Daha Basit Bir Geri Dönüşüm Süreci, Akrilik Camdan Çözücü Madde Kullanmaksızın Saf Ham Maddeler Elde Edilmesini Sağlıyor

Dünya genelinde pencere camlarından otomobil stop lambalarına ve mobilyalara kadar çok çeşitli alanlarda büyük miktarlarda akrilik cam kullanılıyor. Polimer, Plexiglas markasıyla da biliniyor. Geri dönüşüme son derece uygun olmasına rağmen akrilik cam çoğu zaman atık hâline geliyor. Malzeme bilimci ETH profesörü Athina Anastasaki, akrilik camı yeniden kullanılabilmesi için yapı taşlarına verimli biçimde ayırmanın yolları üzerinde yıllardır çalışıyor. Ekibi önceki araştırmalarında depolimerizasyon olarak bilinen bu sürecin prensipte mümkün olduğunu, ancak yalnızca belirli koşullarda gerçekleştiğini göstermişti. Örneğin ETH araştırmacılarının daha önce polimer zincirlerine “zayıf bağlar” eklemek için zincirleri kimyasal olarak değiştirmesi gerekiyordu. Diğer yaklaşımlarda ise depolimerizasyonu başlatmak veya sürdürmek için büyük miktarlarda çözücü ya da katalizör veya UV ışığı kullanılması gerekiyordu.

ETH profesörü ve ekibi, akrilik cam polimerlerini geri dönüştürmek için daha basit, yeni bir yöntem geliştirdi. Bulgularını Nature Chemistry dergisinde yayımladılar. Araştırmacılar bu yeni yöntemle polimeri, monomer adı verilen yapı taşlarına neredeyse tamamen ayırabiliyor. Monomer verimi yüzde 98’e kadar çıkabiliyor. Başlangıç malzemesi boya veya safsızlıklar içerse bile geri kazanılan malzeme saf oluyor. Elde edilen monomerler, ilk üretim sırasında elde edilenlerle aynı kalitede yeni polimerler üretmek için kullanılabiliyor. Süreç, diğer yöntemlere kıyasla çok daha az enerji gerektiriyor. Depolimerizasyon 200 santigrat derecenin biraz üzerindeki sıcaklıklarda başlıyor; oysa daha önce en az 400 santigrat derece gerekiyordu. Ayrıca süreçte çözücü kullanılmıyor. Anastasaki’nin ekibinde eski araştırma görevlisi ve çalışmanın baş yazarı Richard Whitfield, “Yeni yaklaşımımızı bu kadar heyecan verici kılan şey sadeliği,” diyor.

Yeni yöntemin merkezinde, N-hidroksiimidler olarak bilinen madde sınıfına ait tek bir kimyasal bileşik bulunuyor. Ticari olarak temin edilebilen bu ucuz reaktif, akrilik camın polimer zincirlerine etki ederek onları parçalıyor ve monomerleri açığa çıkarıyor. Reaktif eklendikten sonra reaksiyon kendiliğinden ilerliyor. Reaktifin seçimi tesadüf değildi. “Bu maddeyi bulana kadar sistematik bir araştırma yürüttük.” Depolimerizasyonu başlatmak için tek bir reaktif yeterli. Anastasaki, “Bizi şaşırtan tek şey, reaksiyon için gerçekten tek bir kimyasalın yeterli olmasıydı,” diye açıklıyor. Uygun bir reaktif arayışında ekibi, ETH’de kimya profesörleri olan Tae-Lim Choi ve Gunnar Jeschke ile iş birliği yaptı. Anastasaki, “Bu iki meslektaşımla yürüttüğümüz mükemmel iş birliği olmasaydı birçok soru yanıtsız kalırdı,” diye vurguluyor.

Kimyasal plastik geri dönüşümünde kullanılan diğer yöntemler, genellikle plastik polimerlerin yüksek sıcaklıklarda —çoğunlukla 400 santigrat derecenin üzerinde— yapı taşlarına ayrıldığı piroliz sürecine dayanıyor. Ayrıca geri kazanılan monomerler çoğu zaman görece saf olmuyor; safsızlık oranı yüzde 3’e kadar çıkabiliyor. Bu durum, söz konusu monomerlerden üretilen plastiğin kalitesini olumsuz etkileyebiliyor. ETH Zürih, yeni yöntem için patent başvurusu yaptı ve şimdi yöntemi lisanslayacak şirketler arıyor.

Kimya sektörü yeni yönteme ilgi gösterdi. Başlıca avantajlarından biri, mevcut altyapı ve standart süreçler kullanılarak uygulanabilmesi. Anastasaki, “Önceki yaklaşımlarımızın dezavantajı, şirketlerin bunları uygulamak için süreçlerini ve ekipmanlarını değiştirmek zorunda kalacak olmasıydı. Çoğu şirket için bu fazla maliyetli olurdu,” diye açıklıyor. Bir sonraki adım, yöntemi daha büyük ölçekte uygulamak ve reaksiyon mekanizmalarını ayrıntılı biçimde anlamak olacak. ETH araştırmacıları bu bilgiden yararlanarak polimerlerin parçalanmasını daha da hızlandıracak ve monomer verimini artıracak maddeler geliştirmeyi amaçlıyor. Ancak yöntemin küçük bir kısıtı var: Yalnızca akrilik camda işe yarıyor. Diğer plastikleri yapı taşlarına ayırmak için farklı yaklaşımlar gerekiyor. Yine de malzeme bilimci iyimserliğini koruyor: Anastasaki, “Aynı prensibi, dünyada en yaygın kullanılan plastiklerden biri olan polistirene uygulamayı deneyeceğiz,” diyor.