ETH Zürih ve Empa'daki Ahşap Malzeme Bilimi Kürsüsü'nden bir grup araştırmacı, kristal yapılı ve renksiz bir amonyum magnezyum fosfat olan struvit mineralini kullanarak talaşı geri dönüştürülebilir ve çevre dostu bir kompozite dönüştürebilen bir süreç geliştirdi. Bu yöntem, talaşın malzeme döngüsünde daha uzun süre kalmasını sağlıyor.
Struvit, üst düzey yangın koruma özellikleriyle uzun zamandır biliniyor. Ancak daha önce, kristalleşme davranışı nedeniyle minerali talaş parçacıklarıyla birleştirmek zor görünüyordu. Şimdi ise ETH araştırmacıları, bir mineral öncüsü olan nevberiyitin sulu süspansiyonundan struvitin kristalleşmesini kontrol etmek için karpuz çekirdeklerinden ekstrakte edilen bir enzimi kullanıyorlar. Bu süreç, talaş parçacıkları arasındaki boşlukları dolduran ve onları birbirine sıkıca bağlayan büyük kristaller oluşturuyor. İki gün boyunca preslenen malzeme, ardından kalıptan çıkarılıyor ve oda sıcaklığında kurutuluyor.
ETH ekibi, malzemeyi bir malzemenin harici bir ısı kaynağına maruz kaldığında nasıl davrandığını simüle eden, koni kalorimetresi adı verilen standart bir teste tabi tutan Torino Politeknik Üniversitesi'ndeki araştırmacılarla ortaklık kurdu. İşlenmemiş ladin yaklaşık 15 saniye sonra alev alırken, struvit-talaş kompozitinin alev alması bunun üç katından fazla zaman alıyor. Tutuştuğunda ise hızlı bir şekilde inorganik madde ve karbondan oluşan koruyucu bir tabaka meydana gelerek malzemeyi yangının daha fazla yayılmasından koruyor. Kürsteiner, "Struvit-talaş panelleri esasen kendilerini koruyor," diyor.
İlk tahminler, malzemenin geleneksel çimento esaslı yonga levhalarla aynı yangın koruma sınıfına ulaşabileceğini gösterse de bunu doğrulamak için hala daha büyük ölçekli alev geciktirme testlerine ihtiyaç duyuluyor. Çimento esaslı yonga levhalar şu anda yangından korunma uygulamaları için iç mekan donanımlarında yaygın olarak kullanılıyor. Ağırlıkça yüzde 60 ila 70 oranında çimento içermeleri, onları ağır kılıyor ve çimento üretimindeki yüksek enerji seviyesi nedeniyle zayıf bir karbon ayak izine sahip olmalarına neden oluyor. Diğer yandan struvit-talaş levhası sadece yüzde 40 oranında bağlayıcı içeriyor ve bu da onu önemli ölçüde daha hafif kılıyor.
Bu yenilikçi kompozitin diğer kompozit yapı malzemelerine göre bir başka avantajı da, örneğin çimento esaslı yonga levhaların aksine, yıkımdan sonra atık haline gelmemesidir. Söküldükten sonra struvit-talaş levhası, bir öğütücüde mekanik olarak parçalanarak ve 100°C'nin biraz üzerine kadar ısıtılarak bileşenlerine ayrılabilir. Bu işlem amonyağı serbest bırakır ve talaşın elenerek ayrılmasını sağlar. Geri kazanılan malzemenin çözülmesinden sonra, öncü nevberiyit tekrar katı bir madde olarak çökelir.
Nevberiyit daha sonra struvit kompozitlerini oluşturmak için talaşla tekrar karıştırılabilir. Bu yeni malzeme, bu nedenle gelecekte döngüsel ekonomiye önemli bir katkı sağlayabilir. Ayrıca doğal bir gübre olarak da kullanılabilir; bu durum tarım için ilginç sonuçlar doğurur çünkü bitkilerin büyüme için ihtiyaç duyduğu bağlı fosforu yavaş ve kontrollü bir şekilde serbest bırakır.
Araştırmacılar bundan sonra üretim sürecini optimize etmeye ve ölçeklendirmeye devam etmeyi planlıyorlar. Kürsteiner, malzemenin inşaat sektöründe tutup tutmayacağının öncelikle bağlayıcının maliyetine bağlı olduğunu söylüyor. Struvit, polimer bağlayıcılara veya çimentoya kıyasla nispeten pahalıdır. Ancak başka bir döngüden yararlanabilirlerse bu durum değişebilir: Struvit, kanalizasyon borularını tıkadığı atık su arıtma tesislerinde büyük miktarlarda birikir. Kürsteiner, "Bu birikintileri yapı malzememiz için hammadde olarak kullanabiliriz" diyor.
Araştırmacıların mineralize talaş bazlı yeni malzemesi, üst düzey bir yangın geciktiricidir. (Görsel: Dan Vivas Glaser / Kürsteiner R vd. Chem Circularity 2026, CC BY 4.0)
Kaynak https://www.tohoku.ac.jp/en/press/selfpowered_composite_material_detects_its_own_cracks.html
Akademik Referans / Journal Reference: Yuki Sueda, Zhenjin Wang, Yaonan Yu, Yusuke Watanabe, Hoshiki Sato, Ryozo Ohiwa, Yu Shi, Hiroki Kurita, Fumio Narita, From Vibration to Information: Self-Powered Crack Detection and Wireless Communication in Carbon Fiber Reinforced Piezoelectric Nanocomposites, International Journal of Smart and Nano Materials, DOI: 10.1080/19475411.2025.2610182
