Çeviren: Gül Pınar Canik
Düzenleyen: Görkem Yıldız
Özet: Araştırmacılar, polietilen polimerleri alkil aromatik moleküllere dönüştürmek için tek kaplık ve düşük sıcaklıkta kataliz özelliği olan bir yöntem geliştiriyor.
Yaklaşık 70 yıl önce plastik kullanmaya başladığımızda, ömürleri, etkileri ve ayrışmalarının yüzyıllar sürebileceği gerçeği pek düşünülmemişti. Sonuç olarak, plastikler çeşitlendikçe ve üretimi daha kolay hale geldikçe gezegen şu anda büyüyen yığını küçültmek için yeterli teknoloji veya teşvik olmadan yaklaşık 8,3 milyar ton malzemeyi, şimdiye kadar üretilen neredeyse her plastiği ikiye ayırıyor. Plastik, geri dönüştürüldüğünden ucuzdur, üretilmesi ve atılması daha kolaydır.
UC Santa Barbara araştırmacıları Susannah Scott ve Mahdi Abu-Omar, bu onlarca yıllık örneği değiştirmeye hazırlar. Nasıl mı? Yıllık yaklaşık 200 milyar dolar değerinde üretilen tüm plastiklerin yaklaşık üçte birinin yapıldığı polietileni[1] tek kapta düşük sıcaklıkta katalitik bir yöntemle, yüksek değerli alkil aromatik[2] moleküllere dönüştüren bir yöntemle, birçok endüstriyel kimyasalların ve tüketici ürünlerinin temeli atarak. Aksi takdirde çöp haline gelebilecek olana değer katmak, plastik atıkların geri dönüşümünü çevre açısından faydalı bir sonuçla daha çekici ve pratik bir arayış haline getirebilir.
Meslektaşlarıyla birlikte araştırmalarını Science dergisinde yayınlayan Scott, “İşte potansiyel bir çözüm.” dedi. Çabalarının, plastiğin doğrusal ve savurgan ekonomisini daha sürdürülebilir, döngüsel bir ekonomiye dönüştürmek adına alınabilecek olası önlemlerden biri olduğunu söyledi ve “Bu yapılabileceklerin bir göstergesidir.” dedi.
Atık Plastikler İçin İkinci Hayat
Modern varoluşun, gıdaları taze tutan ambalajlardan tıbbi uygulamalarda kullanılan steril malzemelere, uygun fiyatlı, dayanıklı ürünlerimizin çoğunda kullanılan ucuz, hafif parçalara kadar plastiğe çok şey borçlu olduğu inkâr edilemez.
Sürdürülebilir Katalitik İşlemede UCSB Mellichamp Kürsüsü’nü yürüten UC Santa Barbara’da kimya ve kimya mühendisliği profesörü Scott, “Plastikler hakkında göz önünde bulundurmamız gereken birçok olumlu şey var.” dedi. “Aynı zamanda, istenmeyen bir sonucu olan gerçekten ciddi bir yaşam sonu sorunu olduğunun farkındayız.”
Araştırmacılar, plastiği bu kadar faydalı kılan özelliğin aynı zamanda onları bu kadar kalıcı kılan da olduğunu açıkladı. Kimyasal eylemsizlikleri yani genellikle çevrelerinin diğer bileşenlerine tepki vermemeleri demektir. Plastik borular paslanmaz veya su kaynağına sızmaz, plastik şişeler kostik kimyasalları depolayabilir, plastik kaplamalar yüksek sıcaklıklara dayanabilir.
Scott, “Bu borulardan birini yere koyabilirsiniz ve yüz yıl sonra kazabilirsiniz. Tamamen aynı borudur ve suyunuzu tamamen güvenli tutar.” dedi.
Ancak bu atalet kalitesi, plastiklerin doğal olarak parçalanmasını çok yavaşlatır ve bunu yapay olarak yapmak için gereken enerji çok yoğundur.
Enerji katalizi konusunda uzmanlaşmış ve UCSB Mellichamp Yeşil Kimya Kürsüsü’nü elinde bulunduran diğer kimya mühendisliği profesörü Abu-Omar, “Karbon-karbon ve karbon-hidrojen bağlarından yapılmış plastiklerin kimyasal olarak geri dönüştürülmeleri çok zor.” dedi. Araştırmacıların, sürdürülebilirlik amacıyla plastiğin temel bileşenlerine nasıl indirileceğini öğrenmek için çok fazla araştırma yapmasına rağmen, enerji maliyetinin “uzun süredir alanı rahatsız ettiğini” söyledi. Bu yapı taşlarını yüksek değerli moleküllere dönüştürmenin yararı, çıkarılan petrolden aynısını yapmaktan daha ucuz olduğundan sınırlıdır.
Scott, “Öte yandan, polimerleri doğrudan bu yüksek değerli moleküllere dönüştürebilseydik ve bu yapı taşı moleküllerine geri dönmenin yüksek enerjili adımını tamamen ortadan kaldırabilseydik, o zaman düşük enerji ayak izine sahip yüksek değerli bir sürece sahip olabiliriz.” dedi.
Bu yenilikçi düşünce, yalnızca doğrudan atık polietilen yüksek değerli alkil aromatik moleküller oluşturmakla kalmayan, aynı zamanda bunu verimli bir şekilde düşük maliyetle ve düşük enerji gereksinimiyle yapan yeni bir katalitik yöntem üretti.
Scott, “Dönüşümün sıcaklığını yüzlerce derece düşürdük.” dedi. Kağıda göre geleneksel yöntemler, polietilenin de içinde bulunduğu poliolefin ailesindeki zincirleri küçük parçalara ayırmak ve bunları bir gaz, sıvı ve kok karışımı ürüne yeniden birleştirmek için 500 ile 1000°C arasında sıcaklıklar gerektirirken, bu katalitik işlem için optimum sıcaklık 300°C’dir. Araştırmacılar, nispeten hafif reaksiyon koşulunun, bir katkı maddesi içindeki daha büyük moleküllerin çoğunluğuna göre polimerleri daha seçici bir şekilde parçalamasına yardımcı olduklarını belirtti. Scott, “Süreçteki adımların sayısını basitleştirdik çünkü çoklu dönüşümler yapmıyoruz.” dedi.
Buna ek olarak, işlem çözücü veya ilave hidrojen gerektirmez, sadece hem dayanıklı karbon-karbon bağlarını kıran hem de polimerin moleküler “iskeletini” bunlarla yapılar oluşturmak üzere yeniden düzenleyen ikili reaksiyon için alümina üzerinde bir platin (Pt/Al2O3) katalizörü gerektirir. Bu sayede altılı halkalar ve çözücüler, boyalar, yağlayıcılar, deterjanlar, farmasötikler gibi endüstriyel ürünlerde kullanılan yüksek değerli alkil aromatikler üretilir
Makalenin başyazarı Fan Zhang, “Küçük hidrokarbonlardan aromatik moleküller oluşturmak zordur.” diye ekledi. “Burada, poliolefinlerden aromatik oluşumu sırasında hidrojen bir yan ürün olarak oluşur ve ayrıca tüm süreci uygun hale getirmek için polimer zincirlerini koparmak amacıyla kullanılır. Sonuç olarak, uzun zincirli alkil aromatikler elde ederiz ve bu büyüleyici sonuçtur.”
Bu yöntem, plastiklerin yaşam döngüsünde yeni bir yönü temsil ediyor; atık polimerlerin çöp sahalarında veya daha kötüsü su yollarında ve diğer hassas habitatlarda toplanmak yerine değerli hammaddeler haline gelebileceği bir yöntemi.
Abu-Omar, “Bu, hammaddeleri petrolden üretmekten daha verimli ve daha iyi çevresel etkiyle yapabileceğimiz ikinci bir kullanıma sahip olmanın bir örneğidir.” dedi. Bu teknolojinin nerede ve nasıl etkili olacağını görmek için hâlâ araştırma yapılması gerekiyor ancak bu plastik atık birikimini azaltmaya, değerlerini telafi etmeye ve belki de plastiklerin geldiği petrole olan bağımlılığımızı azaltmaya yardımcı olabilecek bir stratejidir.
Abu-Omar, “Yerde bir delik kazıyoruz, üretiyoruz, yapıyoruz, kullanıyoruz, atıyoruz.” dedi. “Yani bir bakıma, bu düşünce şeklini gerçekten bozuyor. Burada bizi yeni keşiflere, yeni modellere ve kimya yapmanın yeni yollarına götürecek ilginç bir bilim var.”
[1] Polietilen, çok çeşitli ürünlerde kullanılan bir termoplastiktir. İsmini monomer haldeki etilenden alır, etilen kullanılarak polietilen üretilir. (Kaynak: Vikipedi)
[2] Alkilbenzenler, bir veya daha fazla hidrojen atomunun, farklı büyüklükteki alkil gruplarıyla değiştirildiği benzen türevleridir. Aromatik hidrokarbonların bir alt kümesidir. En basit üye, benzenin bir hidrojen atomunun bir metil grubu ile değiştirildiği toluendir. (Kaynak: Vikipedi)
