Plastik Sorununa Grafen Çözümü

Plastikler, plastikler… Üzerimizdeki giysilerden mutfak malzemelerine, gıda paketlerinden yatak odasına ve iş yerlerine kadar, kolay kolay hayatımızdan çıkmayacak plastik ürünlerin yol açtığı çevre sorunları ve kirlilik, bilim insanlarının sürekli üzerinde çalıştığı konular. Standart geri dönüşüm sistemlerindeki verimsizlik (her çeşit plastiğin geri dönüştürülememesi, toplam plastik atıkların geri dönüşüm yüzdesi, ekonomik kaygılar ve geri dönüştürülen plastiklerin düşük kalitesi), plastik sorununa yeni çözümler ve yenilikçi bakış açıları gerektiriyor. Plastiği ayrıştırabilen canlılar üzerine araştırmalar devam ederken, bilim insanları farklı bir yöntem geliştirerek, atık haline gelmiş plastikleri geleceğin malzemesi olarak anılan yüksek kalitede ‘‘grafen’’e dönüştürmeyi başardı. Hem de standart geri dönüşüm maliyetlerinden daha ucuza.

Plastiği grafene dönüştürme macerasında ‘‘ani Joule ısıtma’’ (flash Joule heating) yöntemi adı verilen bir teknik kullanılıyor. Yani aslında malzemeyi, elektrik akımı kullanarak çok hızlı biçimde çok yüksek sıcaklıklara çıkarmak gibi nispeten basit bir yöntem. Doğru koşullar altında aniden çok yüksek ısıya maruz kalan plastiğin kimyasal yapısı değişiyor. Fakat bunun için, önce malzemenin ideal ölçülerde küçük parçalara bölünmesi gerekiyor ki elektriği iletebilsin. Daha sonra bu malzeme çok yüksek bir elektrik akımına maruz bırakılıyor ve düşük kalitede grafen elde ediliyor (öte yandan bu işlem sırasında, yakıt olarak değerlendirilebilecek bol miktarda hidrojen de açığa çıkıyor). Bu düşük kalitedeki grafene aynı işlem yeniden uygulandığında ise, istenilen yüksek kalitede grafen elde ediliyor. Sürecin Rice Üniversitesi araştırmacıları tarafından keşfedilen püf noktası ise, ufaltılmış plastik malzemeye önce alternatif akım uygulamak (8 saniye kadar). Alternatif akımın dalgalanması sırasında gerçekleşen ara soğuma aşamalarında, ortaya çıkan grafen katmanlarının birbirine yapışması engelleniyor. Bu aşamadan sonra, yarım saniye boyunca daha da yüksek seviyelerde doğru akım uygulanan düşük kaliteli malzeme, istenilen özelliklere sahip, yani güçlü ve esnek grafene dönüşüyor. Bilim insanları, elektriği ideal biçimde iletmesi için plastik malzemenin 1-2 mm arasında parçalara bölünmesi gerektiğini de deneme yanılma yoluyla keşfetmiş.

Bu yöntemin diğer geri dönüşüm sistemlerine göre epey üstün olduğu vurgulanıyor. Öncelikle, plastik atıkların herhangi bir kimyasal işleme tabi tutulması gerekmiyor. Isıtma yöntemi ise malzemeye doğrudan verilen elektrikle gerçekleştiği için, eritme amacıyla büyük fırınlar kullanılmıyor. Atıkların yalnızca küçük parçalara bölünmesi yeterli. Araştırmacılara göre, 1 ton plastik atığın bu şekilde grafene dönüştürülme maliyeti yaklaşık 125 dolar ve bu da diğer geri dönüşüm yöntemlerinden daha düşük.

Çöplükleri dolduran plastik atıklardan, bu yöntemle geleceğin malzemesi olarak anılan grafen elde edilmesi ise, başlı başına bir avantaj. Grafen, biyolojik olarak çözünebilen bir malzeme, fakat bu çözünme süreci yüzlerce yıl sürüyor. Dolayısıyla günümüzde küresel ısınmaya yol açan fosil yakıt kaynaklı karbon salımını azaltırken, hem ekolojik hem de ekonomik fayda sağlayabilecek bir geri dönüşüm yöntemi.

Araştırmalara göre, grafenin endüstriyel kullanım oranı da önümüzdeki beş yıl içinde %40 artacak. Karbonfiberden kat kat güçlü olduğu için otomobil ve havacılık sektörlerinde yoğun olarak kullanılması planlanıyor. Fakat, büyük hayallerle incelenen grafen özellikleri şu anda yalnızca nano ölçekte tespit edilebilmiş durumda. Dolayısıyla grafenin günlük hayata girebilmesi için daha önümüzde uzun yıllar olduğu söyleniyor. Buna rağmen, Rice Üniversitesi araştırmacılarından James Tour’a göre, ‘‘Eğer grafen, teknoloji alanında vaat ettiklerini gerçekleştirebilirse, cep telefonunuzu rulo yapıp kalem gibi kulağınızın arkasına koymanız mümkün olacak.’’