Doğal ve Petrol Kaynaklı Glikollerin Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi (LCA)

21.05.2019

1,3-butilen glikol (1,3-BG) gibi glikoller, krem, güneş koruyucu, şampuan, duş jeli ve daha birçok kişisel bakım ürün formülasyonlarının geliştirilmesinde önemli bir rol oynar. Petrol kaynaklı hammaddelerle ilgili endişeler artmaya devam ederken, tüketiciler kullandıkları ürünlerdeki hammaddelerin yaşam döngüsü etkisi doğallık ve sürdürülebilirlik özelliklerine ek olarak, hammadde kaynaklarını ve üretim proseslerini göz önünde bulundurmaya başlamışlardır. Bu kaygıları gidermek için Genomatica, kendi geliştirdikleri doğal kaynaklı, biyo-bazlı 1,3-BG (Brontide™) ve petrol kaynaklı alternatif piyasa ürünlerinin yaşam döngüsü değerlendirmesi (LCA) adı altında sistematik olarak karşılaştırılması üzerine bir çalışma yürütmüştür. Sonuç olarak, petrol kaynaklı alternatif 1,3-BG ürün üretimi biyo-bazlı 1,3-BG üretim prosesi ile karşılaştırıldığında, küresel ısınma potansiyelinin %103 daha yüksek ve yenilenemeyen kaynaklardan enerji ihtiyacının %85 daha fazla olduğu gözlemlenmiştir. Bu çalışmanın sonuçları, kişisel bakım formülatörleri için daha düşük çevresel etkiye sahip hammaddeleri seçme açısından bir rehber olacaktır.

Geleneksel 1,3-Butilen Glikol Üretimi ve Doğal Bir Alternatif

1,3-BG, kişisel bakım ve kozmetik ürünlerinde kullanılan dört karbonlu bir organik hammaddedir. Cilt ve saç bakım için nemlendirici, çözücü ve yumuşatıcı olmakla beraber yüksek saflıkta bitkisel ekstraktlar için çözücü olarak kullanılmaktadır. Genel olarak yoğuşma, hidrojenleme ve safsızlıkların cilalama ve damıtma yoluyla uzaklaştırılmasını içeren bir üretim işlemiyle kozmetik kalite 1,3-BG üretimi gerçekleştirilir. Yaşam döngüsü değerlendirilmesinde yer alan faktörlerden farklı olarak, 1,3-BG’nin birçok kullanıcısı, bir mutajen ve Grup 1 kanserojen olan asetaldehit içeren üretim prosesi hakkında endişelere sahiptir. Genomatica, kozmetik kalite 1,3-BG üretimi için GENO BG™ adında alternatif bir üretim metodu geliştirmiştir. Bu işlemin sonucu, doğal kaynaklı, sürdürülebilir şekilde üretilen bir butilen glikol olan Brontide’dir. Üretim prosesi, ham 1,3-BG üretmek için bir mühendislik E.coli suşu kullanır ve bitkiden elde edilen dekstrozun fermantasyonu yoluyla gerçekleşir; yüksek saflıkta Brontid daha sonra ilave damıtma ve saflaştırma aşamaları ile üretilir. Yaşam döngüsü değerlendirilmesi, bir ürünün üretimindeki her bir adımın, hammadde ekstraksiyonundan imhaya kadar çevresel etkilerini değerlendirmek için iyi tanımlanmış bir yöntemdir. Bu iki farklı üretim sürecini değerlendirmek kişisel bakım üreticilerinin ürünlerinin çevreyi nasıl etkilediğini belirlemelerine yardımcı olacaktır. Brontide ve Petrol Kaynaklı 1,3-BG’nin Yaşam Döngüsünü Değerlendirmede Kullanılan Yöntemler Bu üretim süreçleri için yaşam döngüsü değerlendirilmesi, ISO 14044’teki şartlar ve kılavuz ilkeler tarafından belirtilen standart yöntem ve prosedürler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Üretim proseslerine dahil olan aktiviteler hammaddenin çıkarım, işleme, kimyasal üretim, son ürün üretim ve enerji, proses kimyasalları, atık yönetimi gibi konuları kapsamaktadır. Bu adımların her birinin girdi ve çıktılarının ayrıntılı bir envanteri, mevcut teknolojiler için mevcut olan temsili verilere dayanarak modellenmiştir. Yaşam döngüsü değerlendirilmesi modeli, yaşam döngüsü mühendisliği için GaBi 8 yazılım sistemi kullanılarak oluşturulmuş ve üç bağımsız uzman tarafından gözden geçirilmiştir. [Arpad Horvath, PhD (Independent Consultant); Susan Jenkins, PhD (Yenilikçi Genomik Enstitüsü, Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley); ve Julie Sinistore, PhD (WSP USA Inc.)]. Geno BG

Tablo 1. Geno BG üretim prosesine göre etki kategorileri.

Mısır Hammaddesi Yetiştiriciliğinin Komplikasyonları

Buna karşılık, biyo-bazlı Brontide üretim sürecinin, diğer çevresel ölçümler analiz edildiğinde petrol kaynaklı 1,3- BG üretim yolundan daha büyük bir etkiye sahip olduğu gözlemlenmiştir. Brontide üretiminin AP, EP, SFP ve BWC ölçümleri üzerindeki göreceli etkisi, temel olarak bitki bazlı hammadde, özellikle mısır ekiminden kaynaklanan emisyonlar ve dolaylı faaliyetlerden kaynaklanmaktadır. Brontide üretiminin bu çevresel ölçütler üzerindeki etkisi coğrafyaya göre değişecektir ve dikkatli yer seçimi bu ikincil sonuçlar için rapor edilen sonuçları en aza indirmeye yardımcı olabilir. Mısır yetiştiriciliği için kullanılan gübre, organik azot (NOX), kükürt dioksit (SO₂) ve fosfat (PO₄^3-) bakımından zengindir ve tatlı su nehirlerine ve akarsulara akması, tarım alanlarındaki toprak asitlenmesi ve ötrofikasyon üzerinde önemli bir çevresel etkiye sahip olabilir. Gerçekte, toprak asitlendirme toprağın pH’ının zaten çok düşük olduğu Avrupa ve ABD’de yalnızca çok dar bir mısır üreten bölge kümesinde bir endişe kaynağı olma eğilimindedir. Mısır ekiminde gübre kullanımı nedeniyle biyo-bazlı yolların EP üzerine daha büyük etkisi; mısır için kullanılan traktörlerden kaynaklanan emisyonlar nedeniyle SFP yetiştirme; mısır sulama ve buharlaşma kaybı nedeniyle BWC, mevcut girdi ve çıktı değerlerine dayanan bir tahmin olmasına rağmen, bu çalışma ile ilgili olarak kabul edilir. Gerçekte, üretim sürecindeki çeşitli faktörlere bağlı olarak çevresel etki derecesi en aza indirilebilir.

Ozon Tükenmesi Potansiyeli

Son olarak, biyo-bazlı işlemin ODP sonuçları, petrol kaynaklı ürününkini oldukça aşmaktadır. Bununla birlikte, bu sonuçlar analiz edilen diğer etki kategorilerinden altı büyüklük sırası daha düşüktür ve bu nedenle her yolun mutlak değerleri TRACI 2.1 ABD kişi eşdeğerlerine normalize edildiğinde, önemsiz kabul edilmiştir. Bu nedenle, ozon tabakasının incelmesi hayvan ve bitki yaşamı üzerinde önemli bir olumsuz etkiye sahip olsa da ODP sonuçlarında yollar arasındaki farklılıklar, bir yolun diğerine kıyasla çevresel üstünlüğüne ilişkin genel sonuçlarla ilgili olarak kabul edilmemektedir.

1,3 BG Üretiminin Petrol Kaynaklı ve Biyo-Bazlı Yöntemleri ile İlgili Gerçekler

Petrol kaynaklı 1,3-BG üretim yolu hem GWP100 hem de PENRE ölçümlerinde biyo-bazlı Brontid üretimini oldukça aşmaktadır. Bu önemli etki kategorilerinin her ikisindeki artış, insan yaşamı, çevre ve koruma üzerinde geri dönüşü olmayan etkileri olabileceğinden büyük çevresel ve toplumsal öneme sahiptir. Biyo-bazlı üretim yolunun, çalışılan diğer ölçütler üzerinde daha büyük bir etkiye sahip olduğu tespit edilirken hem AP hem de ODP’nin ilgisiz olduğu kabul edilmiştir. Biyo-bazlı üretim sürecinin 1,3 BG için sağladığı faydaları anlaşılmaya başlandıkça, üretim sürecindeki belirli adımların optimizasyonu yoluyla daha düşük SFP, EP ve BWC emisyonları da gerçekleştirilebilmektedir. Her iki yöntem karşılaştırıldığında, biyo-bazlı 1,3-BG üretim yolunun, geleneksel petrol kaynaklı işlemden daha az çevresel etki yarattığı gösterilmiştir. Genomatica, bu yaşam döngüsü değerlendirilmesinin, formülatörlerin kişisel bakım ve kozmetik formüllerinin çevre üzerindeki etkileri azaltılmış maddeleri seçmesini ve ürün üreticilerinin daha sürdürülebilir bir gelecek için çalışmasına yardımcı olacağını ummaktadır.