Biyo Bazlı Plastikler

Geçmiş
Bilinen ilk biyo bazlı plastik olan polihidroksibütirat (PHB), Fransız bir araştırmacı olan Maurice Lemoigne tarafından 1926 yılında Bacillus megaterium bakterisi üzerinde çalışırken keşfedildi. Lemoigne'nin yaptığı keşfin önemi, petrolün o dönem ucuz ve bol olmasından ötürü onlarca yıl idrak edilememiştir. 1970'lerin ortasında çıkan petrol krizi, petrol bazlı ürünlere alternatif arayışını yeniden gündeme getirmiştir. O dönemden sonra moleküler genetiğin ve rekombinant DNA teknolojisinin yükselişi araştırmaları canlandırmış, böylece 21. yüzyılın başlangıcına kadar yapılar, üretim yöntemleri ve sayısız biyo bazlı plastik türü için uygulama alanları ortaya çıkmıştır. Kullanılan yahut hala üstünde çalışılan biyo bazlı plastikler arasında, her ikisi de özel mikroplarda sentezlenen PHB ve bitkilerden elde edilen şeker ve nişastanın mikrobiyal fermantasyonundan üretilen laktik asit monomerlerinden polimerleştirilen polihidroksialkanoat (PHA) bulunur. Biyo bazlı plastikler şimdilerden dünyanın toplam plastik üretiminin önemsiz bir kısmını oluşturuyor. Ticari üretim süreçleri maliyetlidir. Yine de metabolik ve genetik mühendislikte katedilen yol sonucunda verim ve üretim olanaklarını arttırıp toplam maliyetleri düşürebilen mikrop ve bitki türleri üretilmiştir. Bu faktörler her geçen gün artan petrol fiyatları ve çevre farkındalığı ile beraber gelecekte biyo bazlı plastik pazarını genişletebilir.
 

 


 

Özellikler
Özellikleri malzemeden malzemeye epeyce farklılık gösterebilir. Biyo bazlı yahut kısmen biyo bazlı PE, PET veya PVC gibi "ikame biyo plastikler" sıradan türlerle aynı özelliklere sahiptir. Bu biyo bazlı plastikler, yalnızca bilimsel analizlerden geçerek bilinen plastik ürünlerden ayırt edilebilir.

Uygulamalar
Biyo bazlı plastikler en baskın uygulama alanı olan ambalaj sektöründe yaygın şekilde kullanılır ve 2010 yılında nişasta harmanları, PLA, biyo PET, biyo PE gibi pazarlardaki payı %70'tir. Biyo PP, hala pilot aşamasındadır. PLA, ambalaj sektörüne ek olarak tekstil sektöründe de lif olarak kullanılmaktadır. Biyo bazlı süksinik asit, spor ve ayakkabı, otomotiv, ambalaj, sanayi, tarım, dokumasız kumaş ve lif gibi birçok uygulamaya uygundur. Biyo bazlı özel poliamitler otomotiv, spor ve dinlence sektörlerinde kullanılır. Örneğin PA 4.10, spor, dinlence, otomobillerin içi ve dışı, tüketici elektroniği ve mobilyalarda kullanılır. Biyo bazlı termoplastik kopolyester elastomerler, özel ambalaj ve alternatif enerji gibi yüksek teknoloji gerektiren uygulamalarda kullanılmaktadır.

Süreçler
Doğal biyo bazlı polimerler
Bu polimerler, yaşayan organizmaların yardımıyla temelde en son kullanıldıkları formda sentezlenir. Doğal olarak üretilen biyo bazlı polimerler arasında şunlar bulunur:

  • polisakkaritler;
  • selülöz / nişasta;
  • proteinler;
  • bakteriyel polihidroksialkanoatlar.
  • Çıklarma ve arındırma işlemleri sonrasında doğrudan sinai istifade mümkün olur.

Sentetik biyo bazlı polimerler
Monomerleri yenilenebilir kaynaklardan elde edilen ancak polimer oluşturabilmek için bir kimyasal dönüşüme ihtiyaç duyan polimerler. Prensip olarak, sıradan polimerlerin çoğu yenilenebilir hammadelerden sentezlenebilir. Örneğin mısır nişastası hidrolize edilebilir ve kimyasal işlem sonucunda üretilen polilaktik asitten (PLA) laktik aside biyo dönüştürmede kullanılmak üzere fermantasyon hammaddesi olarak kullanılabilir. Polimerin, kaynağı yenilenebilir olmasına rağmen bir kimya laboratuvarında sentezlenmesinden ötürü `doğal´ olarak ele alınması doğru değildir.

Geri Dönüşüm
Sıradan polimerlerin biyo bazlı muadilleriyle (biyo PE, biyo PET, biyo PVC gibi) üretilen ürünler, mekanik geri dönüştürme konusunda fosil bazlı ürünlerden farklı değildir. PLA gibi diğer biyo polimerler, özellikle de yeteri miktarda homojen atık malzeme yığını varsa, ayrı yerde toplama yahut ayırma işlemlerinden geçirilerek mekanik geri dönüşümle geri kazanılabilir. Halihazırda polilaktik asit polimerlerinden (PLA) hammadde geri kazanımı elde edilmektedir. PLA, hidrolize edilerek monomer laktik asit haline getirilebilir.
 

Sık Sorulan Sorular
Biyo plastik nedir?

Paydaşların çoğu, "biyoplastikler" teriminden iki farklı konsept anlamaktadır:
Kullanım ömrü sonuna göre biyo bozunur plastikler –nişasta, polihidroksialkanoatlar, polibütilen sükkinat ve
Yenilenebilir bir hammadde kaynağından yapılmış olmasına göre biyo bazlı plastikler –biyo bazlı polietilen, biyo bazlı poliamid, polilaktik asit. Biyo bazlı plastiklerin tamamının biyo bozunur olmadığını (biyo PE) ve biyo bozunur plastiklerin daima biyo bazlı olmadığını ancak bazen fosil kaynaklardan elde edildiğini (biyo bozunur polyesterler) anlamak çok önemlidir. Biyo bazlı ve biyo bozunur plastiklere ilişkin toplumu ve çevreyi ilgilendiren kaygılara işaret edilirken kafa karışıklığının önlenmesi amacıyla bu ayrımın yapılması gerekir.

    KAYNAKLAR

    Biyo bazlı plastikler üretilirken hangi tür hammadeler/biyo kütleler kullanılır?
    Biyo bazlı plastikler birçok yenilenebilir kaynaktan üretilebilir. Günümüzde kullanılan yenilenebilir kaynaklar büyük ölçüde tarımdan elde edilir. Halihazırda biyo bazlı plastiklerde kullanılan üretim teknolojilerinin büyük çoğu tahıl, mısır, patates, şeker pancarı/şeker kamışı veya bitkisel yağlar (örneğin soya fasulyesi yağı, hint yağı, palm yağı) gibi karbonhidrat açısından zengin bitkileri temel almaktadır. Karbonhidratlar aynı zamanda arundo ve cynara gibi gıda dışı ekinlerden ve saman ve sap gibi yan ürünlerin biyo kütlesinden elde edilebilir. Devam eden teknolojik gelişimler sayesinde lignoselülözik biyo kütle temelinde ikinci nesil hammadde kullanımı ekonomik olarak elverişli olacaktır.

    Biyo bazlı plastiklerin üretiminde dünya genelinde kullanılan biyo kütle miktarı nedir? Ve kullanılan tarıma elverişli arazi miktarı nedir?
    Yıllık küresel biyo bazlı plastik üretim kapasitesi 2011 yılında yaklaşık olarak 1 milyon ton olmuştur. Polimer ve kullanılan ekin türüne bağlı olarak, bir hektar için ortalama verim 2 ile 6 metrik ton biyo bazlı plastik arasında değişmektedir. Mevcut küresel biyo bazlı plastik üretim kapasitesi için yaklaşık 500,000 hektar arazi gerekmektedir [1], ve bu da dünya genelindeki tarıma elverişli toprakların yaklaşık %0.1'ine denktir [2].

    Biyo kütlenin sinai kullanımı gıda/yem üretiminin önüne mi geçiyor?
    Tarımın en büyük önceliği gıda ve yem olmalıdır. Biyo bazlı plastik üretiminde kullanılan yenilenebilir hammadde talebi biyo kütlenin gıda, biyo yakıt ve diğer sinai alanlarda kullanımına kıyasla çok küçüktür. Biyo bazlı polimer pazarının sonraki yıllar içerisinde hızla büyüyeceği öngörülmesine rağmen, bu büyümenin tarımsal pazar üzerindeki etkisi çok sınırlı olacaktır. Bununla beraber, yenilenebilir hammadde talebinin artması halinde biyo kütlenin gıda üretimi ile malzeme ve enerji amaçlı kullanımı arasında bir rekabet ortaya çıkması kaçınılmaz olacaktır. İyi tarım uygulamaları birçok şirketin kaynak kullanım stratejisinin bir parçasıdır (örneğin tedarikçinin talimatlarının uygulanması). Sürdürülebilirlik belgelendirme planları, biyo kütle kaynağının tüm dünyada sürdürülebilir kullanımına yardımcı olan bir araçtır. 1 ISCC (Uluslararası Sürdürülebilirlik Karbon Sertifikası) ve RSPO (Sürdürülebilir Palm Yağı Yuvarlak Masası) biyo kütle belgelendirme planlarına örnektir. Ayrıca lignoselülözik biyo kütleyi temel alan ikinci nesil yenilenebilir hammaddeler, günümüzde gıda üretiminde kullanılan tarım arazileri üzerindeki yükü de azaltacaktır. PAGEV, bunun devam eden bir öğrenme süreci olduğunu ve yenilenebilir hammaddelerin dünya genelinde sürdürülebilir şekilde üretimi ve tüketiminin sağlanması için değer zincirindeki tüm paydaşların diyalog ve bağlılığına ihtiyaç olduğunun farkındadır.

    Avrupa'da tarım sektörü biyo kütlenin biyo bazlı plastik üretiminde kullanılmasından nasıl etkilenir?
    İhtiyatlı bir senaryoda, Avrupa'nın mevcut üretim kapasitesini (2011) karşılamak için gerekli olan tarımsal yetiştirme alanının, EU-27 ülkelerindeki toplam mevcut tarım alanının yaklaşık %0.05'i olan 107,000 hektarlık bir alan olduğu hesaplanabilir (Avrupa'daki toplam tarım alanı 189 milyon hektardır). (2) Biyo bazlı plastik pazarındaki büyümenin mevcut teknolojiler ışığında sürekli olarak artacağını ve hatta politik olarak desteklenebileceğini varsayarak, 2016 yılına kadar Avrupa'da 283,000 tona varan bir üretim kapasitesi elde edilebilir (öngörülen küresel pazar kapasitesinin %4.9'u). Bu, Avrupa tarım alanlarının maksimum 141,500 hektarı, yahut kabaca yüzde 0,08'idir. (2) Gıda kalıntıları, gıda dışı ekinler veya selülözik biyo kütlenin payında yaşanacak artışın biyo plastikler için kullanılacak tarıma elverişli arazi miktarını ne ölçüde azaltacağı henüz belli değildir. Biyo bazlı plastik üretiminde genetiği değiştirilmiş bitkilerin kullanılmasına ihtiyaç var mıdır? GDO'lu ekinlerin kullanımı, günümüzde ticari olarak kullanılan biyo bazlı plastiklerin üretiminde teknik bir gereklilik değildir.

    İŞLEVSELLİK

    Biyo bazlı ve biyo bozunur plastiklerin sıradan plastiklerden farkı nedir?
    Biyo plastik terimi, kullanım ömrü sonunda kontrolsüz koşullar altında biyolojik olarak bozunan plastikler gibi yenilenebilir kaynaklardan (biyo bazlı plastikler) elde edilen plastikleri kapsar. Biyo bozunur plastikler nişasta gibi yenilenebilir kaynaklardan elde edilebiliyorken polikaprolakton gibi fosil hammaddelerden de üretilebilir. Öte yandan, biyo polietilen, biyo polivinilklorür ve biyo polietilen tereftalat gibi bazı biyo bazlı plastiklerin yapı ve malzeme özellikleri sıradan plastiklerle aynıdır. Bu durumda, sıradan muadiliyle tek farkı en azından hammaddesinin bir kısmının nereden elde edildiğidir. Sıradan plastik muadili olmayan biyo bazlı plastikler de vardır. Polilaktik asit, bazı poliamidler ve polihidroksialkanoatlar buna örnektir. Bu malzemeler, kullanıldıkları uygulamalara katma değer kazandıran yenilikçi özelliklere sahiptir.

    Biyo bazlı ve biyo bozunur plastiklerin genel kullanım alanlarına örnekler nelerdir?
    Biyo bazlı ve biyo bozunur plastikler bir dizi kullanım alanına bir katma değer sunmaktadır. Biyo bozunur plastikler, organik atık toplama ve değiştirme gibi tekli yahut kısa süreli uygulamalarda, tarım ve bahçıvanlık sektörlerinde (malçlama filmleri veya bitki kapları olarak) ve ambalaj uygulamalarında kullanılmaktadır. Biyo bazlı plastikler otomotiv, elektrik-elektronik, spor, dinlence ve mobilyacılık gibi uzun süreli uygulamalarda kullanılabilir. Sektörde yaşanan seri büyüme ve devamlı yenilikler sayesinde, önümüzdeki yıllarda bu kullanım alanlarının artış göstermesi bekleniyor.

    SÜRDÜRÜLEBİLİRLİK / KAYNAK VERİMLİLİĞİ

    Biyo bazlı ve biyo bozunur plastikler kaynak verimliliğine ve iklimin korunmasına nasıl katkıda bulunuyor?
    Biyo bazlı ürünlerin üretiminde yenilenebilir kaynakların kullanımı genelde plastik sektörünün fosil kaynaklara bağımlılığını azaltma aracı olarak görülür. Hatta bazı durumlarda, sera gazı emisyonlarını (özellikle CO2) azaltarak iklimin korunmasına dahi katkı sağlayabilir. Ancak, diğer malzeme veya ürünlerin çevreye yararlarının bir yaşam döngüsü yaklaşımı benimsenerek gösterilmesi gerekir. Biyo bazlı plastikler, tıpkı sıradan plastikler gibi enerji tüketimini azaltmak için kullanılabilir. Örneğin yüksek performanslı biyo bazlı plastikler ulaşım uygulamalarındaki bazı metal parçaların yerini alarak ağırlık ve enerji tüketimini azaltabilir. Tarımsal üretim ve ormancılıktan elde edilen biyo kütle atığından biyo bazlı plastik üretiminde faydalanmak kaynak verimliliği (endüstriyel kullanımda hammadde olarak atık) ve iklimin korunması adına büyük bir katkı sağlayabilir. Bu sayede araştırma çabaları ve teknik gelişime ışık tutar. Kompostlanabilir plastik atık torbaları, organik atığın temiz şekilde toplanması ve organik atığın gömme işlemi yerine yüksek kaliteli kompost üretimine gönderilmesine yardımcı olur. Kompostlama toprak erozyonunun ciddi bir sorun haline geldiği durumlarda çok önemlidir. Avrupa Birliği, gelecekte üye ülkelerinin organik atıkları ayrı şekilde toplamasını ve bertaraf etmesini isteyecektir. Bugün Avrupa'da, kompostlanabilir atığın yalnızca %30'u diğer atıklardan ayrılmaktadır. [3] Birçok ülke bunu hala kompostlanamayan atıklarla aynı yere gömmektedir. Avrupa ülkelerinin tamamı organik atığını ayrı şekilde toplayarak kompostlasaydı, atık bertarafından kaynaklanan sera gazı emisyonları %30 azaltılabilirdi. [4]

    Sıradan plastiklerin tamamını biyo bazlı ve biyo bozunur plastiklerle değiştirmek uygulanabilir ve mantıklı bir şey midir?
    Hayır, ne uygulanabilirliği vardır ne de mantıklıdır. Şimdilerde biyo bazlı ve biyo bozunur plastik pazarı üretilen plastiklerin %1'inden bile azını temsil ediyor. Üretim kapasitesinin her yıl yaklaşık %20 artması bekleniyor, yine de biyo bazlı ve biyo bozunur plastikler önümüzdeki yıllarda kendine yer edinmeye çalışacaktır. Ayrıca plastikler çoğu uygulamada kaynağı verimli kullanan malzemelerdir, kaynakların boşa harcanmasını önlemeye yardımcı olur ve kullanım ömrü boyunca yaşam kalitemizi birçok açıdan iyileştirir. Genel itibariyle plastik sektörü, nereden elde edildiğinden bağımsız olarak bütün kaynak türlerinin daha verimli şekilde kullanılmasına katkı sağlamaya devam etmelidir.

    Biyo bazlı ve biyo bozunur plastikler sıradan plastiklerden daha sürdürülebilir midir?
    PAGEV, tüm ürünlerin çevreye etkilerinin kapsamlı Yaşam Döngüsü Değerlendirmeleri ile beraber maliyet değerlendirmeleri de kullanılarak ölçülmesini önermektedir. Sıradan plastiklerin biyo bazlı ve biyo bozunur plastiklere kıyasla çevreye daha az etkili olması, doğru bir varsayım değildir.

    TEKNOLOJİ VE PAZAR

    Biyo bazlı ve biyo bozunur plastik üretim kapasitesi (küresel ve bölgesel olarak) nedir?
    EuropeanBioplastics(2) tarafından yayınlanan bir pazar araştırmasında, 2011 yılı küresel biyo bazlı ve biyo bozunur plastik üretim kapasitesi 1,161,000 ton olarak hesaplanmıştır. Bu hesaplamaya göre biyo bozunur plastik (biyo bazlı olmayanlar dahil) kapasitesi 486,000 ton ve biyo bazlı (biyo bozunur olmayan) plastik kapasitesi 675,000 tondur. 2011 yılında üretim kapasitesi Güney Amerika ve Asya arasında, hatta bir ölçüde Avrupa ve Kuzey Amerika arasında eşit olarak dağılmaktaydı. Ancak 2016 yılı tahminleri Asya'nın üretim kapasitesinin önemli derecede artacağını (üretim kapasitesindeki payı 2011 yılında %34.6'dan 2016 yılında %46.3'e yükselmesi bekleniyor) ve Avrupa'nın üretim kapasitesindeki payının kademeli olarak düşeceğini (%18.5'ten %4.9'a) öngörmektedir.

    Biyo bazlı ve biyo bozunur plastik pazarının önümüzdeki yıllarda beklenen büyüme hızı nedir?
    Üretim kapasitesinin 2016 yılına kadar yılda yaklaşık %20 oranında büyüyeceği, büyümeye en çok katkı sağlayan kalemin biyo bazlı (biyo bozunmayan) plastikler olacağı tahmin ediliyor.

    Biyo bazlı ve biyo bozunur plastikler sıradan plastiklerde kullanılan işleme teknolojileriyle işlenebilir mi?
    Biyo PE, biyo PET, biyo PA ve biyo PVC gibi çoğu biyo bazlı plastik, fosil bazlı muadil malzemelerle aynı kimyasal ve mekanik özellikleri taşımaktadır. Sonuç olarak sıradan muadilleriyle aynı şekilde işlenebilirler. Diğer biyo bazlı ve biyo bozunur plastikler ikame çözümler de sunar ve fosil bazlı muadilleri olmamasına rağmen eldeki ekipmanlarla işlenebilir. Diğer yeni malzemelerde de verilemeyeceği gibi genel geçer cevaplar vermek imkansızdır. Duruma göre karar verilmelidir.

    KULLANIM ÖMRÜNÜN SONU
    Biyo bazlı ve biyo bozunur plastikler geri dönüştürülebilir ve mevcut geri dönüşüm planları dahilinde bertaraf edilebilir mi? Plastik geri dönüşümü konusunda sarf öncesi (üretim sonrası) malzeme ve sarf sonrası malzemenin ayırdına varmak gerekir. Prensipte mekanik geri dönüşüm teknolojisi biyo bazlı sıradan plastiklere ve çoğu biyo bozunur plastik sınıfına uygulanabilir. Sıradan plastikler ile biyo bazlı ve biyo bozunur plastiklerden oluşan tek tip malzeme yığınları çoğu durumda geri dönüştürülmektedir. Sıradan polimerlerin biyo bazlı muadilleriyle (biyo PE, biyo PET, biyo PVC gibi) üretilen ürünler, mekanik geri dönüştürme konusunda fosil bazlı ürünlerden farklı değildir. PLA gibi diğer polimerler, özellikle de yeteri miktarda atık malzeme yığını varsa, ayrı yerde toplama yahut ayırma işlemlerinden geçirilerek sıradan alışılagelmiş geri dönüştürme birimlerinde mekanik geri dönüşümle geri kazanılabilir. Organik geri dönüşümle geri kazanılacak şekilde tasarlanan onaylı kompostlanabilir ürünlerin kompostlama tesislerinde yahut anaerob çürütücülerde işlenmesi beklenmektedir. Bu nedenle mekanik geri dönüşüm genelde bu malzemeler için ideal geri kazanım seçeneği değildir.[5] Hammadde geri dönüşümü, polimer zincirlerinin yapı elemanlarına dönüştürüldüğü bir diğer yaygın geri kazanım şeklidir. Bu yöntem, halihazırda polilaktik asit (PLA) geri kazanımında uygulanmaktadır. PLA, hidrolize edilerek monomer laktik asit haline getirilebilir ve yeni PLA üretilirken tekrar kullanılabilir.

    Biyo bazlı plastiklerin hepsi biyo bozunur mudur?
    Bazı biyo plastikler biyo bozunurdur, ancak `dayanıklı´ olarak adlandırılanlar istisnadır. Polietilen gibi fosil kaynakları temel alan sıradan bir plastik biyo bozunur değildir. Sıradan plastiklerin biyo PE, biyo PET, biyo PA, biyo PVC ve diğer biyo bazlı polimerler gibi biyo bazlı muadilleri, tıpkı sıradan plastikler gibi biyo bozunur değildir. Biyo bozunurluk, malzemenin moleküler yapısıyla ilgili bir iç özelliği olup malzemenin kaynağından bağımsızdır. Yapısı değiştirilmiş bazı sıradan plastikler `bozunur´ olarak isimlendirilmiştir. Örneğin, plastiğin mor ötesi ışık ve oksijenin etkisiyle bozunmasını sağlayan bir katkı maddesi içerebilirler. Bunlara `ışıkta bozunur plastikler´ denir. Diğer malzemelerde belli sıcaklık ve nem koşullarında bozunma işlemini başlatan bir katkı maddesi bulunabilir. Bunlara `oksi bozunur plastikler´ denilir, ancak bozunma işlemi mikrobiyal bir eylemle başlatılmaz. Bu bozunma işlemi EN 13432 standardına uygun değildir.

    DİPNOTLAR:

    [1] Bir hektarlık alan için 2 metrik ton biyo polimer durumunda.
    [2] Kaynak: a) European Bioplastics, 2012. b) „Globale landflächen und biomasse nachhaltig
    und ressourcenschonend nutzten", Umweltbundesamt, 2012, sayfa 8.
    [3] ORBIT e.V. / European Compost Network ECN ""Compost production and use in the EU",
    2008.
    [4] a) BASF Ecoefficiency analysis, 2011.
    b) "Waste opportunities Past and future climate benefits from better municipal waste
    management in Europe” EEA Rapor No: 3/2011
    [5] EuropeanBioplastics, Fact Sheets „Mechanical Recycling", 2010

    VOC TEST MERKEZİ
    Ambalaj Atıkları
    Plast Eurasia 23-26 Kasım 2022
    Partnerlerimiz
    2
    1
    3
    5