Ewha Kadın Üniversitesi ve California Üniversitesi tarafından ortaklaşa yürütülen araştırmada plastik geri dönüşümünü daha ekonomik ve çevre dostu hale getirecek yeni bir yöntem geliştirildi. Mevcut yöntemlerin yüksek ısı gereksinimi ve karmaşık evsel atıkların ayrıştırılmasının maliyetine alternatif olarak geliştirilen yöntemde plastikler alkali termal işlem (ATT) i̇le üç kat daha düşük sıcaklıklarda hi̇drojene dönüştürülebiliyor.
Yeni sistem, karışık plastik atıkları ayırmaya gerek duymadan alkali maddelerle (NaOH) reakte ederek hidrojen üretmeyi amaçlıyor. ATT’nin yaşam döngüsü analizi (LCA) sonuçlarına göre doğal gazın buharla metan reformlanmasına kıyasla daha düşük çevresel etkiye sahip olduğu görüldü.
Plastiklerin ayrıştırılma süreci geri dönüşümü kısıtlıyor
Küresel çapta plastik üretimi 2025 yılı itibariyle 450 milyon tonu aşıyor. Ancak bunun yalnızca yüzde 9’luk bir kısmı başarılı bir şekilde geri dönüştürülüyor. Plastik geri dönüşümünün önündeki en büyük engellerden biri karmaşık evsel atıkların ayrıştırılması olarak görülüyor. Plastikler türlerine göre farklı maddeler içerdiğinden mevcut yöntemlerde karışık halde geri dönüştürülmeleri mümkün olmuyor. Ancak türlerine göre ayırmak yüksek maliyetli altyapılar ve uzun süreler gerektiriyor.
Eski yöntemler uzun süren maliyetli ayrıştırma ve kalite için kapsamlı rafinasyon süreçleri gerektiriyor. Ayrıca mikroplastik, dioksin ve sera gazı salınımına sebep oluyor. Gazlaştırma sırasında 700 dereceyi aşan yüksek sıcaklıklar CO2 emisyonuna yol açıyor.
EWHA Kadın Üniversitesinde bu durumun önüne geçmek ve daha verimli hidrojen yakıt elde etmek için ATT yöntemini geliştirdi. NaOH (sodyum hidroksit) gibi bir alkali reaktifle atıkları hidrojene dönüştüren yöntem üç kat daha düşük sıcaklıklarda çalışabiliyor. Ayrıca yöntem yüzde 90’ın üzerinde hidrojen saflığına ulaşıyor. Ön ayrıştırma gerektirmeyen yöntemde reaksiyon sırasında oluşan CO2, NaOH ile reaksiyona girerek kararlı bir katı olan sodyum karbonata (Na2CO3) dönüşüyor. Bu sayede karbon katı formda hapsedilerek doğrudan karbondioksit emisyonu azaltılıyor.
Alkalik ortam plastikleri kimyasal reaksiyonla hidrojene dönüştürüyor
Araştırmacılar, ATT yönteminin çalışmasının polimer yapısındaki oksijen gruplarının varlığına bağlı olduğunu belirtiyor. Plastikleri alkalik maddelerle reaksiyonu sonucunda kimyasal olarak çözerek hidrojene döndürme yaklaşımı olan ATT, oksijen içermeyen PE (polietilen) ve PP (polipropilen) gibi polimerlerde termal oksidasyon ön işlemi gerektiriyor. PET türündeki plastiklerde ön işlem gerekmese de PE ve PP plastikler bileşenlerinde oksijen içeren fonksiyonel gruplar bulundurmadıklarından termal oksidasyon işlemine tabi tutuluyor.
Plastik termal oksidasyon işlemi sırasında ısıya maruz bırakıldığında polimer zincirine karbonil (C=O), hidroksil (-OH) ve eter (C-O) gibi oksijen grupları ekleniyor. Bu gruplar polimer zincirinde elektrofilik merkezler oluşturarak hidroksit iyonunun saldırısını mümkün hale getiriyor. PE ve PP polimerlerinin alkalik reaksiyonlara olan direnci elektrofilik merkezlerin oluşumuyla kırılıyor. Böylece, hidroksit iyonu elektrofilik karbon atomlarına nükleofilik saldırı gerçekleştiriyor.
Yöntem daha düşük emisyonla hidrojen üretiyor
Yöntemin hidrojen üretim performansı ile yaşam döngüsü analizi sonuçları, ticari potansiyelini ortaya koyuyor. PP türünde gram başına 30,2 mmol hidrojen üretilirken bu sayı PE için 51,9 mmol’e, PET için 43,7 mmol’e çıkıyor. Çalışmada plastiklerin ayrıştırılmadan dönüştürülmesinde hidrojen verimini ölçebilmek için 1:1:1 oranında karma atıklar da test edildi. Araştırmacılar, karma plastiklerden elde edilen hidrojen veriminin bireysel polimer verimleriyle kıyaslanabilir düzeyde olduğunu ifade ederek ATT’nin ön ayrıştırma gerektirmeyen ticari potansiyelini vurguladı.
Araştırmacıların gerçekleştirdiği yaşam döngüsü analizine göre ATT yöntemi, sera gazı emisyonları açısından plastik gazlaştırması ve doğal gazın buharla metan reformlanması gibi yaygın hidrojen üretim yöntemlerine göre daha düşük çevresel etkiye sahip. Araştırmacılar bu avantajı, reaksiyon sırasında açığa çıkan karbonun önemli bir bölümünün sodyum karbonat (Na₂CO₃) formunda katı halde tutulmasına bağlıyor.
Araştırmacılar, elde edilen sonuçların ATT yönteminin karma plastik atıklardan hidrojen üretimi için ölçeklenebilir ve ticari açıdan uygulanabilir bir alternatif olabileceğini gösterdiğini belirtiyor. Yöntemin ön ayrıştırma gerektirmemesi, düşük sıcaklıklarda çalışması ve karbonu katı formda depolayabilmesi sayesinde hem plastik atık yönetimi hem de düşük karbonlu hidrojen üretimi açısından umut vaad ettiği ifade ediliyor. Bununla birlikte yöntemin endüstriyel ölçekte uygulanabilirliğinin doğrulanması için daha büyük ölçekli süreç optimizasyonu ve ekonomik fizibilite çalışmalarına ihtiyaç duyuluyor.
Kaynak: PNAS