Doğal olarak iyi mi? Endüstri için yeni biyo-tabanlı hammaddeler arayışı
Karahindibadan yapılmış ara lastiği mi? İlk testler, Rus karahindibasının köklerinin doğal kauçuk için bir hammadde kaynağı olarak kullanılabileceğini gösterdi. Bu sonuçlar, diğer proje ortaklarının yanı sıra lastik üreticisi Continental ve Münster, Almanya'da bulunan Fraunhofer Moleküler Biyoloji ve Uygulamalı Ekoloji Enstitüsü tarafından yürütülen ortak bir projenin bulgularıdır. İlk karahindiba lastiklerin caddelere çıkması en az beş yıl sürecek.
Biyoekonomi, dünya genelinde ilgi görüyor. Ancak hala çok sayıda araştırma ve geliştirme çalışmasının yapılması gerekiyor. Yenilenebilir kaynaklar ne zaman gerçek anlamda iyi olacak?
Frakta, taşımak anlamına geliyor ve bu ismi taşıyan alışveriş çantasının tasarlanma amacı bu. İsveçli mobilya satıcısı IKEA'nın büyük, sağlam, temizlemesi basit ikonik mavi alışveriş çantasını pek çok evde görebilirsiniz. Şişelerin saklanması ve evin taşınması ya da bir kirli çamaşır sepeti, alışveriş çantası ve hatta bir valiz başta olmak üzere her amaç için kullanılabiliyor. Bu çok amaçlı çanta şimdilik kısmen daha önce geri dönüştürülmemiş polipropilen olmak üzere petrol tabanlı plastikten üretiliyor. Ancak kısa bir süre içerisinde bu durum değişecek: IKEA, taşıma çantaları, çocuk oyuncakları ve saklama kutuları başta olmak üzere tüm plastik ürünlerini 2020 yılı itibariyle yenilenebilir ve/veya geri dönüştürülmüş materyallerden üretmek istiyor. Bu, kolay bir iş olmayacak. Özellikle gıda ambalajı veya çocuk oyuncakları gibi hassas alanlara yönelik uygulamalarda sağlık koruma gereksinimleri, bugünün geri dönüştürülmüş plastiklerinin bir seçenek olmadığını gösteriyor. Alternatiflere ihtiyaç duyuluyor. OKEA Materyal İnovasyonu ve Geliştirme Lideri Puneet Trehan, "Burada, petrol tabanlı plastikleri yenilenebilir hammaddelerle değiştirmeye çalışıyoruz. Bu, polilaktit gibi yüzde 100 biyo-tabanlı polimelerler veya çeşitli biyo-tabanlı materyallerin diğer kombinasyonları anlamına geliyor. Bazı durumlarda, petrol tabanlı plastiklerin karışımları da ilk aşamada kullanılabilir." diyor. Trehan, ilk hedefin biyo-tabanlı ürün oranının yüzde 40'a 60 olduğunu belirtti.
Ham petrolü tamamlıyor
Petrol tabanlı yerine biyo-tabanlı: IKEA, biyo-tabanlı plastik konusuyla ilgilenen tek şirket değil. Keşfinin ardından kısa bir süre içerisinde binlerce benzerinin takip ettiği ilk tamamen sentetik plastik Bakelitin keşfinden yaklaşık 100 yıl sonra, bilim insanları ve üreticiler artık araştırma odak noktalarını tamamen yeni bir yöne çeviriyor. Yarının ürünleri yüksek kalitede olmalı, ancak yenilenebilir kaynaklar, bitkiler, organik atıklar veya mikroorganizmalardan üretilmeli.
Örneğin oyuncak üreticisi LEGO, 2030 yılı itibariyle tuğlalarını alternatif materyallerden yapılan plastikten üretmek istediğini söylüyor. Bunu yapabilmek için şirket 2015 yılında, kendi Sürdürülebilir Materyaller Merkezini kurmak için yaklaşık 135 milyon Euro'luk bir yatırım yaptığını duyurdu. 2009 yılında Coca-Cola Company, PlainBottleTM teknolojisini kullanıma soktu ve hemen ardından ketçap üreticisi H.J. Heinz ve Ford Motor Company gibi diğer büyük şirketlere teknolojinin lisansını verdi. Polietilen teraftalat (PET) şişe ilk olarak yüzde 30 bitki tabanlı materyalden üretildi. Coca-Cola'nın amacı, PlainBottle'yi sadece yenilenebilir kaynaklar kullanarak üretmek. Önümüzdeki on yıllık süreçte, Coca-Cola'nın tüm ambalajlamasının yaklaşık yüzde 60'ını temsil eden tüm PET plastik şişeler için durum bu şekilde olacak.
Plastik şişelerin yüzde 100 yenilenebilir hammaddelerden üretilmesini sağlayan bir çözüm Synvina şirketi tarafından sunuldu. BASF ve Hollandalı Avantium şirketinin kısa bir süre önce kurmuş olduğu bu ortak girişim, fruktozdan kimyasal yapı bloğu furandikarboksilik asit (FDCA) üretiyor. FDCA, içecek şişeleri ve gıda ambalajı olarak üretilebilecek polietilenfuranoatın (PEF) üretiminde kullanılabiliyor. PEF şişeleri bazı benzersiz özelliklere sahip: Yüzde 100 biyo-tabanlı olmalarının yanı sıra, PET'ten üretilen şişelerle karşılaştırıldıklarında ambalajlı içecekler için daha uzun bir raf ömrü sağlayarak karbondioksit ve oksijen gibi gazlar için daha iyi bariyer özellikleri sağlıyor.
Otomotiv endüstrisi de köklerine dönmeyi amaçlıyor: İlk zamanlarında otomobil endüstrisi, 1930'larda Henry Ford tarafından geliştirilen ve gövdesi kenevir lifinden üretilen otomobilden de anlaşılacağı üzere biyomateryallerle çalışmıştır. Ancak Amerika Birleşik Devletleri'nde 1937 yılında Marihuana Kanununun yürürlüğe girmesinin ardından Ford'un üzerindeki baskı çok fazla artmış ve neticesinde geliştirme çalışmaları durdurulmuştur. Bugün kenevir, sisal, kenaf ve keten gibi doğal materyaller kullanılarak ağırlığın azaltılmasıyla otomobillerin karbon emisyonlarını düşürme fikri yeniden ilgi görmektedir. Hafif karbon veya cam elyafı materyalleri yerine nispeten ucuz doğal elyaf plastiklerden üretilen parçaların sayısında artış vardır.
Karbon emisyonlarını azaltma
Fosil tabanlı ekonomi giderek sınırlarına ulaşıyor. İklim değişikliği ve beraberinde getirdiği sera gazlarını azaltma ihtiyacı, yeniden düşünme zamanının geldiğini gösteriyor. Avrupa Komisyonu Araştırma ve İnovasyon Genel Müdürlüğü Biyo-tabanlı Ürünler ve Süreçler Birimi Başkanı Waldemar Kütt, PhD, "Biyo-tabanlı ürünler artık tek alternatif. Biyoekonomi olmadan, G7 ülkelerinin karbondioksit emisyonlarını ortadan kaldırmaya yönelik uzun vadeli hedefi büyük ihtimalle başarılı olamaz." dedi. Bunun nedeni, bitkilerin fotosentez aracılığıyla havadaki karbondioksiti emmesidir. ABD'de bulunan Michigan State University'de Kimya Mühendisliği ve Malzeme Bilimi Profesörü olarak görev yapan Ramani Narayan, "Ürünlerimizin üretiminde bitkilerden veya mikrobik biyokütlelerden elde edilen bu karbonu kullandığımızda, doğal biyolojik karbon döngüsü ile uyum içerisinde olarak çevreyi CO2'den temizliyoruz. Milyonlarca yılda oluşan ve CO2'nin azaltılması açısından herhangi bir fayda sağlamayan petrolde durum böyle değil." dedi.
Petrolün kullanımı tamamen sonlanmayacak, ancak bir kısmının bile ikame edilmesi karbon ayak izimizi azaltmaya yönelik olumlu bir adım olacaktır. Narayan, "Dünya genelinde şişe yapımında kullanılan 37,5 milyon ton veya civarındaki PET'te yer alan karbonun sadece yüzde 20'si biyo-tabanlı karbonla değiştirilebilse, çevreden 17,2 milyon ton CO2 ortadan kaldırılabilir. Bu, yaklaşık 40 milyon varil petrolden tasarrufa eşdeğerdir." dedi.
Biyo-tabanlı ürünler için artan üretim kapasitesi
Söz konuyu biyoplastik olduğunda tüketicilerin sürekli olarak karşılaştığı iki ifade vardır: biyo-tabanlı ve biyoçözünür. Biyo-tabanlı plastik, yenilenebilir hammaddelerden üretilmektedir, ancak tam olarak biyoçözünür değillerdir. Normal plastik gibi uzun ömürlü de olabilir. Diğer yandan, ham petrol veya doğal gazdan üretilen plastik biyoçözünür olabilir (kutuya bakınız). BASF'nin Beyaz Biyoteknoloji Araştırma Birimi Başkanı Dr.Carsten Sieden, "Yeni teknolojiler ve inovasyonlarla ele almakta olduğumuz biyo-tabanlı ürünlere olan talebin arttığını görüyoruz. Aynı zamanda, biyoçözünür materyaller portföyümüzü de genişletiyoruz." diyor.
Şimdilik biyoplastik ürünler, pazarın hala küçük bir payını temsil ediyor. Dünya genelinde her yıl üretilen 300 milyon ton plastiğin yüzde 1'inden daha azını teşkil ediyorlar. Ancak, sektör birliği European Bioplastics'ten alınan pazar verilerine göre bu rakam, önümüzdeki yıllarda önemli bir artış gösterecek. Yaklaşık 2 milyon tonluk global üretim kapasitesi (2015), 2019 yılında yaklaşık dört kat artarak 7.8 milyon tona çıkacak. Aslan payı (yaklaşık yüzde 80), biyo-tabanlı hammaddelerden üretilen, ancak biyoçözünür ya da kompostlanabilir olmayan biyoplastiklerden oluşuyor.
The prefix “bio” for plastics is used for both the characteristics “biobased” and “biodegradable.” Bio-based plastics are made partially or entirely of renewable raw materials, but they are not necessarily biodegradable. Biodegradability is dependent on the molecular structure of the plastic rather than the raw materials used to make it. For example, bio-based PE (polyethylene) and PET (polyethylene terephthalate) are just as non-biodegradable as their fossil-based equivalents, while plastics made from biobased polylactic acid (PLA) are biodegradable. Plastics made from crude oil can also be biodegradable: After a certain period of time under specific temperature, oxygen and moisture conditions, and with the help of microorganisms or fungi, they can turn into water, carbon dioxide (CO2) and biomass.
Biyoçözünür plastikler, ağırlıklı olarak organik atık poşetlerinde ve zirai malç filminde kullanılmaktadır. Örnek olarak BASF’nin kompostlanabilir plastik ecovio® ürünü, Çin tarım sektöründe avantajlarını kanıtlamıştır. Çin'de, biyoçözünür olmayan polietilen plastikten üretilen malç filminin geleneksel kullanım tekniği ciddi bir çevre sorunu yaratmaktadır. Film, ısıyı ve nemi toprakta tutarak bitkilerin büyümesine yardımcı olmaktadır, ancak filmin tamamı küçük, ince şeritler halinde tarlada kalmaktadır. Toprak sabanla sürüldüğünde, plastik parçalar kök büyümesini engellemekte ve böylece gelecekteki mahsulü azaltmaktadır.
ecovio'dan üretilen biyoçözünür malç filmi kullanmaya geçen çiftçiler, mahsulü tekrar arttırmayı başarmıştır. Bu, BASF'nin yerel ortaklar ve organizasyonlar ile işbirliği içerisinde uzun yıllardır yürütmekte olduğu geniş ölçekli deneylerle kanıtlanmaktadır. Örneğin, Guangdong eyaletinde patateslere yönelik bir test tarlasında mahsulde yüzde 18 artış elde edilirken hasat maliyetleri ise yüzde 11 azalmıştır
Sınırlı kaynaklar dikkate alındığında, artan nüfusa gıda ve enerji gibi günlük temel ihtiyaçlar yeterli bir şekilde nasıl sağlanabilir? Politika yapıcılar ve sektör, 21. yüzyılın bu önemli sorusuna biyoekonominin cevap vermesini bekliyor. G7 ülkelerinin tamamı konuyla ilgili girişimleri başlattı ve son derece kararlı bazı stratejileri uygulamaya soktu. Örneğin ABD hükümeti, 2012 yılında Ulusal Biyoekonomi Detaylı Planını yayınladı. Bu plan, biyobilim araştırmasını ve ticarileştirmesini Amerika'nın ekonomik büyümesinin bir "önemli faktörü" olarak ilan etti. Aynı yıl Japonya, belirli zaman çizelgeleri ve hedeflerle birlikte yedi girişimi belirleyen bir eylem planı olan Biyokütle Sanayileşme Stratejisini uygulamaya soktu. Japonya'nın politikaları, yeni biyorafineri teknolojilerinin ve ayrıca mikro yosun gibi biyolojik kaynakların gelişimini ilerletmeyi hedefliyor. Orta vadede yeni endüstriyel teknolojilerin geliştirilmesine odaklanılırken, kısa vadede ise biyo-tabanlı enerji kaynaklarının korunmasına öncelik veriliyor.
Son olarak, Avrupa Birliği'de bu paradigma değişiminde önemli bir uluslarüstü oyuncu. Yaklaşık beş yıl önce Avrupa Birliği, Avrupa biyoekonomisine yönelik Biyoekonomi Stratejisini ve politika planını sundu.2014 yılında, yani bundan iki yıl sonra Avrupa Komisyonu, merkezi yatırım girişimi olarak Biyo-tabanlı Endüstriler Ortak Girişimini kurdu. Tarım, ormancılık, kimya ve enerji sektörlerinden yaklaşık 70 şirket, teknoloji tedarikçileri ve sektör ortakları olarak bu girişim içerisinde yer aldı. Bu girişim, 2020 yılına kadar yeni biyo-tabanlı ürünlerin ve süreçlerin ticarileştirilmesine 3,7 milyar Euro yatırım yapacak.
Kısmi değişim planlaması yapanlar arasında sadece önde gelen sanayi ülkeleri yer almıyor. Daha az bilinen bir gerçek şu ki bugün yaklaşık 45 ülke, yenilenebilir kaynaklar ve biyo-tabanlı üretim süreçleri içeren bir sisteme kısmi geçişe yönelik çeşitli stratejileri daha şimdiden geliştirmiş durumda. Örneğin Uganda yenilenebilir enerji, biyoteknoloji ve biyokütle kullanımını teşvik ederken, Malezya ise biyo-tabanlı ürünlere geçişe odaklanıyor.
Mikrobiyolog ve moda tasarımcısı Anke Domaske, artık tüketime uygun olmayan sütten üretilen kıyafetler oluşturuyor. QMilk elyafları, toz halindeki süt proteini kazeine dayanıyor. Bu biyoelyaf cilde uyumlu, tamamen kompostlanabiliyor ve teorik olarak aynı zamanda yenilebiliyor.
Sürdürülebilirlik sorunu
Bununla birlikte, biyoekonomiye doğru ilerleme aynı zamanda kritik tartışmaların da bir konusu. "Yakıta karşı gıda", arazi kullanımı ve yetiştiricilik için ilgili kaynak girişleri ve adil çalışma koşulları gibi konular, yenilenebilir kaynaklarla ilgili güncel tartışmalarda önemli bir role sahip. Gıda olarak tüketime müsait olmayan hammaddelerden üretilen ikinci nesil biyokütlenin giderek önem kazandığına dair işaretler mevcuttur. Ancak bu durum, birinci nesil ürünler olan kanola (kolza tohumu yağı), mısır ve benzerinin sonuç olarak kullanımına son verildiği anlamına gelmiyor. EuropaBio Endüstriyel Biyoteknoloji Yöneticisi Joanna Dupont-Inglis, "Biyoekonomi ve biyo-tabanlı endüstriler, doğru şekilde geliştirilmeleri halinde ihtiyaçlarımızı karşılayacak yeterli gıda, yem, elyaf ve diğer materyalleri sağlama potansiyeline sahiptir. Ancak, biyoekonominin oldukça kapsamlı olması ve bu nedenle farklı hammaddelerin farklı bölgelerde farklı uygulamalar için bir anlam ifade etmesi nedeniyle "herkese uygun" bir yanıt olmayacaktır. Buna ek olarak, hem atığı azaltmaya hem de kaçınılmaz olanı daha fazla kullanmaya yönelik yeni çözümleri kesinlikle göreceğiz." diyor.
Ahşaptan naylon, karahindibadan lastik, devedikeninden yağlama yağı - ikinci nesil biyokütle ağırlıklı olarak gıda olarak kullanıma müsait olmayan bitkilerden, organik atıklardan ve kalıntılardan üretiliyor. Birleşmiş Milletler'e göre, zirai kalıntılardan yıllık 5 milyar ton civarında biyokütle oluşturuluyor. Bunlar gıda olarak kullanıma uygun olmadığından hammadde olarak kullanılabiliyor.
Biyokütle sadece bir hammadde değildir ve aynı zamanda bir yakıt olarak da kullanılabilir. Biyodizel, kanola (kolza tohumu yağı), soya ve palm yağından üretilirken biyoetanol ise mısır, pancar veya şeker pancarı içerisinde şekerin fermantasyonu ile oluşur. Geçtiğimiz yıllarda "yakıta karşı gıda" tartışmalarının da gösterdiği üzere tartışmasız değildir. Cevabı açık: Gıda üretimi, enerji üretiminden önce gelmelidir. Bu durum dikkate alındığında, kanola, mısır ve şeker pancarı biyoekonomi içerisinde bir role sahip olmaya devam edecektir. Ancak biyoyakıtlar da organik atık, ahşap, saman ve yosundan üretilebilir. Ancak bu ikinci ve üçüncü nesil süreçler hala büyük ölçüde geliştirme aşamasında.
Fiyat doğru olmalıdır
Teorik olarak biyoekonomi büyük bir potansiyele sahip: önemli bir teknoloji, daha iyi performans, yeni işler ve daha düşük karbondioksit emisyonunun sağladığı inovasyon artışı. Yine de bu potansiyel abartılmamalıdır. Dupont-Inglis, "Biyoekonomi, sihirli bir değnek ya da tüm sorunlarımızın çözümü değildir. Ancak, karşılaşmakta olduğumuz en büyük toplumsal ve çevresel zorlukların bazılarını çözmede bize yardımcı olabilir. Halihazırda kullanımda olan 100.000 kimyasal ürün, teoride fosil karbonu yerine yenilenebilir karbon kaynaklarından üretilebilir. Elbette geleceğin biyoekonimisini geliştirirken sürdürülebilirliğin üç temelini dikkate almamız gerekiyor. Yani çevresel, toplumsal ve ekonomik faydaları her durumda ölçüp biçmeliyiz." dedi. BASF araştırmacısı Sieden şu eklemede bulundu: "Biyoekonomiyi ilerletmenin bir yolu, rekabetçi fiyatlar üzerinden yeterli hacimlerdir. Ancak en önemlisi, güçlü bir biyo-tabanlı endüstri, inovasyonlar için büyük bir fırsattır. Araştırma ağımızda bu potansiyelden faydalanmak istiyoruz."
Giderek daha fazla sayıda müşteri biyo-tabanlı ürünleri soruyor. Sieden şu açıklamada bulundu, "Bu, hammadde tabanımızı genişletme konusunda bizim için harika bir fırsat. Ancak bu hemen olabilecek bir şey değil." Basfia succiniciproducens bakterisinden üretilen biyo-tabanlı suksinik asidi ticari bir ürüne dönüştürebilmek için beş yıldan uzun bir araştırma ve geliştirme çalışması yapıldı. Asit, şilte, zemin kaplaması ve araç koltuğu üretiminde kullanılabilen biyoçözünür plastik, boya ve poliüretan için önemli bir madde. BASF ve Hollandalı Corbion şirketinin ortak girişimi olan Succinity, 2014 yılından beri Montmélo, İspanya'da bir tesis işletiyor. Bu tesis, dünya pazarına sunulmak üzere yılda 10.000 ton biyo-tabanlı suksinik asit üretme kapasitesine sahip.
Yeterli hacim sorunu, IKEA yöneticisi Puneet Trehan için de önemli bir zorluk. Ancak, maliyet aşamasında bile sektörü açısından önemli bir ilerleme olduğunu düşünüyor. Trehan, "Deneyimlerimiz, bir ortaklık içerisinde değer zincirinin doğru bir şekilde organize edilmesi halinde, maliyetlerin kesinlikle rekabet edebilir düzeye geldiğini gösteriyor." diyor. Trehan'a göre, bir konu diğer her şeyden daha önemli: "Aynı hedefe sahip ortaklarınız olması gerekiyor." Ticaret, her zaman olduğu gibi biyoekonomi dünyası için bir seçenek değil. Joanna Dupont-Inglis, "Gelmekte olan geçiş için belki de 'endüstriyel evrim' doğru bir ifade olacaktır. Yenilenebilir ve kaynak açısından etkin biyo-tabanlı çözümlerin üretilmesi, çok çeşitli endüstrilerde ve sektörlerde daha önce görülmemiş bir işbirliği seviyesi içerecek." diyor.
Yenilenebilir malzemeler kullanımda
Her zaman ham petrol kulllanmak zorunda değiliz. Yenilenebilir hammaddelerden yapılan malzemelerin günlük hayatımızda nasıl yer ettiğini ya da gelecekte yerini bulacağını gösteriyoruz.
