15 Temmuz 2015 Çarşamba

PHA - Denizlerdeki plastik kirliliği için bir fırsat mı?

Belçikalı sertifikalandırma kurumu olan Vincotte International tarihindeki ilk OK Marine Biodegradable (Denizde Biyobozunurluk) sertifikasını MHG firmasına verdiği anda firma PHA (polihidroksialkanoat) biyopolimer üreticileri arasında en popüler ve birincil seçenek olarak öne çıktı.


Okyanuslardaki, göllerdeki ve nehirlerdeki plastik kirliliğinin çağımızın öne çıkan en önemli ve yıkıcı çevre problemlerinden biri olduğu düşünüldüğünde ödülün önemi de artıyor.

Özellikle Amerika'da ve uluslararası arenada plastik torbalara, mikrokürelere ve polistiren yemek servis ekipmanlarına karşı genel yasal düzenlemelerle birlikte doğrulamalar da oldukça önemli hale geldi.

Yaklaşık bir sene kadar önce, MHG firması bütün altı Vincotte OK biodegradable ve compost sertifikalarına sahip olan ve aynı zamanda US FDA gıda temas onayına sahip olan firma olarak özel bir konuma sahiptir. 

MHG'nin Meredian, Inc ve Danimer Scientifik firmalarının evliliğiyle birlikte Meredian Holdings Group (MHG) küresel olarak firmanın biyoplastik reçinelerinin tedarikçisi olma yönünde planını formalize etti.

O zamandan bu yana firma, İngiltere, Londra merkezli gıda ürünleri tedarikçisi olan Tate&Lyle firmasından ticari ölçekte üretim onayı aldı.

Ek olarak Kuzey Carolina merkezli LC Industries firmasıyla da Amerika'nın servis sektöründe çalışan personelleriyle yenilenebilir kaynaklı tek kullanımlık servis seti üretimi konusunda çalışmalarla birlikte de MHG dünyanın en büyük gıda ve içecek firmalarından biriyle biyobozunur ambalaj konusunda bir kontrat yapmış oldu.

MHG firmasının CEO'su Paul Pereira, tarihsel olarak ambalaj ve konteyner dünyası petrol bazlı hammaddelerden üretilen birçok farklı şekle sahip objelerle dolu diyor.

Pereira, daha yakın zamanda ise Canola yağı ve ya herhangi yağ asidi bitkisel yağından üretilen biyoplastik polimerler yenilenebilir içerikleri ve bazen de biyolojik olarak bozunabilmeleri sayesinde ön plana çıkmaya başladılar. Bu dönüşüm ambalaj dünyası ve atık yönetimi açısından ezberleri bozacağa benziyor şeklinde sözlerine ekledi.

MHG firması Kanola bazlı PHA polimer üretiminin ticari ölçekli olarak genişletilmesi konusunda bütün gücüyle çalışıyor.

2014 sonbahar ekim sezonunda, firmanın ikinci Kanola ekimi 1600 hektara kadar genişletildi. 2015 yılının başında ise MHG Perry McCall ile ortaklık yaparak kendi AgroCRUSH tesisini kurdu ve böylece 6000 tonluk tahıl depolama kapasitesine sahip bir tesisi devreye soktu.

Hasat Mayıs 2015'te başlatıldı. Ekinlerden 6 milyon pound (yaklaşık 3 milyon kg) PHA reçinesi üretilmesi bekleniyor. Yüksek talebi karşılamak içinse, MHG Bainbridge tesisinde 19bin metrekarelik yeni bir laboratuvar ve üretim alanı edindi.

MHG dünya pazarına açılmak konusundaki misyonu yönünde ilerlemeye devam ederken, Pereira Asya'dan Avrupa'ya ve Amerika boyunca seyahat ederek, PHA polimerini üreticilere tanıtmaya çabalıyor.

Isı dayanım sıcaklığı, UV direnci, mükemmel mekanik özellikleri ve biyobozunurluğu gibi özellikleriyle MHG'nin NodaxTM grubu PHA polimerleri hem petrokimya plastiklerine hem de farklı biyoplastiklere karşı bir alternatif sunuyor.

PHA'dan üretilen ürünler 3-12 ay içerisinde
biyolojik olarak bozunuyorlar
Rekabet ettiği diğer selüloz, şeker ve nişasta bazlı biyopolimerlerle karşılaştırıldığı zaman bu diğer polimerle ısı ve nem dayanımı açısından zayıf kalıyorlar. Bu polimerle az bir ısıyla dahi kırılgan hale gelebiliyorlar ya da nemli ortamlarda yapışkan bir yapıya dönüşüyorlar.

Ürünler ne kadar çevre dostu gözükse de sağlam olmayan bir şişe kapağı, kahve kaşığı ya da oyuncak işe yaramayacaktır. Bu ürünlerin üretiminde kullanılacak olan herhangi bir biyopolimer reçinenin seri üretim için uygun sıcaklık ve akışkanlık gereksinimini sağlaması gerekmektedir. Daha sonrasında da depolama ve kullanım surasında sağlam ve yeterli oranda ısıya dirençli olması gerekmektedir. Son olarak da kullanım ömrü bittiğinde güvenli ve organik bir şekilde kısa sürede bozunabilmelidir.

Termoplastik polyester olarak, PHA'nın ısıda bozunma sıcaklığı 125C-170C arasında değişmektedir. Park etmiş bir araba içerisindeki sıcaklığı ortalama 50C olduğunu, sıcak bir kahvenin 75C'ye ulaşabildiğini ve suyun 100C'de kaynadğını düşündüğünüzde yüksek erime sıcaklığı önemli ve gerekli bir çözüm sunmaktadır.

PHA diğer ticari biyoplastikler ile karşılaştırıldığı zaman aerobik olarak toprak ve suda, anerobik olarak da tatlı su, deniz suyu, toprak ve kompost ortamlarında biyolojik olarak bozunması açısından da üstün özelliğe sahiptir. 

Kanola yağı ile beslenen mikroorganizmalar tarafından üretilmesi PHA'nın bu kadar iyi bozunabilmesinin en basit sebebidir. Malzeme organizma içerisinde yağ deposu olarak sentezlenmektedir. Sonuç olarak da diğer mikrobiyal organizmalar PHA'yı bir çeşit lezzetli besin olarak görmektedirler.

Nodax özelinde ise, ürün grubu farklı işleme koşullarına ve ürün gereksinimlerine için ürünlere sahiptir. Bu grupta bulunan PHA polimerlerinin her biri farklı monomer karışımlarına sahiptir ve farklı mekanik özellik gereksinimleri için özel bir polimer sağlanabilir.

Nodex'in mucidi olan Dr.Isaq Noda, farklı PHA polyesterleri farklı yapıtaşlarının oranlarının büyük polimer molekülleri oluşturma şekli ile konrol edilmektedir şeklinde açıklıyor. Örnek olarak enjeksiyon kalıplanmış ürünler için bu varyasyonun sağlanması tasarım esnekliği sağlarken son ürünün sertliğinin de ayarlanabilmesine imkan veriyor. Bazen sert ve sağlam ürünler istenirken, bazı uygulamalarda ise daha yumuşak ve esnek ürünler tercih ediliyor.

Birçok yönden PHA petrokimya plastiklerine göre daha iyi bir ürün olarak fonksiyon gösteriyor. Gıda tazeliğini daha verimli olarak koruyor, koku ve gazları geçirmiyor ve herhangi bir toksin içermiyor.

PHA, okyanus ve gölleri sürekli olarak kirleten plastik torbalar, mikroküreler, şişe kapakları ve diğer atılabilir tek kullanımlık plastik ürünlerin biyobozunur versiyonlarının üretilmesi için başarılı bir şekilde kullanılabilir.

Dünya su kaynaklarının daha temiz hale gelmesi plastiklerin dönüştürülmesinden çok daha kapsamlı stratejiler gerektiriyor olsa da PHA'nın kullanılması da bu zararın azaltılması için önemli bir adım olacaktır.

Son olarak, PHA polimerlerinin piyasada ticari ölçekli olarak üretilen ve pazarlanan biyopolimer çözümleri arasında fiyat rekabeti açısından biraz daha yol alması gerektiğini belirtmek gerekir. Bu bağlamda piyasada bulunan PLA bazlı ürünler de en az PHA kadar etkili olabilmektedir. 

6 Temmuz 2015 Pazartesi

Mikro-Sulama Sistemleri için Biyobozunur Malzemeler

Dünya Tarımı: 2015/2030'a doğru adlı çalışmanın FAO tarafından yayınlandı ve sonuçlar dünya çapında sulanan ekinlerin alanının arttığını gösteriyor. Çalışma sonuçları 1997-1999 periyodu arasında sulanan alanların 202 milyon hektar olduğunu gösterdi. Bu rakamın 2030 yılına kadar 242 milyon hektara ulaşması öngörülüyor.


Endüstriyel boru ektstrüzyon hattının genel görünüşü

Damla sulama sistemleri (mikro-sulama sistemleri) artan sulama ihtiyacından dolayı gereksinim haline geldi. Bu sistemler sayesinde ekinlerin bakımı için gerekli su daha sürdürülebilir bir şekilde idare edilebiliyor.

Hali hazırda üretilen damla sulama boruları polietilenden yapılıyor ve kullanım sonrası ülkede bulunan yasal sorumluluklara göre ya geri dönüşüm tesisine gidiyor ya da bölgede yakılıyor.

AB-27 ülkelerinde tarımda oluşan plastik atık miktarı, Norveç ve İsveç'te 2008 yılında 1.243 milyon ton oldu. Bu toplamın %53.6'sı atıldı. Geri kalan %46.4'lük kısım ise geri kazanıldı: 262bin ton mekanik olarak geri dönüştürüldü ve 315bin ton ise enerjiye dönüştürüldü. Damla sulama boruları ve diğer aksesuarlarından oluşan atık miktarı ise 200bin ton oldu (1).

Tarımsal atıkların yönetimi konusunda alternatiflerden biri de biyobozunur plastiklerin kullanılmasıdır. Biyobozunur plastikler tarımda malç filmlerinde, bitki saksılarında ve farklı uygulamalarda hali hazırda kullanılmaktadır. Fakat şimdiye kadar kompostlanabilir damla-sulama sistemleri üretimi için uygun bir malzeme bulunamamıştır.

DRIUS projesi: kompostlanabilir damla-sulama sistemi


Avrupa projesi olan DRIUS (Tarım uygulamaları için biyobozunur ve kompostlanabilir düz damla sulama sistemlerinin endüstriyel boyutta uygulamaya konulması) bu bağlamda yeni biyobozunur ve kompostlanabilir damla sulama sistemlerinin üretilmesi ve pazara sürülmesini hedefliyor.

Geliştirilen sulama sistemlerinin özellikle kısa büyüme periyodlarına ihtiyaç duyan çilek ve domates gibi bitkilerin yetiştirilmesinde kullanılması planlanıyor.

Bu yeni sistemin avantajları:


Şu anda kullanılmakta olan yakma ve geri dönüştürme proseslerine alternatif oluşturma. AB'de kontrolsüz yakmaya izin verilmediği de göz önünde bulundurulmalıdır. (Insinerasyon Yönetmeliği (Directive 2000/76/EC)). Bu sebepten dolayı gerçekleştirilen geri dönüşümlerde de yüksek bulaşmalar ve özellikle de toprakla, pestisit ve gübrelerle sürekli temas halinde olan borulardaki bozunmalardan dolayı da düşük kaliteli ürün elde edilmektedir.

Biyobozunur borular kalibrasyon ve yıkama banyolarından çıkıyorlar

Ekonomik kazançlar: Ayırma ve geri dönüştürme masraflarının hektar başına 1050 Euro'luk bir kazanç sağlaması öngörülüyor.

Bu tip malzemelerden üretilecek olan borular daha düşük işleme sıcaklıkları gerektirdiğinden dolayı enerji kazancı sağlanacaktır.

Kullanım ömürleri bittikten sonra borular organik atık olarak değerlendirilebilecek ve 6 aydan kısa sürede biyolojik olarak bozunacaklardır.

Yeni kompostlanabilir bir ürün mikro-sulama sistemlerine katma değer katacaktır. Ürünün geliştirilmesi ile herhangi bir ayrımaya ihtiyaç olmadan kompostlama tesisinde atıklar değerlendirilebilecektir.

Projenin Sonuçları


Projenin ilk senesinde, konvansiyonel ekstrüzyon hatlarında ekstrüzyon işleminin optimize edilmesine yönelik çalışmalar yapıldı. Bu borular polietilenden 40C aşağıda sıcaklıkta işlenebilmektedir (Figür 1, Figür 2) ve bu da enerji kazancı ve çevresel etki açısından olumlu değerlendirilmektedir.

Borularda kullanılan düz ve tüp şeklindeki damlalıklar

Boruları geliştirmek amacıyla, farklı ticari biyobozunur malzemeler fiziksel uyumlaştırma ve kimyasal fonksiyon sağlama gibi yöntemlerle karıştırılarak  denemeler yapıldı. Aynı zamanda, bu karışımların sinerji etkileri incelendi. Geliştirilen boru çoğunlukla polilaktik asit (PLA) bazlı olup, farklı biyopolimer ve katkılarla istenilen özelliklere ulaşması sağandı. Üründe kullanılan malzemelerdeki yenilenebilir kaynaktan üretilme oranı %70 üzerinde oldu.

Bu aynı periyodda, damlatıcıların enjeksiyon sistemi ile üretilebilmesi için yeni kalıplar tasarlandı. 3 nolu figürde sonuçların tatmin edici olduğu görülebilmektedir. Damlatıcıların geometrilerinin doğru şekilde tasarlanması farklı ekinler için gereken farklı miktardaki suların sağlanması için önemliydi.

Projede katkı veren firmalar kalıptan sökme işleminin geliştirilmesi dışında damlatıcıların borulara entegre edilmesi üzerinde çalışıyorlar.

DRIUS projesi 1 Kasım 2013'te başladı ve 24 ay sürecek. Avrupa komisyonunun CIP-Eco-Innovation Programı dahilinde finansmanı sağlanıyor. Projeyi oluşturan konsorsiyum içinde İspanya'dan AIMPLAS, Extruline Systems SL firması, Israel'den Metzerplas Irrigation Systems ve Belçikadan OWS NV firması bulunuyor.

Yukarıdaki yazı Oded Baras, Antonio Bayonas, Steven Verstichel, Chelo Escrig ve Raquel Giner tarafından yazılmıştır.

Kaynaklar:
1)  Plastic Waste in the Environment, BioIntelligence Service, http://ec.europa.eu/environment/waste/studies/pdf/plastics.pdf

Türkiye'de biyobozunur damla sulama boruları ve damlalıkları üretme amacıyla FKuR Bioflex grubu malzeme ürünlerini kullanabilirsiniz.