Polimerler teknolojisinde sürdürülebilir kaynak kullanımı ve atık yönetimi
Özet
Polimerik malzemelerin yaşam döngüsü 7 farklı aşamadan oluşmaktadır. Bu aşamalar: polimer üretimi, polimer kullanımı, tüketim sonrası atık üretimi, atık yeniden kullanımı, atık geri kazanımı, atık geri dönüşümü ve atık depolanmasıdır. Günlük hayatımızda birçok alanda kullanılan polimerik malzemeler, kaynakların tükenmesi, yenilenememesi, katı atık üretilmesi de dâhil olmak üzere yaşam döngüsü boyunca çevre üzerinde olumsuz etkiler yaratma potansiyeline sahiptir. Bu nedenle, sürdürülebilir yolların ve yöntemlerin tanımlanabilmesi önemlidir. Bu çalışmada polimerlerin kullanılması, bu tüketimin kontrol edilmesi ve yönetilmesinin daha sürdürülebilir yollarının tanımlanması ele alınmaktadır.
1.Giriş
Sürdürülebilir gelişme kavramı ile birlikte fosil yakıt problemi gündeme gelmiştir. Fosil yakıt rezervlerinin zaman içerisinde tükeneceği oldukça açıktır. Bununla birlikte, kaynakların kısıtlı olması ele alınması gereken tek sorun değildir, çünkü fosil esaslı yakıtların yakılması milyonlarca ton CO2'nin salınımına sebep olmakta, iklim değişikliğini tetiklemekte ve küresel ısınmanın kontrolünü zorlaştırmaktadır. Bu nedenle, bu tür yakıtların kullanımı dikkatli bir şekilde ele alınmalı ve genel tüketim modelleri daha sürdürülebilir bir modele dönüştürülmelidir. Çoğu sentetik polimer fosil yakıtlardan üretilmekte (Şekil 1) ve bu durum polimerleri çevresel baskı altına sokmaktadır. Polimerler, malzeme ve enerji kaynaklarını kullanmaktadır. Bunlar genellikle depolama alanlarında bertaraf edildiğinde göz önünden kaybolmakta ve kayıp bir kaynak haline gelmektedir. Bununla birlikte, malzeme ve enerji kaynaklarının tüketimi, polimerik malzemeler ve ürünleri çevreleyen tek sorun değildir. Polimerler yaygın kullanımları ve bazı durumlarda tek kullanımlık olmaları nedeniyle giderek artan miktarda katı atığa neden olmaktadır. Polimerik malzemeler; plastik ürünler (termoplastik ve termoset), elyaflar, elastomerler, kaplamalar, yapışkanlar ve kompozit-hibrit malzemeleri içermektedir [1].
Kullanılan polimerik malzemelerin az miktarı geri dönüştürülmektedir. Geri dönüştürülmeyen kısmı ise depolama alanlarına gömülmektedir. Böylece sadece değerli kaynaklar harcanmamakta, aynı zamanda çevre üzerinde olumsuz etkiler ortaya çıkmaktadır. Ayrıca plastik atıkların depolama alanında kontrolsüz bir şekilde yakılması toksik maddeler üretebilmekte ve hava kirliliğine neden olabilmektedir. Tüm polimer atıkları depolama alanına ulaşamamaktadır; atıkların büyük kısmı şehirler ve kasabaların sokaklarında, akarsularda, denizlerde hem de kırsal kesimde terk edilmiş ve dağılmış olarak kalmaya devam etmekte ve canlı hayatını hem sağlık hem de estetik yönden olumsuz etkilemektedir. "Yap-kullan-at" uygulamasına devam etmenin sürdürülemez olduğu açıktır çünkü bu uygulama atık üretimine, kaynak kaybına (maddi ve ekonomik), çevresel hasara ve ayrıca artan toplumsal endişelere yol açmaktadır. Bu nedenle, polimerik malzemeler ve ürünler için daha sürdürülebilir uygulamaların tanımlaması gerekmektedir [1].
2. Entegre atık yönetimi
Sürdürülebilir kaynak kullanımı ve atık yönetimi tek bir yolla elde edilemez. Bu, artan tüketim, insanları yaşam tarzlarını değiştirmeye ikna etmenin zor olduğu gerçeği ile birleşince, entegre bir kaynak ve atık yönetim stratejisi zorunlu hale gelmektedir. Şekil 2'de gösterilen atık yönetimi hiyerarşisi; azaltma, yeniden kullanım, geri dönüşüm, yakma ve depolama seçeneklerini izlemeyi içermektedir [1].
Bu hiyerarşide en çok arzu edilen seçenek, kaynak kullanımının azaltılmasıdır ve bu da atık üretiminde azalmaya neden olmaktadır. Sonraki iki seçenek, malzemelerin yeniden kullanılması ve geri dönüştürülmesi yoluyla atıkları tekrar kaynaklara dönüştürerek doğal kaynakların korunmasına ve diğer çevresel hasarların azaltılmasına yöneliktir. Dolayısıyla, “daha az ve daha az” yaklaşımını benimsemek, ürün ve hizmetlerin sağladığı faydaları en üst düzeye çıkararak, minimum miktarda kaynak kullanılmasını ve çevreye en düşük miktarda atığın çıkmasını ve salınımını sağlamaktadır. Atık üretimi, esasında kaynakların verimsiz yönetiminin ve verimin düşük olduğunun bir göstergesi olarak değerlendirilmektedir. Bu, atık diye bir şey bulunmayan doğa kanunlarıyla çok uyumludur. Tüm biyolojik sistemler birbirine bağlıdır ve bir sistem için atık olan şey diğeri için değerli bir kaynaktır. Bu kavram materyallerin endüstriyel ekolojisi olarak da bilinmektedir. Hiyerarşideki son iki seçenek yakma (enerji geri kazanımı olmadan) ve depolama yöntemidir. İki seçenekte değerli kaynakları boşa harcadığı ve yakma sırasında da hava kirliliğine neden olduğu için sürdürülebilir seçenekler olarak değerlendirilmemektedir. Bununla birlikte, ilk üç seçenek tam olarak uygulandığında bile, bazı atıkların kaçınılmaz olduğu ve yakma veya depolama ile yok edilmesi gerektiği unutulmamalıdır [1].
3. Azaltma
Gelecekteki amaç, imalat ve kullanım safhalarında malzeme ve enerjinin kullanımının ve aynı zamanda doğaya bırakılan atıkların ve gaz salınımlarının en aza indirilmesi için, minimum hammadde gerektiren ürünleri tasarlamak olmalıdır. Kaynak kullanımının azaltılmasını kolaylaştırmak için çeşitli yaklaşımlar geliştirilmiştir ve bunlar toplu olarak “Çevre İçin Tasarım (DFE)” olarak bilinmektedirler. Ürün tasarımı için bir araç olarak, yaşam döngüsü düşüncesi uygulanmakta ve Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi (LCA) kullanılmaktadır, bu sadece kaynakların kullanımını en aza indirmekle kalmamakta aynı zamanda parçalanmasını, yeniden kullanılmasını ve geri dönüştürülmesini kolaylaştırmaktadır. LCA; hammaddelerin ekstraksiyonundan, üretim ve kullanımından, yeniden kullanım ve geri dönüşüm seçeneklerinden, nihai bertarafına kadar, yani "beşikten mezara" bir ürünü veya bir prosesi takip etmektedir. Bir etkinliğin çevre üzerindeki etkisinin tam bir tasvirini verebilmek için bu aşamaların her biriyle ilişkili çevresel etkiler nicelleştirilmelidir. Tasarım için böylesine bütüncül bir yaklaşımın benimsenmesi, çevresel etkilerin tedarik zincirinde sadece yukarıya veya aşağıya kaymasını değil, bir faaliyetin çevre üzerindeki toplam sonuçlarının doğru bir resminin ortaya koyulmasını sağlamaktadır. Bu yaklaşım ayrıca, "sıcak noktalar"ı veya hitap edilmeye ihtiyaç duyulan başlıca endişeleri belirleyerek yenilik ve teknolojik gelişmelere olanak tanımaktadır. Daha sürdürülebilir bir tüketim ile desteklenilmediği sürece, daha iyi tasarım yoluyla kaynak kullanımının azaltılması tek başına yeterli olmamaktadır. Ekonominin birçok bölümünde hammadde miktarında önemli azalmalar görüldüğü halde, bunun sağlamış olduğu fayda pek belirginleşmemiştir. Bunun temel nedeni, nüfus ve buna bağlı olarak tüketimin sürekli bir şekilde artmasıdır [1].
4. Yeniden kullanım
Polimerlerin yaygın olarak kullanılmasının sebepleri arasında çok yönlülüğü, hafifliği ve özellikle mukavemet ve dayanıklılıkları yer almaktadır. Aynı özelliklerden daha ileri uygulamalarda tekrar kullanılabilmesi için faydalanılabilmekte ve bazı üreticiler kullandıkları ürünleri yeni ürünlerde yeniden kullanmak için plastik parçaları geri almaktadır. Yeniden üretim süreci, özellikle otomobil üreticileri ve elektrikli ve elektronik cihazlar arasında daha geniş bir kabul görürken, normal bir uygulama haline gelmesi için en az üç engel bulunmaktadır. Öncelikle, imalatçının ürünleri müşterilerden alması gerekmektedir. Çoğu ürün, bireysel olarak satıldığından pazarda oldukça dağınık hale gelmekte ve orijinal üreticilerin takip etmesi ve müşterilerden geri istemeleri imkânsız hale gelmektedir. Çoğu durumda, müşteri bozulan veya kullanmak istemediği ürünün sahibi olmak istememekte; ancak sunulan servisi istemektedir. Bu nedenle satıcı firmanın ürünü geri alması sorununun üstesinden gelmenin bir yoludur ve satıcı firma sözleşmelerde satıştan kiralamaya geçiş yapmaktadır. Bu şekilde, üretici bir hizmet satmakta ve ürünün sahipliğini elinde tutmaktadır. Bu, ürünün ömrünün sonunda geri kazanmak için basit bir çalışma olmaktadır [1, 3].
İkincisi, ürün ömrünün sonunda geri kazanılan parçalarının tekrar kullanılması, bir ürünün tasarımına bağlıdır, yani bileşen kısımlarının sökülmesi ne kadar kolay olursa o kadar kolay bir şekilde geri kullan döngüsüne dâhil edilebilmektedir. Kompleks ürünlerin sökülmesi özellikle zordur ve parçalar işlem sırasında zarar görerek kullanım dışı hale getirilebilmektedir. Cep telefonları ve TV donanımı da dâhil olmak üzere birçok elektronik ürün bu şekilde tasarlanmıştır. Burada, üretim için DFE yaklaşımı parçalama/sökme ve yeniden kullanımı kolaylaştıracaktır. Yeniden kullanımın üçüncü engeli müşteri algısıdır: Yeniden üretilen ürünlerin performansının yeni ürünlerin performansından daha düşük olduğuna inandıkları için çoğu insan yeni olmayan ürünleri kabul etmek konusunda isteksizdir. Öte yandan, tüketiciler kendi polimer ürünlerini evlerinde tekrar kullanmaya teşvik edilmektedir. Örneğin, birçok kişi plastik alışveriş çantalarını, kutularını ve su şişelerini düzenli olarak yeniden kullanmakta; böylece bu ürünler, başlangıçta üreticiler tarafından tasarlanan kullanım safhasında daha uzun süre kalmaktadır. Bununla birlikte, tekrar kullanım döngülerinin sayısı sınırlıdır ve sonuç olarak, polimerik ürünler artık kullanılamaz hale gelmektedir. Bu durum, kaynak ve atık yönetimi hiyerarşisinde, üçüncü seçeneği yani geri dönüşümü getirmektedir [1].
5. Geri dönüşüm
İlk yaşam döngülerinin sonunda veya belki birkaç kez yeniden kullanıldıktan sonra, polimerler, yeni polimerik malzemeler veya ürünler üretmek üzere geri dönüştürülebilirler. Geri dönüşüm temelde üç şekilde ele alınmaktadır:
• mekanik geri dönüşüm,
• kimyasal geri dönüşüm,
• enerji geri kazanımı.
Mekanik ve kimyasal geri dönüşüm seçenekleri toplu olarak “malzeme geri dönüşümü” olarak adlandırılmaktadır çünkü polimerler bu iki süreç sonunda da üretimde kullanılabilecek forma sahip olmaktadır. Enerji geri dönüşümünde ise, polimerler yakıt olarak kullanılmaktadır [1].
• Mekanik geri dönüşüm, temiz ve homojen bir atık akışı gerektirmektedir [1].
• Kimyasal geri dönüşüm, karışık plastik atıklar için uygun olabilmektedir [1].
• Atık plastikleri yakma işlemi, ısı veya güç üretmek için kullanıldıklarında yüksek kalorifi içeriğini geri kazanmaktadır [1].
5.1 Mekanik geri dönüşüm
Mekanik geri dönüşüm, atık plastiklerin yeni ürünlere dönüştürülmesi için kırma, yıkama, kurutma ve ekstrüzyon gibi fiziksel ve mekanik yöntemleri kullanmaktadır. Aynı türden ham polimerlere dâhil edilmeden veya kendi başına kullanılmadan önce, plastiklerin türe göre ayrılarak temiz ve homojen atıklar haline gerektirilmesi gerekmektedir. Bu nedenle, bilinen özelliklere sahip homojen atık akımlarının bulunması, başarılı bir geri dönüşüm için önemli bir kriterdir [1].
5.2 Kimyasal geri dönüşüm
Bu özellikle karışım halde bulunan plastik hammadde atıklarına uygun olan bir başka malzeme geri dönüşüm yöntemidir. Polimerleri kimyasal bileşenlerine indirgemek ve bunları yararlı ürünlere dönüştürmek için kimyasal işlemler kullanılmaktadır. Mekanik geri dönüşümde olduğu gibi geri dönüşüm sürecinin spesifikasyonlarını karşılamak için plastik atıkların bazı ön işleme tabi tutulması gerekmektedir [1].
5.3 Enerji geri kazanımı
Malzeme geri dönüşümünün mümkün olmadığı durumlarda, mekanik geri dönüşüm için atık sudan belirli ürünler uzaklaştırıldıktan sonra, plastik atıklar, enerji olarak geri kazanılabilmektedir. Enerji geri kazanımını doğrudan yakma ile (ısı ve elektrik üretmek için atık yakma tesislerinde) elde edilebilmekte veya atık polimerler diğer yakıtların yerine elektrik üretimi için doğrudan üretim proseslerinde (çimento fırınlarında) kullanılabilmektedir [1]. Bu aşamada özellikle kimyasal malzeme ambalajları gibi, doğaya atılması durumunda zararı fazla olacak ürünler kullanılmaktadır.
Günümüzde, tüketim sonrası atıkların büyük bir kısmı enerji olarak geri dönüştürülmekte, ardından mekanik geri dönüşüm ve daha düşük oranlarda kimyasal geri dönüşüm uygulanmaktadır. En uygun geri dönüşüm seçeneğini seçmek kolay bir iş değildir, çünkü her bir durum farklıdır ve birçok farklı faktör dikkate alınmalıdır. Bunlar; her atık yönetimi seçeneği, konum, ulaşım, altyapı, teknolojik gelişmeler, ekonomik geçerlilik ve son pazarlar için malzemenin sürdürülebilirliğini içermektedir. Ayrıca, geri dönüşüm genel operasyonlarında kullanılan kaynaklar geri dönüşümün çevresel faydalarını aşmamalıdır [1].
6. Yakma (Enerji geri kazanımı olmadan)
Atık plastiklerin yapılarında bulunan enerjiyi geri kazanan ve dolayısıyla bir geri dönüşüm seçeneği olduğu düşünülen enerji geri kazanımının aksine, enerji geri kazanımı olmaksızın yakma yalnızca katı atık miktarını azaltmakta ve bu nedenle atık imha seçeneği olarak kabul edilmektedir. Değerli kaynaklar boşa harcandığı için yakma yoluyla bertaraf sürdürülemez kabul edilmektedir. Ayrıca, yanmadan kaynaklı zehirli emisyon potansiyeli nedeniyle (dioksinler ve ağır metaller gibi) bir takım sağlık ve çevre kaygılarını da beraberinde getirmektedir [1]. Tıbbi atıklar bu kategoriye alınmaktadır.
7. Depolama
Yakma gibi depolamada değerli kaynakların kaybı ve çevre üzerindeki etkileri nedeniyle sosyal olarak kabul edilemez. Bu endişelere ek olarak, mevcut tesisler kapasite sınırlarına ulaştığında yeni depolama alanları için yer bulma konusunda çeşitli sorunlar yaşamaktadır [1].
Sonuç
Polimer bilimi ve teknolojisinde sürdürülebilirliğin sağlanabilmesi için bazı kilit yollar bulunmaktadır. Bu yollar:
• Kaynak kullanımını en aza indirebilmek için polimerlerin üretiminin ve kullanımının optimize edilmesi,
• Kullanılmış polimerik malzemelerin, yeni ürünlerin imalatında tekrar kullanılabilmesi ve geri dönüştürülebilmesi için yeni ve verimli yöntemlerin geliştirilmesi,
• Yeniden kullanım ve geri dönüşüm seçenekleri tükendiğinde polimerik malzemelerin enerji kaynağı olarak kullanılması,
• Atıkların boşaltılmasında çöpler ve evsel atıklar için kullanılan depolama alanlarının kullanılmaması,
• Sürdürülebilir kaynak kullanımı ve atık yönetiminin sağlanmasıdır [1].
Sürdürülebilir kaynak kullanımı ve atık yönetimi tek bir yolla elde edilemez. Artan tüketim, insanları yaşam tarzlarını değiştirmeye ikna etmenin zor olduğu gerçeği ile birleşince, entegre bir kaynak ve atık yönetim stratejisi zorunlu hale gelmektedir. Atık yönetimi; azaltma, yeniden kullanım, geri dönüşüm ve yakma işlemlerini içermektedir. Bazı atıkların yaşam döngülerinin sonunda depolama alanlarına atılmaları kaçınılmaz olmaktadır. Enerji geri kazanımı olmaksızın yakma ve depolama alanlarında imha etme doğal kaynakları ve araziyi boşa harcamaktadır [1]. Bu yüzden sürdürülemez olarak nitelendirilmektedir.
Kaynaklar
1. Azapagic, A., A. Emsley, and I. Hamerton, Polymers: the environment and sustainable development. 2003: John Wiley & Sons.
2. w1. Available from: http://ecotakeouts.com/reusable-to-go-blog/?p=60.
3. Kirkwood, R. and A. Longley, Clean technology and the environment. 1994: Springer Science & Business Media.
4. 28, W.; Available from: http://www.spra.org.uk/news/201006/spra-seminar-plastics-recycling.
Dilayda KANMAZ, Ozan TOPRAKÇI, Hatice Aylin KARAHAN TOPRAKÇI
Yalova Üniversitesi Polimer Mühendisliği Bölümü
