Yakın Gelecekte Görebileceğimiz Sürdürülebilir Malzemeler

Bu içerik bbvaopenmind.com’da yayınlanan New Sustainable Materials for the Possible Near Future başlığından uyarlanmıştır.

Kullandığımız her şey bir ya da birden fazla malzemeden meydana geliyor. Yaşadığımız binalardan tutun da giydiğimiz kıyafetlere, kullandığımız araçlara kadar her şeyde çok sayıda malzeme mevcut. Peki malzemelerin de sürdürülebilir olabileceğini biliyor muydunuz? En gelişmiş alanlardan biri olan malzeme biliminde yapılan her yeni keşif çok duyulmasa bile bu bilimin hayatımıza hatırı sayılır etkisi var. Araştırmacılar sürekli olarak şaşırtıcı özelliklere sahip yeni malzemeler buluyor veya bildiğimiz malzemeleri geliştiriyor. Bunları yakından tanımadan önce sürdürülebilir malzemeler nedir, ona bakalım.

Zararlı ve sentetik malzemeler yerine doğal, yenilenebilir, karbon nötr, geri dönüştürülebilir ve daha az enerji harcayan malzemeler sürdürülebilir olarak tanımlanıyor. İşte bu malzemelere örnekler.

Buz önleyici yüzeyler

Dondurucularımızda buz oluşumunu önlemek, ek enerji tüketen sistemler gerektiriyor, bu nedenle buz oluşumunu önleyen malzemeler sadece biz tüketiciler için değil, aynı zamanda çevre için de faydalı. Doğada suyu iten hidrofobik yüzeylerin sayısız örneği var ve bunlardan en bilineni lotus yaprağı. Yaklaşık 80 yıldır teflon gibi hidrofobik malzemelerin uygulamalarını görüyoruz. Kuşların tüyleri ya da suda yaşayan böceklerin bacaklarını ve gövdesini kaplayan minik tüyler gibi bazı yüzeylerin mikroskobik yapısı da bu özelliğe sahip. Bir diğer doğal örnek ise etçil bitki Nepenthes’tir.

Harvard Üniversitesi’nde Wyss Enstitüsü’ndeki bir araştırma ekibi, bu bitkilerin kaygan kaplamasından esinlenerek, kaygan sıvı ile doldurulmuş gözenekli yüzeyleri, kısaca SLIPS teknolojisini yarattı. Bu malzeme, herhangi bir katı cismin olabileceğinden çok daha pürüzsüz bir yüzeye ve üzerinde buzun birikmeyeceği bir nano yapıya sahip. Bir start up olan Adaptive Surface Technologies tarafından ticarileştirilen bu yeni malzeme, Wyss Enstitüsü tarafından uçak kanatlarında veya düşük sıcaklıklara maruz kalan diğer yapılarda buz birikmesini önlemek, güvenli ve sürdürülebilir bir kaplama kullanan sayısız uygulamada yararlanmak için oluşturuldu. Diğer araştırma grupları da SLIPS malzemelerinin incelenmesi ve özellikleri konusunda ilerleme kaydediyor ve yakın gelecekte dondurucularımızın enerji tüketmeyen bu tür pasif donma önleyici çözümler içermesi mümkün görünüyor.

Havadaki suyu emen malzemeler

Dünya çapında yaklaşık 2,2 milyar insan temiz suya erişemiyor, arıtma bile yeterli olmuyor. Araştırmacılar su sorununu çözmek için yenilikçi çözümler arıyor ve bunlardan bazıları en kurak iklimlerde bile ortamdaki nemi emebilen yeni malzemelere dayanıyor. Buna doğadan da ilham alan bir örnek, Houston’da Rice Üniversitesi araştırmacılarından geldi. Araştırmacılar, Namibya çölünde havadan su tutabilen bir böceğin kanatlarını taklit ederek, havadan su moleküllerini çekip içine hapsedebilen bir malzeme geliştirdiler. Burada biriken su sünger gibi sıkılarak serbest bırakılıyor ve malzeme tekrar kullanıma hazır hale geliyor. Bu malzeme, insanların aşırı kurak bölgelerde yaşamasına izin verecek nemi tutan giysiler gibi nesnelerin üretilmesini mümkün kılabilir.

Metal-organik ağlar veya kısaca MOF’lardan da bahsetmek gerekir. Bunlar, halihazırda çeşitli uygulamalar için araştırılan metallerden ve karbon bileşiklerinden yapılmış gözenekli malzemeler. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü ve California Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, çöl ortamında bir kilo malzeme başına günde 0,7 litre su toplama kapasitesine sahip, düşük maliyetli, güneş enerjili bir MOF ile deney yaptılar. Ürünü geliştirmek için kurulan start up Water Harvesting, dünyanın en kurak bölgelerindeki insanlara bir güç kaynağına ihtiyaç duymadan su getirebilecek cihazlar yaratmak için çalışıyor.

Daha sert, daha sürdürülebilir malzemeler

Hepimiz elmasın en sert malzeme olduğunu ve diğer katı cisimleri çizebileceğini biliyoruz. Ancak karbon nanoçubuklar (nanotüplerin aksine katı) veya karbon levha-nanolatlar gibi elementler kullanılarak elmastan daha sert sentetik malzemeler de üretildi. Bu malzemeler, uçak ve uzay araçlarının gücünü artırmak için önümüzdeki yıllarda ticarileşebilir.

Çelik ise dayanıklılık söz konusu olduğunda metallerin kralıdır. Ancak araştırmacılar, mikroskobik yapısını bambu veya kemik gibi doğal malzemelere benzeyecek şekilde değiştirerek gücünü artırmayı başardı. Ortaya çıkan malzeme, daha fazla strese dayanabilir (dış kısımdaki daha küçük taneler sayesinde) ve ayrıca kırılma noktasına yaklaştıkça (merkezdeki daha büyük taneler sayesinde) daha esnektir. Bu da çelik parça kırılmadan önce arızanın zamanında tespit edilmesini mümkün kılar. Bununla birlikte, çelik artık en sürdürülebilir yapı malzemelerinden biri olarak kabul edilse de, hâlâ hatırı sayılır derecede bir karbon ayak izine sahip. Endüstri, bunu azaltmak için çeliğin mekanik özelliklerine uygun alternatifler arıyor.

Sürdürülebilir ulaşım için malzemeler

Hibrit ve elektrikli motorlar son yıllarda otomobillerde daha yaygın hale geldi. Ancak tahrik sistemleri çevresel etkiyi azaltmanın ana yolu olsa da, tek yol onlar değil. Yeni malzeme bilimi ayrıca, ağırlığı hafifletebilen ve böylece enerji tüketimini azaltabilen metal alaşımları üzerinde çalışıyor. Örneğin; çelik, daha hafif olması için yıllarca alüminyum ile birleştirildi, ancak sonuçta ortaya çıkan metal daha kırılgandı. Son araştırmalar, oluşan kristalleri dağıtmak için malzemenin nano yapısını değiştirerek, titanyum kadar daha az kırılgan ve güçlü, ancak çok daha ucuz bir çelik-alüminyum elde etmenin mümkün olduğunu buldu.

Araç enerji tüketiminin azaltılabileceği bir diğer alan ise aerodinamik. Hava direncinin neden olduğu sürtünmeyi yarıya indiren golf toplarındaki çukurlardan ilham alan Massachusetts Institute of Technology’deki bilim insanları, yüzey özelliklerini aerodinamik koşullara uyacak şekilde değiştirebilen bir nesne yarattılar. Daha sert bir silikon tabakasıyla kaplanmış içi boş bir yumuşak silikon top ve içerideki hava basıncının düzenlenmesine izin veren bir mekanizma tasarladılar. Hava basıncı azaldıkça, yüzey kırışmaya ve hava sürtünmesini azaltan golf topu benzeri çukurlar oluşturmaya başlıyor.

Sürdürülebilir malzemelere ülkemizden bir örnek: Bpreg Kompozit

Garanti BBVA olarak bu yıl 15.’sini düzenlediğimiz Türkiye’nin Kadın Girişimcisi Yarışması’nın Türkiye’nin Gelecek Vadeden Kadın Girişimcisi ödülünü kazanan Burcu Karaca Uğural Bpreg Kompozit’in kurucusu. Bpreg Kompozit keten, kenevir gibi lifli tarımsal ürünlerden elde edilen doğal elyafı kullanarak geri dönüştürülebilir ve yüksek performanslı biyokompozitler geliştiriyor. Tescillenmiş doğal elyaf takviyeli kompozit malzemeleri üreten BPREG Kompozit; otomotiv, beyaz eşya, mobilya gibi farklı sektörlere tedarik sağlıyor. Global alandaki lansmanını 2019 Mart ayında gerçekleştiren Uğural’ın çalışmaları, karbon ayak izinin azaltılmasında oldukça büyük bir role sahip. 2021 yılı itibari ile ürün gruplarını endüstrilerin çeşitli ihtiyaçlarına göre geliştirip, sürdürülebilir dönüşümün global bir oyuncusu olarak gelecek nesillere daha yaşanabilir bir dünya bırakmayı hedefliyor.

Kısaca daha sürdürülebilir bir dünya inovasyon için de sayısız fırsat demek. Bu iki kavramla birlikte teknolojiye de kulak verirsek daha yaşanabilir dünya mümkün!