7 Kasım 2014 Cuma

Yeni Nesil Kimyasal Yapı Taşları ve Biyoplastikler

AB projeleri SYNPOL & BioConSepT - iki yaklaşım, bir hedef


2012 yılında Avrupa Komisyonu tarafından yayınlanan Bioeconomy Strategy, petrol sonrası ekonomi için denizden ve karadan yenilenebilir kaynakların kullanılmasını teşvik ediyor. Bu sayede daha yenilikçi, kaynakları verimli kullanan rekabetçi bir toplum kurularak, gıda güvenliği, yenilenebilir kaynakların sürdürülebilir olarak endüstriyel alanlarda kullanılması ve çevre güvenliği konuları arasındaki dengenin kurulabileceği düşünülüyor. Stratejinin hedefi, yenilenebilir biyolojik kaynaklar üreterek, bu kaynakların ve bu kaynaklardan oluşacak atıkların, kimyasal yapı taşı bileşikleri ve biyoplastikler gibi katkı değeri olan ürünlere dönüştürülmesi. Avrupa'da yürütülen araştırma yeni ve farkı kaynaklardan besleme stoklarının geliştirilmesi ve işlenmesi için gerekli temel teknolojinin geliştirilmesine yardım ediyor. Belli bir noktaya kadar, bu iki tane AB'nin desteklediği proje olan BioConSepT ve SYNPOL ile gerçekleştiriliyor. Projelerin sırasıyla 2015 ve 2016 yıllarında sonuçlanması hedefleniyor.

Gıda dışı rekabetçi hammaddeler


Sınırlı fosil kaynaklara sahip olmamız sebebiyle, alternatif kaynaklara olan ihtiyaç genel olarak kabul görüyor. Örneğin biyoplastikler için pazarda rekabetçi bir alternatif olabilmek için herhangi bir uygulama için petrol bazlı plastiklerle aynı fiyat seviyesinde olması gerekmektedir. Fakat günümüzde her ne kadar petrol fiyatları değişkenlik gösterse de bu durum geçerli değildir.

Biyoplastikleri ve kimyasal yapıtaşlarını ekonomik olarak daha rekabetçi hale getirebilmek için en umut veren yaklaşım, evsel atıklar ve ya şu anda atık depolama tesislerinde son bulan kanalizasyon atıkları gibi atık kollarının kaynak olarak kullanılmasıdır.

İki Avrupa Birliği projesi SYNPOL ve BioConSepT, üretim (fermentasyon) ve ayırma teknolojilerini entegre ederek fiyat olarak rekabetçi yüksek katma değere sahip kimyasal yapı taşları ve biyoplastiklerin ticari olarak sentezlenmesi için kullanmayı hedeflemektedir. SYNPOL projesi gaz üretimi için biyoatığı kullanıp daha sonra fermente ederken, BioConSepT ise ahşap lignoelülozu ve yenilmeyen yağlar gibi ikinci nesil hammaddelere odaklanmaktadır.

BioConSepT projesi: Bitkiden Plastiğe


BioConSepT (Bio-Conversion and Separation Technology- Biyo-Çevrim ve Ayırma Teknolojisi) ikinci nesil biyokütlelerin kimyasal yapı taşlarını çevrilmesi için gerekli beyaz biyoteknoloji proseslerinin teknik ve ekonomik fizibilitelerini araştırmaktadır. Proje kapsamında lignoselülozik biyokütleler ve yağların yenilemeyen kısımları gibi gıda zinciriyle rekabet etmeyen iki çeşit biyokütle biyoplastik üretimi için uygunluk açısından değerlendirilmektedir.

BioConSepT projesinden beklenen başarı ölçüleri bu inatçı ikinci nesil hammaddeleri işlemeye uygun güçlü enzim ve mikroorganizmalar geliştirmek ve bu sayede ekipman ve prosesteki adım sayısını azaltarak maliyetleri düşürmektir. Bu da biyo ve kimyasal çevrimlerin entegre edilerek yüksek seçiciliğe sahip ayrıştırma teknolojileriyle birleştirilmesi ile mümkün olabilir. Bunların gerçekleştirilmesinden sonra ise endüstriyel ölçekte bu metodların uyarlanması gerekecektir. 

Proje kapsamında yapılacak yüksek seviyeli uygulamalı araştırmalar sayesinde laboratuvar ölçeğinden pilot ölçeğe kadar yeni teknolojiler ortaya çıkacaktır. Bunun sonucunda büyük endüstriyel kurumlar da yüzlerce milyon Euroluk potansiyel değere sahip yeni ürünler, prosesler beklemektedir.

Değer Zinciri Boyunca Entegrasyon


BioConSepT projesi kimyasal endüstrisinin gelişen konsepti olan ortaklıklar ve ittifaklar çerçevesinde yürütülüyor. Bu vizyonda her bir ortak kendi güçlerine odaklanırken kaynaktan tüketiciye oluşturulan iş zincirinde ise sahip oldukları iş birliklerinden yararlanıyorlar. Bütün zincire tek bir firma ve ya endüstrinin sahip olduğu gıda endüstrileriyle karşılaştırıldığında, bu durum açık bir şekilde kimyasal endüstrisine özel ve yeni bir gelişme. Tablo 1'de bazı kimyasal yapı taşlarının üretimi için biyoteknoloji girişimlerini ve büyük endüstrileri de içeren ortaklıkların ve ittifakların listesini görebilirsiniz. Bu bağlamda proje, yeni nesil endüstriyel biyoteknoloji proseslerinin temeli olarak öngörülen, entegre zincir yaklaşımının fizibilitesini göstermeyi amaçlamaktadır.

Kimyasal yapı taşı ve üretilmesi için işbirliği yapan firmalar listesi


BioConSepT projesinin teknolojik amaçları ise üretim zinciri boyunca, bitki biyokütlesinden pilot üretime kadar olan her bir adımı içermektedir (Resim 1). Proje itakonik asit ve furan-dikarboksilik asit gibi dikarboksilik asitlerin biyoplastik üretiminde kullanılmasına odaklanmaktadır.



Biyoçevrim ve ayrıştırma teknolojilerinin ikinci nesil biyokütleler üzerinden üretime entegre edilmesi

SYNPOL projesi: Avrupa'da yeni teknolojiler ve biyotek yaklaşımlar oluşturmak


Isıyla parçalanan, gazlaşan ve daha sonra mikroorganizmalar tarafından fermente edilen endüstriyel ve evsel atıklar gibi karmaşık organik atık malzemeleri SYNPOL (Biopolymers from syngas fermentation- Singaz fermentasyonundan biyopolimer) projesinin başlama noktasını oluşturmaktadır. Proje %100 biyobozunur biyoplastikler (PHA) ve butanediol, suksinik asit, hidroksibutirik asit ve krotonik asit gibi kimyasal yapı taşlarının üretilmesini hedeflemektedir.

Isıyla parçalanma ve gazlaşma yüksek ölçekte biyoatıkların bertaraf edilmesi için en uygun yöntemler olarak görülmektedir. Gazlaşmanın fermentasyonlar gibi biyosentez proses sistemleri ile birleştirilmesi gelecek vaadeden endüstriyel bir yöntem haline geldi. Yakın zamanda CO/CO2 gazlarından fermentasyon yolu ile kimyasal üretimi üzerine yapılan çalışmalarda büyük miktarda artış meydana gelmiştir. Özellikle biyoyakıtların üretimi için sentez gazlarının (singaz) fermentasyonu ilgi çekici bir hale gelmiştir ve bu proses yöntemi ABD, Yeni Zelanda ve Kanada'daki firmalar tarafından kullanılmaktadır, fakat henüz Avrupa'da kullanılmamaktadır. Bu sebepten dolayı SYNPOL'un Resim 2'de sunulan teknolojisi, karmaşık atıkları yeni biyopolimerlere, aynı zamanda mikrodalga destekli piroliz gibi yenilikçi işleme teknolojileri ile, inovatif Avrupa prosesi için rasyonel bir tasarım sunulması konusunda yeni bir pencere açmayı hedeflemektedir. Daha düşük enerji kullanılması ve atık kollarının saflaştırılmasının optimize edilmesi gibi amaçlar da son ürünlerin ekonomik olarak rekabetçi olmasına katkıda bulunacaktır.

SYNPOL projesi kapsamında yapılması öngörülen işlemler


Resim 3'te gösterilen projenin iş planlamasına göre, bakteriler fermentasyon yoluyla polihidroksialkonatlar (PHA) adlı verilen temel biyoplastik malzemeri singazın C1 karbon fraksiyonlarını kullanarak üretecektir. Biyopolimerlerin farklı prototipleri ve karışımları da SYNPOL çerçevesinde hazırlanacaktır. Son olarak PHA, plastikleştiriciler ve nanokiller, fiziksel ve mekanik özellikleri açısından incelenecek ve biyoplastik endüstrisinin farklı sektörlerinde kullanılabilmeleri açısından uygunlukları tespit edilecektir.

SYNPOL projesi yol haritası

PHA malzemesi neredeyse istenen bütün tasarımlara kalıplanabildiği için çok geniş uygulama alanına sahiptir.

SYNPOL karmaşık atıkları, fiyat faydası yüksek biyopolimerlere üç ana adımda çevirmeyi hedeflemektedir.

1) Farklı atık kollarının sentez gazı (singaz) üretimi için pirolizi

2) Üretilen gazın karbon fraksiyonlarının (karbon monoksit ve karbonsioksit) farklı doğal ve rekombinant ototrofik bakterileri kullanarak kimyasal yapı taşlarına ve PHA'lara dönüştürülmesi

3) Singaz fermentasyonu sonucunda üretilen monomer ve polimerleri kullanarak kimyasal ve enzimatik kataliz yöntemleri ile ticari kullanıma uygunluk için biyobazlı plastik prototiplerin (kampaund karışımların) sentezlenmesi.

Büyük beklentilere sahip iki proje


Her iki projenin bakış açısı dahilinde, geleceğin biyopolimerlerini ve kimyasal yapıtaşlarının çevresel yararını, üretimin ekonomik uygunluğu ile birleştirme açısından önemli bir aşama kaydedilecektir. Bu da tarım, atık oluşturan endüstriyel sektörler ve polimer endüstrilerinin sürdürülebilir üretim konusunda politika oluşturabilecek karar vericileri harekete geçirmek konusunda etkili olacaktır. Gelecekte gazlaştırma ve farklı ayrıştırma teknolojileri uygulanarak farklı biyokütle kollarından biyoplastikler ve kimyasal yapıtaşların üretilmesi, şu anda biyoteknolojik biyoplastik firmalarınca kullanılan üretim hatlarına entegre edilmesi gerekmektedir. Bütün bu sinerji etkisinden yararlanarak da üretim maliyetleri asgari düzeye düşürülebilecek ve bu sayede hem çevresel hem de ekonomik yararlar sağlanabilecektir. Bu sebepten dolayı, her iki proje AB'nin modern ve geleceğe bakan teknolojiler konusunda küresel ölçekte liderlik ederek organik atıkların değerlendirilmesi ve sürdürülebilir biyopolimer üretimi konularında stratejik adımları atmasına yardımcı olacaktır.

Yazarlar:

Oliver Drzyzga, Auxiliadora Prieto, Jose Luis Garcia CIB-CSIC, Madrid, Spain (SYNPOL)

Peter J. Punt, Ernst Geutjes, Dirk Verdoes TNO, Zeist/Delft, Hollanda

Ellen Fethke, RTD Service, Vienna, Austria (for BioConSepT)

Kaynaklar:

www.bioconsept.eu
www.synpol.org

Bioplastics Magazine (05/14) vol.9 pp.28-30

Hiç yorum yok :

Yorum Gönder