Biyoplastik Malzeme ve Tasarım

Kaynakların ölçüsüz kullanımı ve tüketim anlayışımız doğanın dengesini büyük ölçüde değiştirdi ve değiştirmeye devam ediyor. Bilim insanlarının "Global Warming of 1.5 °C" adlı raporda açıkladığına göre: "İnsan faaliyetlerinin yaklaşık 1.0°C küresel ısınmaya neden olduğu tahmin edilmektedir. Mevcut oranda artmaya devam ederse, küresel ısınmanın 2030 ile 2052 arasında 1,5°C'ye ulaşması" beklenmektedir. Sıcaklıktaki bu artış dünyadaki canlı yaşamının tehlikeye girmekte olduğunu gösteriyor. Tüketim alışkanlıklarımız kadar üretme biçimimizi de değiştirmediğimiz sürece dünyadaki yaşamın geri dönülemez bir evreye girmesi kaçınılmazdır.

Son yıllarda artan farkındalıkla birlikte sürdürülebilir yaşama olan ilgi ve destek arttı. Yapılarda sürdürülebilir sistemlerin etkin kullanımı LEED, BREEAM, Green Star gibi sertifika sistemleriyle değerlendirilmektedir. İnşaat sektöründe çevreye olan zararını en aza indirmek için yenilebilir malzeme kullanımı teşvik edilmektedir. 

Bu yazıda, yenilebilir bir malzeme olan biyoplastik ve biyoçözünür malzemelerin olanaklarını değerlendirecek ve biyoplastik ile neler üretebileceğimizi tasarım perspektifinden ele alacağım. 

Görsel 1: Alglerden biyoplastik üretimi

Biyoplastik Malzeme Nedir? 

Plastik malzemeler çeşitlilik sunabilmeleri ve ucuz malzeme olmaları dolasıyla 1970’lerden beri ambalaj ve yapı sektöründe, otomobil sanayinde, elektronik bileşenlerde, biyomedikal sektörde ve ürün tasarımında kullanılmaktadır (Stevens, 2002, 8-9). Sentetik plastiklerin çoğu petrol ve türevlerinden imal edilirler. Bu doğal kaynakların oluşması ve şekil alması milyonlarca yıl sürer. Plastiklerin giderek artan kullanımı, plastik atıkların dolgu alan (municipal solid waste) olarak sonuçlanmasına neden olur. Petrol bazlı plastikler doğada çözünemezler (Stevens, 2002). Petrol bazlı plastiklerin aksine biyolojikbazlı plastikler ya da biyoplastikler sürdürülebilirdirler, çoğunlukla biyoçözünür (biodegradable) ya da biyo-uyumludurlar (biocompatible) (Stevens, 2002, 48). Tasarımcılar ve araştırmacılar biyolojik olarak biyoçözünürlük (biological biodegradebility) ve doğal geridönüşüm (natural recyclability) yeni malzeme tasarımında öncelikli konular olmaktadır. Bu çerçevede sürdürülebilirlik kavramı bir zorunluluk haline gelmiştir (Peters, 2014, 6).

     Görsel 2: Doğada Biyobozunurluk

Biyoplastik malzeme yenilebilir ve doğada çözünebilir olmasıyla tasarımcıların malzeme tercihlerinde ilk sıralarda olma potansiyeli taşımaktadır. Bununla birlikte biyoçözünürlükleri uzun süreli bir kullanıma izin vermemektedir. Petrol bazlı plastiklere oranla dayanımları düşüktür. Ancak farklı malzemelerle birleştirilerek iyileştirilmeye çalışılmaktadır. Namık Kemal Üniversitesinden Doç. Dr. Esen Gökçe Özdamar ve ekibi, "Biyoplastik: Mimarlıkta Deneysel Bir Biyomorfoloji" adlı bilimsel raporda mimarlık öğrencileriyle yaptıkları biyoplastik malzeme deneylerini paylaşmış ve biyoplastiğin mimarlıkta kullanımını araştırmıştır. Biyoplastik denemelerinden yola çıkarak Namık Kemal Üniversitesi Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu için duvar yüzeyleri biyoplastikten üretilen 60m2’lik bir mekân önerisinde bulunmuşlardır. 

Görsel 3: Bir biyoplastik pavyon önerisi, NKÜ Teknik Bilimler MYO ek laboratuvarı, 2016 (Görselleştirme: İrem Oy, Burak Saral, Selin Koca) (Özdamar, Bal, 2017)

Deneyler dört grupta gerçekleştirilmiştir: 1) Salt genleştirilmiş biyoplastikler, 2) Taneli malzemelerle (agrega) bağlayıcı (matris) olarak biyoplastiklerin kullanımı, 3) Farklı liflere biyoplastiklerin matris oluşturması, 4) Taneli malzemelere matris oluşturan biyoplastiklere iyileştirme amacıyla farklı liflerin eklenmesi. (Özdamar, 2017) 

Salt Genleştirilmiş Biyoplastikler

Görsel 4: Mısır nişastalı saf biyoplastik

Görsel 5:  Gıda boyası kullanılarak yapılmış biyoplastik, Boyut: 5x5x5 ve 5x5x1 cm (Fotoğraf: Julia Janku)

Deney sonucunda "numunelerin neme ve basınca çok dayanıklı olmadıkları ve zamanla çatlama yaptıkları gözlemlenmiştir. Bu nedenden dolayı daha ine levha-yüzey halinde saf biyoplastik, içindeki nişasta ve gliserin miktarı değiştirilerek dekoratif yüzey oluşturmak amaçlı olarak gıda ve tekstil boyaları katılarak farklı renklerde üretilmiştir (Özdamar, 2017)

Taneli Malzemelerle Bağlayıcı Olarak Biyoplastiklerin Kullanımı

Görsel 6:  % 50 Biyoplastik, % 50 Karışım: (Agrega 60%, 40% silis dumanı), Çelik kalıp, Boyut: 15 x 15 x 15 cm 

Görsel 7: % 50 Biyoplastik, % 50 Karışım: (Agrega 59%, 40% silis dumanı, 1% kopolimer lifi), Boyut: 15 x 15 x 15 cm

Saf biyoplastiğin dayanımı az  olduğundan güçlendirmek ve farklı malzemelerle birleşimini test etmek amacıyla agregalı deneyler gerçekleştirilmiştir. Bu deneyler sonucunda Silis dumanı biyoplastikte kullanıldığında oluşan etkiyi gözlemlemek amacıyla saf biyoplastiğin içine katılmış ve uygun sertlikte sonuçlar elde edilmiştir. Sentetik makro fiber güçlendirme lifleri küçük parçalar halinde biyoplastiğe ilave edilerek malzemenin dayanımına olan etkileri anlaşılmaya çalışılmıştır (Özdamar, 2017).

Farklı Liflere Biyoplastiklerin Matris Oluşturması

Görsel 8: Kahve telveli ve saf biyoplastik

Görsel 9: Pamuk ve yeşil gıda boyası kullanılarak yapılan biyoplastik

Numunelere ağaç lifi, yosun, sentetik polyolefin lifi, pelet ilave edilmiş ve uygun sertlikte sonuçlar elde edilmiştir. Daha sonra içine katkı malzemesi olarak balmumu, pamuk, gazlı bez, agar agar, meşe külü ve karışık kül, külsuyu, kitre, arap zamkı, reçine ve kanola peleti ilave edilmiş, bu şekilde yapılan biyoplastiklerin daha sert ve neme karşı daha az duyarlı olduğu gözlemlenmiştir. (Özdamar, 2017)

Görsel 10:  Mısır yaprağı lifli, agar agarlı patates nişastalı biyoplastik

Taneli Malzemelere Matris Oluşturan Biyoplastiklere Farklı Liflerin Eklenmesi

Görsel 11: Mermer tozlu ve sentetik lifli biyoplastik, boyar madde: metilen, kurumadan öncesi ve sonrası, Boyut: 15x15x0,3 ve 5x5x0,3 cm

Görsel 12: Mermer tozlu ve metilenli, ağaç lifli ve metilenli, kanola ve kömür tozlu pelet, kül suyu, kahve telvesi ve kül suyu Boyut: 5x5x0,3 cm

Bu grup deneylerde 15x15x0,3cm’lik numunelerin içine mermer tozu katılmış ve uygun sertlikte numuneler üretilmiştir. Tüm deneyler sonucunda tapiyoka (Manyok bitkisi) nişastasının mısır ve patates nişastasına göre gerek sertlik gerekse performans açısından daha olumlu sonuçlar yarattığı gözlemlenmiştir. Ancak tapiyoka nişastası oldukça yapışkan olduğundan dolayı patates, mısır ya da buğday nişastası ile karıştırılmasının kolaylaştırıcı etki yarattığı görülmüştür. Patates, mısır ve tapyoka nişastalarının agar agar ile karıştırılması bağlayıcılık açısından önemli sonuçlar yaratmıştır. Deniz eriştesi kullanılan biyoplastiklerin ise gevrek ve homojen yüzey ve üç boyutlu numuneler yarattığı söylenebilir. (Özdamar, 2017).  

Biyoplastik Malzeme ve Tasarım

Günümüzde biyoplastik malzemeler her ne kadar petrol bazlı plastikler kadar ucuz ve dayanıklı olmasa ve piyasada az talep edilse de gelecekte sentetik plastiklerin yerini alması ve gündelik yaşantımıza girmesi bir zorunluluk hâlini alacak. Yenilenebilir malzemelerin olanaklarını değerlendirerek dünyayı daha sürdürülebilir bir yer yapmamız mümkün. Halihazırda bunu yapan tasarımcılar var ve üretmeye devam ediyorlar.

Yemek Takımı - Eric Klarenbeek ve Maartje Dros 

Hollandalı tasarımcılar Eric Klarenbeek ve Maartje Dros, CO2 bağlayıcı özelliği bulunan  yosundan biyoplastik üretiyor. Laboratuvarlarında 3 boyutlu yazıcılar ile eşya ve ürün baskısı yapıyorlar. 

Restology Project - CEDIM University, Clara Davis

Meksika'nın Monterrey şehri için geliştirilen biyo filtre hava kirliliğini azaltmak için tasarlandı. Jelatin bazlı biyoplastiğin içinde ekolojik olarak sağlam ve arındırıcı özellikleri nedeniyle aktif kömür kullanılmaktadır. 

Dış filtre modülü : beton, biyoplastik ve aktif kömür, CEDIM Lab by Restology project, 2017

İç filtre modülü : biyoplastik ve aktif kömür, CEDIM Lab by Restology project, 2017

Undulae Lamps, Taeg Nishimoto 

Undulae Lamps mısır nişastası bazlı biyoplastik tüplerden yapılmış bir dizi masa ve sarkıt lambadır. Mimar, tasarımcı ve eğitimci Taeg Nishimoto tarafından tasarlandı. 

Contemporary Vanitas - Thomas Vailley

 Yüksek lisans tez çalışması için 'metabolik fabrika' projesinde insan saçının yeni kullanım alanlarını araştıran Thomas Vailley insan saçından yeni bir malzeme üretti. Saçlar gliserin ve sodyum sülfit ile birleştirilerek eritilir ve biyoplastik deriye benzer bir deriye dönüştürülür. Malzeme parçalanabilir, esnektir ve çeşitli günlük nesnelere dönüştürülebilir. "Hem ekolojik hem de ekonomik olarak gerçekçi ve sürdürülebilir olsa da, projenin başarısının toplumsal tepkiye bağlı olacağı" düşünülmekltedir.

Arboskin Pavyonu - ITKE

Pavyon, %90’ı yenilenebilir, nişasta, selüloz, lignin ve biyopolimer gibi malzemelerden oluşuyor. Pavyon, biyoplastik malzemelerin inşaat sektöründe sürdürülebilir bir malzeme olarak kullanılabileceğine dair sıradışı bir örnektir. Kabuk, çelik bir strüktüre monte edilmiş yüksek ısıda laser kesimli modüllerden oluşuyor. Malzemeler Tecnaro adında bir firma tarafından üretilmiş ve Stutgart Universitesi ITKE tarafından monte edilmiştir. Malzemenin çok yönlülüğünü göstermek amacıyla bazı modüller CNC makineler ile kesilmiş ve bilezik elemanlar ve kirişlerle biraraya getirilmiştir (McQuarrie, 2013).

Conifera - Mamou-Mani, COS

2019 Milano Tasarım Haftası sırasında Palazzo Isimbardi'de kurulan alana özgü çalışma, Moda Markası COS ve Londra merkezli Fransız Mimar Arthur Mamou-Mani ve kendi adını taşıyan stüdyosu işbirliğiyle tasarlanmış ve 3D Baskı yöntemiyle üretilmiştir. Conifera yenilenebilir kaynaklardan yapılan büyük ölçekli 3D baskılı mimari bir enstalasyondur. Ahşap ve biyoplastik karışımından 3D olarak basılmış yedi yüz birbirine kenetlenmiş modüler biyo-tuğladan oluşur.

 Fotoğraf: © Federica Lusiardi / Inexhibit

Yazar: Ayşenur Sezer | Mimar

Kaynakça

IPCC. "Special Report Global Warming of 1.5 °C". 22.05.2022 https://www.ipcc.ch/sr15/

DSpace. "Biyoplastik: Mimarlıkta Deneysel Bir Biyomorfoloji". 16.05.2022 http://acikerisim.nku.edu.tr:8080/xmlui/handle/20.500.11776/2528

Peters, S., Material Revolution 2: New Sustainable and Multi-Purpose Materials for Design and Architecture, 2014.

Stevens, E. S., 2002. Green Plastics: An Introduction to the New Science of Biodegradable Plastics, Princeton University Press, Princeton and Oxford.

Arkitera. "Hollandalı Tasarımcılar Yosundan Biyoplastik Üretti" 22.05.2022 https://www.arkitera.com/haber/hollandali-tasarimcilar-yosundan-biyoplastik-uretti/  

Fab Textiles. "Bio Filter Bioplastic Activated Charcoal" 22.05.2022 http://fabtextiles.org/bio-filter-bioplastic-activated-charcoal/

TN/MOS. "Undulae" 23.05.2022 https://cargocollective.com/taegnishimoto/Undulae

DesignBoom. "Human Hair Bioplastic The Metabolic Factory By Thomas Vailly" 22.05.2022 https://www.designboom.com/design/human-hair-bioplastic-the-metabolic-factory-by-thomas-vailly/

UrbanNext. "Arboskin Bioplastic Facade" 23.05.2022 https://urbannext.net/arboskin-bioplastic-facade/

Inexhibit. "Milan Design Week 2019 / COS + Mamou-Mani present "Conifera" 3D-printed installation" 22.05.2022 https://www.inexhibit.com/marker/cos-mamou-mani-present-conifera-3d-printed-installation-milan/

Mamou-Mani. "Conifera" 23.05.2022 https://mamou-mani.com/project/cos/

Görsel 1: Arkitera. "Hollandalı Tasarımcılar Yosundan Biyoplastik Üretti" 22.05.2022 https://www.arkitera.com/haber/hollandali-tasarimcilar-yosundan-biyoplastik-uretti/  

Görsel 2: https://www.ekoloji.com/images/biyobozunurluk-nedir.jpg

Görsel 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12: DSpace. "Biyoplastik: Mimarlıkta Deneysel Bir Biyomorfoloji". 16.05.2022 http://acikerisim.nku.edu.tr:8080/xmlui/handle/20.500.11776/2528