Atık Kahvelerden Doğal Plastifiyan Üretimi

Özet

Bu çalışmada karbon ayak izini azaltan yumuşatıcı diye tabir ettiğimiz plastifiyan atık kahvelerden elde edilmiştir. Atık kahveler biriktiği zaman çok ciddi karbon ayak izi oluşturur ve metan gazı oluşumu sağlamaktadır. Atık kahveler işletmelerden toplanarak steril edilerek, kurutulmuştur. Kurutulan atık kahvelerin süperkritik ekstraksiyon cihazı yardımı ile yağı çıkarılmıştır. Çıkarılan yağlar doğal bir atık olup çevreye en az zarar sağlayabilecek yumuşatıcı olarak kullanımı hedeflenmiştir. Anahtar kelimeler: Atık kahve, karbon ayak izi, doğal, plastifiyan, yağ.

1.Giriş

Plastifiyanlar diğer bir adıyla plastikleştiriciler, bir malzemenin reolojik özelliklerinin düzenlenmesinde kolay işlenebilirliğinde, malzeme mekanik özelliklerinde ve heterojen özelliklerden çok homojen özellik göstermede iyileştirme sağlayan maddelerdir. Geçmişten günümüze birçok plastifiyanlar kullanılmıştır. Genellikle asıl amaçları malzeme içerisinde belirli oranlarda kullanım ile esneklik özelliklerinin iyileştirilmesini sağlamaktır [1]. Genel yapıları sebebiyle polimerler, sert ve kırılgan özelliktedir. Yumuşak yapılar yapılması ve diğer uygulamalarda kullanabilmek için plastifiyanlar tercih edilmiştir. Plastifiyanlar, düşük molekül ağırlıklı ya da oligomerik tipdedir. Kimyasal ve termal olarak kararlı yapıda olup, çoğu zaman üretim sırasındaki degredasyonu engellemektedirler. Çok farklı tiplere sahip olmakla birlikte bazı özel uygulamalarda da tercih edilmeleri yüksektir. Plastfiyan içeren polimerler endüstride kalıplanabilir, yüzey uygulamaları yapılabilir ve ektrüzyonda kolaylıkla işlenebilmektedir. Plastifiyan maddeleri, %80’i polivinil klorür (PVC) için seçilmektedir. Plastifiyan maddeleri bunların yanı sıra selüloz bazlı ürünler, polivinil asetat (PVAC), ürethan ve akrilik üretimlerinde de kullanılmaktadır [2]. Plastifiyanlar olarak fitalatlar, trimelliatlar, benzoatlar ve terefitalatlar monomerik yapıda olanlar da endüstride tercih edilmektedir. Ancak birçok maddelerin %50 ve dahası kanserojen olduğu saptanmıştır. Plastifiyanlardan geçmişten günümüze çok çeşitli amaçlarda kullanım sağlayan dünyamız birçok sağlık sorununu da beraberinde getirmiştir. Kanserojen bunlardan en ciddi olanlarıdır. Plastifiyanlar vazgeçilmez ürünlerdir. Bu maddeler olmazsa malzemede bütünlük sağlanamaz, kırılganlık artar, seri üretim sağlanamaz, endüstriyel gelişimler ve doğrudan ekonomi sarsılmaktadır. İşte bu sebeple plastifiyan kullanımı dünya genelinde artan bir yüzdeye sahip olmakla birlikte pazar payı da gittikçe artmaktadır. Ancak plastifiyan olarak daha ucuz ve malzemede teknik özelliklerde istenilen performansı sağlayabilecek doğal plastifiyanlara talep gün geçtikçe artış göstermektedir. Kahve, kavrulmuş kahve çekirdeklerinden hazırlanan bir içecektir. Ancak atıklarıyla toplumumuz faydalı olabilecek ürünlere dönüştürmede nasıl kullanacağını kahve atıklarını hangi düzeyde hangi amaçlarda kullanabileceğini bilememektedir. Atık kahveler biriktiği zaman ciddi manada metan gazı oluşturmaktadır [3-5]. Bu metan gazı doğrudan karbon ayak izini artırarak dünyamızı olumsuz etkilemektedir. Karbon ayak izi doğrudan iklim krizi, çevre ve küresel ısınmayı artırmaktadır. Ancak atık kahveleri dönüştürebilirsek hem çevreye hem de ülkemiz ve dünyaya ekonomik anlamda bir katkı sunarak hem sürdürülebilirlik, hem sağlık hem de ekonomik anlamda olumlu katkılar sunacaktır. Afrika’da bulunan kahve üretim miktarı 2050 yılına doğru %50 azalacaktır. Buradan hareketle kahve alımımız daha yüksek maliyetlerde oluşacaktır. Atıkların çevreye verdiği zarar ve bu atıkları geri dönüşümünü doğru ve sistematik cihazlarla yapabilirsek polimer teknolojilerinde önemli bir katkı sunulmuş olacaktır. Yaptığımız bu çalışmada çevremize ve doğrudan insanlığa ve endüstriye zarar verecek atık maddelerin geri kazanımla yüksek fayda ihtiva edebileceğinin farkındalığını sağlamayı hedeflemekteyiz. Atık kahve atıklarından süperkritik ekstraksiyon cihazı ile yağı çıkarılmış ve atık kahve yağı içeren polipropilen (PP) kompozit granül üretimi çift vidalı ekstruder ile gerçekleştirilmiştir. PP yapısı gereği sert ve endüstride sıklıkla kullanılan bir polimer olarak seçilmiş ve %1, %3, %5 ve %8 oranında atık kahve yağı içeren PP işlenmiş ve çift vidalı ekstruder yardımı ile kolaylıkla granül elde edilmiştir.

2. Materyal ve Metot

2.1 Materyal

Atık kahve atıkları çevremizdeki işletmelerden toplanmıştır. PP maddesi geri dönüşüm firmalarından temin edilmiştir.

2.2 Metot

Atık Kahve Geri Dönüşümü

Çevremizdeki işletmelerden kahveler bir kutu aracılığıyla toplanmış ve öncelikle çeşme suyu ve daha sonra safsu ile yıkanmıştır. Yıkama sonrası etüvde 50oC’de ısıtılan atık kahvelerin, ozon gazına 30 dakika maruz bırakılarak sterilizasyonu sağlanmıştır. Steril edilen atık kahveler bir kaba alınarak süperkritik ekstraksiyon cihazı ile yağı çıkartılmak üzere gönderilmiştir.

Süperkritik Ekstraksiyon Cihazı ile Yağ Çıkartılması

Atık kahveler için ısıya duyarlı bileşiklerin ayırma (ekstraksiyon) ve saflaştırma süreçleri için süperkritik akışkan ekstraksiyonu en etkin yöntem tercih edilerek üretim sağlanmıştır. Karbondioksit (CO2) gazı içeren proses yardımıyla yakma yapılarak damıtılarak atık kahvenin içerdiği yağ çıkarılmıştır. Diğer atık posa ise gübre olarak stoklanmış ve çevremizde bahçıvanlara verilmiştir.

Çift Vidalı Ekstruder Yardımıyla Atık Kahve Yağı İçeren Plastifiyan ile PP’den Granül Üretimi

Çift vidalı ekstruder de plastifiyan eriyik polimer içerisine homojen dağılarak eşit özelliklerde granül eldesi için kullanılmıştır. %1, %3, %5 ve %8 oranında atık kahve yağı içeren plastifiyan kullanılarak PP granül elde edilmiştir. Mekanik özellikler tespit edilmesi amaçlı PP ve atık kahve içeren PP’den çekme numunesi (dogbone) elde edilmiştir. 20 KN çekme cihazında çekilerek mekanik özellikleri saptanmıştır.

3. Bulgular ve Tartışma

Atık kahvelerden süperkritik ekstraksiyon cihazı ile %80 oranında verim alınarak yağı çıkarılmıştır. %20’lik kısım posa gübre olarak depolanmıştır. Posalar, çevremizdeki bahçıvanlara verilmiştir. Plastifiyan oranı arttıkça reolojik özellikler düzenlenmiş ve mekanik özelliklerde çekme özelliklerinde belirli bir değerde duruş gösterirken uzama değeri artmıştır. PP numunesi 38 MPa verirken, plastifiyan kullanımı ile 45 MPa, 44 MPa, 41 MPa ve 40 MPa çekme mukavemetleri vermiştir. Ancak uzama değerleri plastifiyan oranı arttıkça artmış ve elastik bir PP elde edilmiştir. Ve numunenin etrafında homojen bir yapı elde edilmiştir.

4. Sonuçlar

Atık kahvelerden süperkritik ekstraksiyon yöntemiyle başarılı bir şekilde yağ çıkarılmıştır. Atık yağlar %1, %3, %5 ve %8 oranında PP içerisine çift vidalı ekstruderde doplanarak granül edilmiştir. PP ve atık yağ içeren PP den enjeksiyon sistemi ile çekme testi için numuneler elde edilerek mekanik özellikleri saptanmıştır. Normal PP’ye göre mekanik özellikler daha yüksek çıkarken plastifiyan oranı arttıkça mekanik özelliklerde düşüş çekme mukavemetinde görülerken, uzama değerleri artmıştır. PP daha fleks bir yapı özelliği göstermiştir. Buradan amaçla çevremizdeki işletmeler adına ve insanlığa bir çağrı olarak eğer atıklarımızın fizibilitesini çıkaramıyorsak bu konuda danışmanlık hizmeti alarak atıkların geri dönüşümünün kontrollü bir şekilde gerçekleştirilmesinin sağlanarak endüstriye ve insanlığa önemli katkı sunacak alanlarda kullanılabilirliğini sağlayarak çevremize, endüstrimize ve insanlığa yüksek verimde katkı sağlanabilecektir.   Kaynaklar [1] Durak Akkoyun, B. (2017). Farklı Plastifiyan Tiplerinin, Polyester Polyol Bazlı Termoplastik Poliüretan Üzerindeki Etkilerinin Araştırılması (Doctoral dissertation, Fen Bilimleri Enstitüsü). [2] Karal, O. (1998). Preparation of Poly (vinyl chloride) blends: spectroscopic, thermal, viscosimetric, mechanical and surface characterizations (Doctoral dissertation, Fen Bilimleri Enstitüsü). [3] TEKİN, Z. (2021). KAHVE ÜRETİMİNDE SÜRDÜRÜLEBİLİRLİK VE YEŞİL İŞLETMECİLİK UYGULAMALARI: DÜNYADAN ÖRNEKLER. [4] Kıvrak, F. (2022). Ticari kahve atıklarının yalıtım malzemesi içerisinde değerlendirilebilirliğinin incelenmesi (Master’s thesis, Konya Teknik Üniversitesi). [5] Gizem, A. T. E. Ş., & ELMACI, Y. (2017). Potansiyel Fonksiyonel Bileşen: Kahve Çekirdeği Zarı. Akademik Gıda, 15(1), 66-74.   Erdi Buluş - Öğretim Görevlisi İstanbul Arel Üniversitesi ArelPOTKAM Gülseren Sakarya Buluş - Uzman İstanbul İl Sağlık Müdürlüğü Enes Özgenç - Öğretim Görevlisi Trakya Üniversitesi Sağlık Hizmetleri Meslek Yüksekokulu Dr. Emine Keleş - Öğretim Görevlisi  Trakya Üniversitesi   Mimarlık Fakültesi Peyzaj Mimarlığı Bölümü