroplastlar (açık yeşil) ile bir hidrojelden (koyu yeşil) oluşan malzemede bir çatlak yaratılır. Altta, ışık varsa, malzeme, boşluğu genişletmek ve doldurmak için havadaki karbondioksit ile tepkimeye girerek hasarı onarır.

Yeşil bitkileri taklit eden yeni polimer “karbondioksit” ile kimyasal bir reaksiyonla “büyümektedir”.

MIT kimya mühendisleri tarafından tasarlanan bir materyal, havadaki karbondioksit ile reaksiyona girebilmekte, büyüyebilmekte, güçlendirilebilmekte ve hatta kendini tamir edebilmektedir.

İleride inşaat – tamir malzemesi olarak veya koruyucu kaplamalarda kullanılabilecek olan polimer, sera gazını sürekli olarak kendini güçlendiren karbon bazlı bir malzemeye dönüştürmektedir.

Yeni malzemenin şu anki versiyonu, bitkilerin havadaki karbon dioksiti kendi büyüme dokularına dahil etmelerine benzeyen bir kimyasal işlem gerçekleştiren sentetik, jelimsi bir maddedir. Bu malzeme, örneğin şantiyeye gönderilebilecek hafif matris paneller haline getirilebilir, burada hava ve güneş ışığına maruz kalarak sertleşip katılaşmış olur ve bu sayede enerji ve nakliye maliyetinden tasarruf edilebilme ikanı doğar.

Bulgular, Profesör Michael Strano, Doktora Sonrası Araştırma Görevlisi Seon-Yeong Kwak ve MIT’den sekiz kişi tarafından Advanced Materials dergisinde bir makalede ve Riverside’da bulunan University of California’da açıklanmıştır.

Carbon C. Dubbs Kimya Mühendisliği Profesörü Strano “Bu, malzeme bilimi konusunda tamamen yeni bir kavramdır” diyor. “Biyolojik alem dışında daha önce karbon-sabitleme malzemeleri ile ilgili bir şey yoktu, diyor. Bunu yaparken, aynı bitkilerin yaptığı gibi ortamdaki ya da havadaki karbondioksiti yalnızca güneş ışığının gücünü kullanarak sağlam ve sabit bir forma dönüştürebilen malzemelerden bahsediyor.

Araştırmacılar, üretilmesi sürecinde sadece fosil yakıtların kullanımını engellemekle kalmayıp aynı zamanda havadaki karbondioksiti tüketen, bu sayede çevre ve iklim açısından bariz yararları olan sentetik bir materyal geliştirmekten bahsediyorlar. Strano, “Ağaç gibi büyüyebilecek, karbonu karbondioksitten alarak bu malzemenin omurgasına dahil edebilecek sentetik bir malzeme hayal edin” diyor.

Ekibin bu malzemeyi kanıtlama deneylerinde kullandığı materyal tek bir biyolojik bileşenden faydalanmaktaydı, o da bitkilerin ışık enerjisini dizginledikleri kloroplasttı. Araştırmacılar bunu ıspanak yapraklarından elde ettiler. Kloroplastlar canlı değildir, ancak karbondioksitin glikoza dönüşüm reaksiyonunda katalizör görevi görürler. İzole kloroplastlar oldukça kararsızdır, yani bitkiden çıkarıldıktan birkaç saat sonra işlevlerini durdurma eğilimindedirler. Strano ve çalışma arkadaşlarının makalelerinde, çıkarılan kloroplastların katalitik ömrünü önemli ölçüde arttırmak için yöntemler gösterilmektedir. Strano, devam eden ve gelecekteki çalışmalarda, kloroplastın yerine kökeni biyolojik olmayan katalizör konacağını açıklıyor.

Araştırmacıların kullandığı materyal, aminopropil metakrilamid (APMA) ve glikoz oksidaz adı verilen bir enzim olan glikoz ve kloroplastlardan yapılan polimer yapılı jel matrisi, bahsedilen karbonu içerdiğinden, daha güçlü hale gelmektedir. Araştırmacılar, bu materyalin bir inşaat malzemesi olarak kullanılmaya yetecek kadar güçlü olmadığını ancak çatlak doldurma veya kaplama malzemesi olarak işlev görebilmede etkili olacağını söylüyor.

Ekip, bu tür malzemelerin tonlarca üretilmesi için yöntemler geliştirdi ve şimdi malzemenin özelliklerini optimize etmeye odaklanıyor. Kendi kendini iyileştiren kaplamalar ve çatlak dolgusu gibi ticari uygulamalar, yakın dönemde gerçekleştirilebilecek durumda iken, inşaat malzemeleri ve kompozit malzemeler geliştirilmeden önce omurga kimyasında ve malzeme bilimlerinde daha fazla ilerlemelerin gerekli olduğunu söylüyorlar.

Strano, bu tür malzemelerin önemli bir avantajının, güneş ışığına veya bazı iç mekan aydınlatmasına maruz kaldığında kendi kendini tamir etmeleridir, diyor. Yüzey çizilirse veya çatlarsa, etkilenen alan herhangi bir dış etki gerektirmeden boşlukları doldurup hasarları onarmaktadır.

Araştırmacılar, biyolojik organizmaların bu yeteneğini taklit edebilecek kendi kendini iyileştirme materyalleri geliştirmek için yaygın çabalar sarf ederken, bunların hepsi için aktif bir dış girdinin işlev görmesi gerektiğini söylediler. İşlemi aktive etmek için ısıtma, UV ışığı, mekanik stres veya kimyasal işlem gerekiyordu. Bunun aksine, bu materyaller, çevre ışığından başka bir şeye ihtiyaç duymazlar ve atmosferdeki karbondan kütle içerirler.

Materyal bir sıvı olarak başlıyor, diyor Kwak, “Onun büyümeye ve katı formuna kümelenmeye başladığını izlemek heyecan verici” diye ekliyor.

Strano: “Malzeme bilimi daha önce böyle bir şey üretmedi, bu materyaller, çoğalmamalarına rağmen, yaşayan bir şeyin bazı yönlerini taklit ediyor.” diyor. Buluş, çok çeşitli muhtemel takip araştırması açtığından, ABD Enerji Bakanlığı, Strano tarafından daha ileriye yönelik yeni bir programın sponsorluğunu üstleniyor.

Strano, “Çalışmamız, karbondioksidin sadece bir yük ve maliyet olması gerekmediğini göstermektedir” diyor. “Bu bakımdan da bir fırsat”, diye ekliyor. Her yerde karbon var. Dünyayı karbonla inşa ediyoruz. İnsanlar karbondan oluşur. Yani etrafımızdaki bolca karbona erişebilen bir malzeme yapmak, malzeme bilimi için önemli bir fırsattır. Bu şekilde, işimiz sadece karbon nötr değil, karbon negatif olan malzemeler yapmakla ilgilidir. ”diyor.

Araştırma ekibinde UC Riverside’dan Juan Pablo Giraldo ve MIT’den Tedrick Lew, Min Hao Wong, Pingwei Liu, Yun Jung Yang, Volodomyr Koman, Melissa McGee ve Bradley Olsen vardı. Bu çalışma ABD Enerji Bakanlığı tarafından desteklenmiştir.

Kaynak : mit.edu

İnovatif Kimya Dergisi aylık olarak çıkan bir e-dergidir. Kimya ve Kimya Sektörü ile ilgili yazılar yazılmaktadır.
×
İnovatif Kimya Dergisi aylık olarak çıkan bir e-dergidir. Kimya ve Kimya Sektörü ile ilgili yazılar yazılmaktadır.