Plastiklerden Bitkilere: Biyo-Bazlı Polimerleri Gübreye Dönüştürmek
Fotoğraf 1 : PIC’nin bozunma ürünlerinde nitrojen açısından zengin bir gübre olarak kullanılması; biyoplastikleri, geleneksel petrol bazlı plastiklerin yol açtığı çevresel sorunları ele almak için çok daha ilgi çekici bir seçenek haline getiren sürdürülebilir bir döngüyü içerir. Düzenleyen: Tokyo Teknoloji Enstitüsü’nden Daisuke Aoki
Geçtiğimiz yüzyılda plastikler, dünyayı kasıp kavurdu ve hayatımızın hemen her alanında uygulamalar buldu. Bununla birlikte, plastiklerin temelini oluşturan bu sentetik polimerlerin yükselişi, birçok ciddi çevre sorununa sebep olmuştur. Bunların en kötüsü, petrokimyasal bileşiklerin aşırı kullanımı ve biyolojik olarak parçalanamayan malzemelerin geri dönüşüm olmadan atılmasıdır; tüm plastik atıkların sadece %14’ü geri dönüştürülmektedir.
Plastik bilmecesini çözmek için plastiklerin üretiminde kullanılan kaynak malzemelerin bertaraf ve geri dönüşümden sonra tam bir daire haline geldiği “dairesel” sistemler geliştirmemiz gerekiyor. Tokyo Teknoloji Enstitüsü’nde, Yardımcı Doçent Daisuke Aoki ve Profesör Hideyuki Otsuka tarafından yürütülen bilim insanları ekibi yeni bir konsepte öncülük ediyor. Çevre dostu yeni yöntemlerde, biyokütle (biyoplastik) kullanılarak üretilen plastikler kimyasal olarak geri dönüştürülerek gübrelere dönüştürülür. Bu çalışma, Royal Society of Chemistry’nin sürdürülebilir ve çevre dostu teknolojiler üzerine yenilikçi araştırmalara odaklanan Green Chemistry dergisinde 28 Ekim 2021’de yayınlanacak.
Ekip, petrol bazlı polikarbonatlara alternatif olarak çok dikkat çeken bir tür biyo-bazlı polikarbonat olan poli (izosorbid karbonat) veya “PIC” üzerine odaklandı. PIC, monomer olarak izosorbit (ISB) adı verilen glikozdan türetilen ve toksik olmayan bir malzeme kullanılarak üretilir. İlginç olan kısım, ISB birimlerini birleştiren karbonat bağlarının, “amonoliz” olarak bilinen bir süreçte amonyak (NH3) kullanılarak ayrılabilmesidir. İşlem sonucunda, gübre olarak yaygın kullanıma sahip azot bakımından zengin bir molekül olan üre üretilir. Bu durum kimyasal reaksiyon bilimi için bir sır olmasa da, polimer bozunması üzerine az sayıda çalışmaya ve yalnızca monomerler yerine tüm bozunma ürünlerinin potansiyel kullanımlarına odaklanmıştır.
İlk olarak, bilim insanları, PIC’nin tam amonolizinin suda ılıman koşullarda (30°C ve atmosferik basınç) ne kadar iyi gerçekleştirilebileceğini araştırdı. Bu kararın arkasındaki mantık, organik çözücülerin ve aşırı miktarda enerjinin kullanılmasından kaçınmaktı. Ekip, nükleer manyetik rezonans spektroskopisi, Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi ve jel geçirgenlik kromatografisi dahil olmak üzere çeşitli yollarla tüm reaksiyon ürünlerini dikkatlice analiz etti.
Bu şekilde üre üretmeyi başarmalarına rağmen, PIC’nin bozunması, birçok ISB türevinin hala mevcut olması nedeniyle 24 saat sonra bile tamamlanmadı. Bu nedenle, araştırmacılar sıcaklığı artırmayı denediler ve tam bozunmanın 90°C’de yaklaşık altı saat içinde elde edilebileceğini buldular! Dr. Aoki, bu yaklaşımın faydalarını vurgulamaktadır: “Reaksiyon, herhangi bir katalizör olmadan gerçekleşti ve PIC’nin amonolizinin sulu amonyak ve ısıtma kullanılarak kolayca gerçekleştirilebileceğini gösterdi. Dolayısıyla bu prosedür, kimyasal geri dönüşüm açısından işlevsel olarak basit ve çevre dostudur.”
Son olarak, tüm PIC bozunma ürünlerinin doğrudan gübre olarak kullanılabileceğinin bir kanıtı olarak ekip, model bir organizma olan Arabidopsis thaliana ile bitki büyüme deneyleri gerçekleştirdi. Tüm PIC bozunma ürünleri ile işlem görmüş bitkilerin, sadece üre ile işlem görmüş bitkilerden daha iyi büyüdüğünü buldular.
Bu çalışmanın genel sonuçları, plastikten gübre sistemleri geliştirmenin uygulanabilirliğini göstermektedir (Şekil 1). Sistemler yalnızca kirlilik ve kaynak tükenmesiyle mücadeleye yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda dünyanın artan gıda taleplerinin karşılanmasına da katkıda bulunur. Dr. Aoki, sözlerini şöyle noktalıyor: “Çalışmamızın yakın gelecekte sürdürülebilir ve geri dönüştürülebilir polimer malzemeler geliştirmeye yönelik bir kilometre taşını (mecazen, bir işte ulaşılan, elde edilen önemli bir durum, üzerinde durulması gereken önemli bir nokta anlamında kullanılır) temsil ettiğine inanıyoruz. ‘Plastikten ekmek’ çağı çok yakın!”
Referans: Takumi Abe, Rikito Takashima, Takehiro Kamiya, Choon Pin Foong, Keiji Numata, Daisuke Aoki ve Hideyuki Otsuka, 28 Ekim 2021, Green Chemistry tarafından “Plastikten Gübreye: Bir Biyo-bazlı Polikarbonatın Gübre Kaynağı Olarak Kimyasal Geri Dönüşümü”.
Kaynak: scitechdaily.com
