Araştırmacılar, spirulina bazlı plastikler geliştiriyor
Washington Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından yönetilen bir ekip, spirulina olarak da bilinen toz haline getirilmiş mavi-yeşil siyanobakteri hücrelerinden yapılan yeni biyoplastikler geliştirdi.
Plastikleri hayatımızın neredeyse her alanında kullanıyoruz. Sorun, plastik bir şeyi kullanmayı bitirdiğimizde ortaya çıkıyor - çevrede yıllarca kalabiliyor. Zamanla plastik, önemli çevre-sağlık sorunları oluşturabilecek mikroplastik adı verilen daha küçük parçalara ayrılıyor. En iyi çözüm, bunun yerine biyolojik olarak bozunan biyo-bazlı plastiklerin kullanılmasıdır. Ancak bu biyoplastiklerin çoğu arka bahçe kompostlama koşullarında bozunacak şekilde tasarlanmamıştır ve ticari kompostlama tesislerinde işlenmeleri gerekir. Washington Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından yönetilen bir ekip, bir kompost kutusundaki muz kabuğuyla aynı zaman ölçeğinde bozunan yeni biyoplastikler geliştirdi. Bu biyoplastikler spirulina olarak bilinen tamamen toz haline getirilmiş mavi-yeşil siyanobakteri hücrelerinden üretildi. Ekip, spirulina tonu çeşitli şekillerde oluşturmak için geleneksel plastiklerin yapımında kullanılan işleme tekniğinin aynısı olan ısı ve basınç kullandı. UW ekibinin biyoplastikleri, tek kullanımlık, petrol türevi plastiklerle karşılaştırılabilir mekanik özelliklere sahip. Ekip bu bulguları 20 Haziran'da Advanced Functional Materials'da yayınladı.
UW Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Yardımcı Profesörü olan kıdemli yazar Eleftheria Roumeli, "Arka bahçelerimizde hem biyolojik olarak türetilen hem de biyolojik olarak parçalanabilen, aynı zamanda işlenebilir, ölçeklenebilir ve geri dönüştürülebilir biyoplastikler yaratmak için motive olduk. Sadece spirulina kullanarak geliştirdiğimiz biyoplastikler yalnızca organik atıklara benzer bir bozunma profiline sahip olmakla kalmıyor, aynı zamanda daha önce bildirilen spirulina biyoplastiklerinden ortalama 10 kat daha güçlü ve sert. Bu özellikler, spirulina bazlı plastiklerin tek kullanımlık gıda ambalajları, şişeler veya ev plastikleri de dahil olmak üzere çeşitli endüstrilerde pratik olarak uygulanmasına yönelik yeni olanaklar sunuyor” diyor.
Araştırmacılar biyoplastiklerini yapmak için birkaç nedenden dolayı spirulina kullanmayı tercih ettiler. Her şeyden önce, büyük ölçeklerde yetiştirilebilir çünkü insanlar zaten onu çeşitli gıdalar ve kozmetikler için kullanıyor. Ayrıca, spirulina hücreleri büyüdükçe karbondioksiti ayırarak bu biyokütleyi plastikler için karbon-nötr veya potansiyel olarak karbon-negatif bir ham madde haline getiriyor.
UW Malzeme Bilimi ve Mühendisliği doktora öğrencisi olan başyazar Hareesh Iyer, "Spirulina aynı zamanda ateşe karşı dayanıklı benzersiz özelliklere sahiptir. Ateşe maruz kaldığında, yanan ya da eriyen birçok geleneksel plastiğin aksine, anında kendi kendine sönüyor. Bu ateşe dayanıklı özellik, spirulina bazlı plastikleri, tutuşabilirlikleri nedeniyle geleneksel plastiklerin uygun olmayabileceği uygulamalar için avantajlı hale getiriyor. Veri merkezlerindeki plastik raflar buna bir örnek olabilir çünkü sunucuları serin tutmak için kullanılan sistemler çok ısınabilir" diyor.
Plastik ürünler oluşturmak genellikle plastiği istenen şekle sokmak için ısı ve basınç kullanan bir süreci içerir. UW ekibi de biyoplastiklerinde benzer bir yaklaşım benimsedi.
Roumeli, "Bu, malzemelerimizi endüstriyel ölçeklerde kullanmak istediğimizde üretim hatlarını sıfırdan yeniden tasarlamak zorunda kalmayacağımız anlamına geliyor. Laboratuvar ile endüstriyel talebi karşılamak için ölçek büyütme arasındaki ortak engellerden birini ortadan kaldırdık. Örneğin, birçok biyoplastik, deniz yosunu gibi biyokütleden elde edilen ve film haline getirilmeden önce performans değiştiricilerle karıştırılan moleküllerden yapılır. Bu süreç, malzemelerin dökümden önce bir çözelti formunda olmasını gerektiriyor ve bu ölçeklenebilir değildir."
Diğer araştırmacılar biyoplastik oluşturmak için spirulina kullandılar, ancak UW araştırmacılarının biyoplastikleri önceki girişimlerden çok daha güçlü ve sert. UW ekibi, ekstrüder veya sıcak pres içindeki sıcaklık, basınç ve süre gibi işleme koşullarını değiştirerek ve ortaya çıkan malzemelerin mukavemet, sertlik ve tokluk gibi yapısal özelliklerini inceleyerek bu biyoplastikler içindeki mikro yapıyı ve bağlanmayı optimize etti.
Iyer, “Bu biyoplastikler endüstriyel kullanım için ölçeklendirilmeye tam olarak hazır değildir. Örneğin, bu malzemeler güçlü olsalar da hala oldukça kırılgandırlar. Bir başka zorluk da suya karşı duyarlı olmalarıdır. Bu malzemelerin üzerine yağmur yağmasını istemezsiniz" diyor. Ekip bu sorunları ele alıyor ve bu malzemelerin nasıl davranacağını belirleyen temel ilkeleri incelemeye devam ediyor. Araştırmacılar, çeşitli biyoplastikler yaratarak farklı durumlar için tasarım yapmayı umuyorlar.
Yeni geliştirilen malzemeler aynı zamanda geri dönüştürülebilir
Roumeli, "Biyobozunma bizim tercih ettiğimiz yaşam sonu senaryosu değil. Spirulina biyoplastiklerimiz, çok erişilebilir olan mekanik geri dönüşüm yoluyla geri dönüştürülebilir. Ancak insanlar genellikle plastikleri geri dönüştürmüyor, bu nedenle biyoplastiklerimizin çevrede hızla bozunması ek bir avantaj."
Bu makalenin ortak yazarları
UW malzeme bilimi ve mühendisliği doktora öğrencileri Ian Campbell ve Mallory Parker; UW malzeme bilimi ve mühendisliği doktora sonrası araştırmacı Paul Grandgeorge; bu çalışmayı UW malzeme bilimi ve mühendisliği doktora sonrası araştırmacısı olarak tamamlayan ve şu anda Intel'de çalışan Andrew Jimenez; Malzeme bilimi ve mühendisliği alanında okuyan UW yüksek lisans öğrencisi Michael Holden; kimya mühendisliği alanında okuyan UW lisans öğrencisi Mathangi Venkatesh; biyoloji alanında okuyan UW lisans öğrencisi olarak bu çalışmayı tamamlayan Marissa Nelsen; ve Microsoft'ta baş araştırmacı olarak çalışan Bichlien Nguyen. Bu araştırma Microsoft, Meta ve Ulusal Bilim Vakfı (National Science Foundation) tarafından finanse edildi.
Kaynak: Washington Üniversitesi (University of Washington)
