Plastikler, biyobozunurluk ve risk değerlendirmesi

Biyoplastikler: gerçekler ve algılar

Pazarda geçen 25 yıllık sürelerinden sonra, biyoplastikler hakkında çok fazla şey biliyoruz. Standartlar terimin adını kesinleştirdi, test metodları uygun geri kazanımlarını doğruladı ve bütün bularının ötesinde endüstri kullanılma amaçları ile ilgili açık sebepler ortaya koyabildi. Fakat bütün bu temellere rağmen, biyoplastiklerin gerçekten ne olduğuna dair bilgi sadece küçük bir uzman döngüsü içerisinde sıkışmış olarak kaldı ve kamuoyunun bu konu hakkında hala kafası karşık durumda. Bu şartlar altında, efsaneler ve yanlış bilgilerin de yayılma potansiyeli sonucunda bir dalgalanma etkisiyle biyoplastiklerin toplum tarafından bütün olarak kabul edilmesi de etkileniyor. Bazı konseptler çoğunlukla yanlış anlaşılıyor, örnek olarak biyo-esaslılık çoğu zaman biyobozunurluk ile eş anlamlı olarak görülebiliyor. Bu makalede biyoplastik terimi biyobozunur plastikleri kast ederek kullanılmaktadır. Ek olarak standartların varlığı yeterince değer görmüyor ki bazen ''biyobozunur'' kelimesi tırnak içinde yazılarak biyobozunurluğun henüz tam olarak gösterilmediği gibi imalarda bulunuluyor.

Biyoplastikler ve deniz ortamı

Biyoplastiklerle ilgili belirsizlik son olarak deniz atığı konusunda gündeme tekrar geldi. Denizlerdeki plastik atık sorunu yeni olmamakla beraber, özensiz atık yönetimi kürsel ölçekte, ciddi miktarda farkındalık, önleme ve geri kazanım programlarına yatırım yapılma ihtiyacına yol açıyor. Biyoplastikler de istenmeden de olsa bu tartışmanın içine çekilerek, kronik deniz kirliliği problemine hemen çare olurlar yanlış algısına sebep oldu. Bu bağlamda, biyoplastik endüstrisinin aşağıda sayılacak olan sebeplerden dolayı, biyobozunurluk özelliğini çevreye çöp atabilmek için yeşil ışık olarak görmediğini belirtmek gerekir.

Resim 1- Akvaryum içinde bozunurluğun test edilmesi

Resim 2 - Sediment içerisinde bozunurluğun test edilmesi

Biyobozunurluğun değeri

Ambalaj ve tüketici ürünleri kullanım döngülerinin sonunda bir geri kazanım potansiyeli barındırmak zorundadır. Bazı durumlarda, biyobozunurluk organik geri dönüşüm aracılığıyla bu geri kazanımı sağlamaktadır. Bu seçenek Ambalajla ilgili olan Avrupa Direktifinde de belirtilmiş ve ne zaman ambalaj mutfak atığı (biyoatık) ile birleşiyorsa bu özellik faydalı olmuştur. Fakat biyoplastik/biyoatık bileşimi kompost içinde geri dönüştürülebilir. CEN standardı olan EN13432 organik geri dönüşüm için uygun olan ambalajları tanımlar fakat denizler de dahil herhangi bir ortamda (doğal çevre ortamı) biyobozunurlukla ilgili bir iddiayı desteklemez. EN13432'nin kapsamı kristal şeffaflığında açıktır ve herhangi bir yanlış anlaşılmaya mahal vermemektedir.

Biyobozunur plastikler ve geri dönüşüm

Biyoplastiklerle ilgili herhangi bir tartışma başladığında gündeme gelen bir diğer konu da plastik geri dönüşümünün kontaminasyonu tehlikesidir. Daha şaşırtıcı olan ise, teknik olarak konuşulduğunda plastik geri dönüşümü aslında doğru kullanılmamaktadır çünkü plastik terimi kollektif bir terimdir ve birbiriyle uyumlu olmayan farklı malzemeleri kapsar ve her biri ancak ayrı geri dönüştürülebilir. Çapraz bulaşa geri dönüşüm için her zaman bir engel olmuştur (örneğin biyobozunur olmayan plastikler de biyoatıkların geri dönüşümüne engel teşkil eder). Ürünün kullanım döngüsü sonunun yönetimi de ürünün özelliğine ve atık çeşidine göre uygun olmalıdır. Eğer yerinde ayrı toplanma uygun bir şekilde yapılabilirse de biyoplastiklerin organik geri dönüşüm kapsamında geri kazanılabildiği ve uygun atık yönetimini teşvik ettiği görülmektedir.

Doğada biyobozunurluk

Yanlış yönlendiren iletişimlerden kaçınabilmek için biyobozunurluk terimini sadece ilgili bozunurluk ortamı (nerede)  ve koşullar (ne kadar ve ne sürede) ile birlikte ifade etmek doğru olacaktır. Tarımda yapılan testler toprağa özgü olup malç filmlerinin biyobozunurluklarına bu şekilde bakılır çünkü bu ortam mikrobiyolojik olarak kompost ortamından farklıdır. Benzer olarak, deniz ortamına özgü testler de geliştirilmektedir (Resim 1). FKuR firması biyobozunur film üretimi için uygun olan Bioflex grubu ürünlerini ASTM ve ISO test metodları ile test etmişlerdir (3,4) (Resim 2). Deniz tabanında yapılan testlerin sonucunda bir yıldan daha az sürede yüzde 90'dan fazla (selüloz ile oranlandığında ve mutlak olarak) biyobozunurluk (CO2 oluşumu şeklinde) ölçülmüştür. Milan'da bulunan Certiquality enstitüsü tarafından da bu sonuçlar onaylanarak Avrupa Komisyonunun pilot programı olan ETV (5) çerçevesinde olduğu görülmüştür.

Resim 3- Deniz çiftçiliğinde kullanılan filelerde
biyobozunurluk katma değer sağlayabilir.

Biyobozunurluk ve risk değerlendirmesi

Son olarak, bu umut vaadeden biyobozunurluk verilerini nasıl yorumlamamız gerekir? Genel manada, çevresel risk çevreye stres veren maddenin ortamdaki derişimine ve ortamda kalış süresine bağlıdır. Derişim ne kadar düşükse, ve kalış süresi ne kadar kısaysa o kadar iyidir. Biyoplastikler deniz ortamına girdikleri anda hemen ortadan kaybolmazlar. Fakat biyobozunurluk sayesinde ortama stres sağlayan maddenin kalış süresi azalmaktadır. Bu sebeple, okyanuslardaki plastik problemini sadece biyoplastiklere geçerek çözmek mümkün değildir. Diğer taraftan, kazayla ortama bulaşmanın kesin ve ya olası olduğu durumlarda biyobozunurluk riskin azaltılması konusunda rol oynayabilir. Denizde bulunan balık avlama aletleri gibi uzun süre boyunca yıpranıp denizde parçalarının kalması mümkün olan plastiklerin tamamen ve ya göreceli olarak hızlı bir şekilde biyobozunur olması bu sebepten uygun olacaktır. FKuR firmasının Bioflex ürün grubundaki gibi denizde biyobozunur olan malzemeler midye yetiştirmek için ağlar gibi deniz çiftçiliği uygulamalarında denizde biyobozunurluk özelliği umut vaadetmektedir.

Kaynaklar:

1) European Parliament and Council Directive 96/62/E0 of 20 December 1995 on packaging and packaging waste

2) EN 13432:2000 Packaging Requirements for packaging recoverable through composting and biodegradation. Test scheme and evaluation criteria for the final acceptance of packaging

3) ASTM D7991 - 15 Standard Test Method for Determining Aerobic Biodegradation of Plastics Buried in Sandy Marine Sediment Under Controlled Laboratory Conditions

4) ISO/DIS 19679 Plastics - Determination of aerobic biodegradation of non-floating plastic materials in seawater/sediment interface - Method by analysis of evolved carbon dioxide

Termoform kalıplama için a-PHA modifiye PLA hammaddesi

Yakın zamanlarda yayınlanan raporlar, tüketiciler arasında, artan çevresel farkındalıklardan dolayı gelişmiş biyobozunurluk özelliklerine sahip sürdürülebilir ambalaj seçeneklerine doğru bir gelişmekte olan pazar trendinin oluştuğunu gösteriyor. Örnek olarak, Gıda servis ambalaj enstitüsü (Foodservice Packaging Institute) 2015 Trendleri raporunun bulgularına göre kompostlanabilir ambalajlara karşı artan bir ilgi olduğu ve firmaların yakın gelecekte sürdürülebilir ambalaj uygulamaları için bu talebe yanıt vermeleri gerekeceği belirtiliyor.

PLA endüstriyel kompostlama uygulamalarında daha yaygın olarak kullanılan biyopolimerlerden biri olarak öne çıkıyor. Yenilenebilir kaynaklardan üretilmesinden dolayı, yeşil ambalaj malzemesi olarak aranan bir çözüm konumunda. Fakat PLA'nın fiziksel özelliklerinin hem işleme sırasında hem de bitmiş ürünlerin performansıyla ilgili bazı zorluklar yarattığı bilinmektedir. Bu problemlerin bir tanesi de malzemenin kırılganlığı ve göreceli olarak düşük sertliğidir. Bu durum da biyopolimerin yeni ambalaj uygulamalarına adapte edilmesini zorlaştırmaktadır. Örnepin, petrol bazlı performans geliştiriciler biyo-esaslı yüzde içeriğini azaltmakta ve oranları arttıkça da kompostlanabilir özelliğinin kaybolmasına dahi yol açabilmektedir. Bu durum PLA'nın özelliklerini geliştirirken, biyo-esaslı yüzde içerikten ve kompostlanabilirlik özelliğinden taviz verilmesini önleyecek yeni katkıların tespit edilmesini gerektirmektedir.

PHA (polihidroksialkanoat) teknolojisinde lider olan Metabolix firması 2015 yılında yeni amorf PLA (a-PHA) ürününü piyasaya sundu. Bu yüksek moleküler ağırlık ve düşük Tg'ye sahip olan kauçuk yapıdaki malzeme PHA malzemelerinin katkı olarak kullanılabilme aralığını da genişletiyor. Metabolix yakın zamanda a-PHA malzemesinin hem malzemelerin işlemesini kolaylaştıran hem de performans arttırıcı bir katkı olarak PVC için, sadece performans arttırıcı olarak da PLA için kullanılabilirliğini gösteren araştırmalarını yayınladı. Bu sonuçlar daha önce semi-kristal yapıdaki PHA'nın katkı olarak kullanılması ile karşılaştırıldığında çok daha yüksek performansa işaret ediyor.

Metabolix firması a-PHA'nın gıda ve tüketici ürünleri ambalajları, film, gıda servis ekipmanları, 3d yazıcı filamentleri, elyaflar ve telalar gibi çok geniş bir uygulama çerçevesinde kullanılan PLA için verimi bir performans geliştirici olduğunu gösterdi. Özellikle levha ve termoform uygulamasında, a-PHA'nın çok düşük seviyede (%5'ten daha az gibi) dahi eklenmesinin, özellikle ekstrüde edilen levhaların ve termoform kalıplanan ürünlerin kenar kırpma/kesme, nakletme ve kesilmesiyle ilişkilendirilen gevreklik kırılması sorununu ortadan kaldırdığı belirlenmiştir. a-PHA eklenmesi bitmiş ürünün darbe direncini de arttırmakla beraber, %10'a kadar olan katkı seviyelerinde de sertlik ve süneklik gibi özelliklerin gevreklik kırılması ve parçalara ayrılmayı engelleyecek düzeyde geliştirdiği gözlenmiştir. Sonuç olarak a-PHA ile modifiye edilmiş olan PLA, fiziksek özellikler açısından tatmin edici bir denge sağlarken, diğer kompostlanabilir olmayan PLA performans arttırıcı katkılara göre de katkı oranı ASTM D6400 kompostlanabilirlik standardına uygunluğun korunması için gereken %1'in altında olması şartını da ortadan kaldırmaktadır.

a-PHA ile modifiye edilen PLA özellikle gıda servisi için kullanılan termoform kalıplanmış konteynerler için ilgi çeken bir polimer seçeneği olarak ortaya çıkmaktadır. Bu konteynerler yüksek biyo-içeriğe sahip olmakla birlikte ASTM D6400 ve EN13432 standartlarına göre endüstriyel olarak kompostlanabilmektedir. Ek olarak, fiziksel özellikleri açıdan tatmin edici ve PHA ve PLA benzer refraktif indislere sahip olduklarından, konteynerler yüksek seviyede şeffaflığa sahiptirler.

Tüketiciler, marka sahipleri ve düzenleyici kurumlar sürdürülebilir ambalaj malzemeleriin kullanılması yönünde teşvikleri takip etmeye devam ediyorlar. Bu sayede gıda atıklarının da çöp atık sahalarından uzaklaştırılmasına katkıda bulunuluyor. Kompostlanabilir ambalaj seçenekleri için büyüyen talebi karşılamak yönünde çalışan firmaların da a-PHA ile modifiye edilmiş PLA malzemelesi seçeneğini özellikle de gıda servis ve tüketici ürünü ambalajları uygulalamaları için incelemeleri oldukça faydalı olacaktır.