Biyokompozit Üretiminde Takviye Elemanı Olarak Kullanılan Tarımsal Atıkların İncelenmesi ve Türkiye’deki Tarımsal Atık Potansiyeli

Year 2023, Volume: 1 Issue: 1, 15 - 25, 29.12.2023

Yücel Avşar , Bekir Çevik

Abstract

Artan dünya nüfusunu beslemek amacıyla tarımsal üretim her geçen gün artmaktadır. Bu artışa paralel olarak hızlı tüketimin de etkisiyle tarımsal kaynaklı atıklar da hızla ortaya çıkmaktadır. Tarımsal kaynaklı atıkların doğaya zarar vermeden bertaraf edilmesi veya geri dönüşümünün yapılması çevre sağlığı açısından önem arz etmektedir. Bununla birlikte, günümüzde insanoğlunun artan ihtiyaçları nedeniyle geri dönüşümü zor olan veya olmayan hammadde kaynakları da hızla tüketilmektedir. Bu tüketimin sonucunda ortaya çıkan atıklar da çevresel sorunları beraberinde getirmektedir. Özellikle petrol kökenli polimer malzemelerin atıkları çevresel sorunlara neden olan en önemli atıklardan birisidir. Atıklar nedeniyle oluşan çevresel sorunlar, araştırmacıları yeni arayışlara yönlendirmiş ve artan çevre bilinciyle birlikte doğada çözünebilir malzemelere olan ilgi tekrar ortaya çıkmıştır. Biyokompozitler, biyobozunabilir polimer matris ve biyobozunabilir takviye elemanlarından oluşan ekolojik ve/veya yeşil malzeme olarak adlandırılan malzemelerdir. Sürdürülebilir ve doğa dostu olmaları sebebiyle biyokompozitler geleceğin malzemeleri olarak ifade edilmektedir. Özellikle, doğal kaynaklardan yapılan, yüksek performanslı, ucuz, ekolojik ve sürdürülebilir mühendislik malzemelerinin veya ürünlerinin gelişimi dünya çapında artmaktadır. Diğer taraftan, biyokompozit malzemelerin endüstriyel üretimi ve kullanımının daha da yaygınlaşmasıyla özellikle petrol kıtlığı ve atık yönetimi sorunları için bir çözüm sağlanabileceği öngörülmektedir. Bu çalışmada, biyokompozit malzeme üretiminde takviye elemanı olarak değerlendirebilen tarımsal atıklar incelenmiştir.

Keywords

Biyokompozit, geri dönüşüm, malzeme, tarımsal atık, takviye elemanı

References

• Ahmad, H., Chhipi-Shrestha, G., Hewage, K., Sadiq, R. 2022. A Comprehensive review on construction applications and life cycle sustainability of natural fiber biocomposites. sustainability, 14(23): 15905.
• Akampumuza, O., Wambua, P. M., Ahmed, A., Li, W., Qin, X.-H. 2016. Review of the applications of biocomposites in the automotive industry. Polymer Composites, 38(11): 2553–2569.
• Alvarez, V. Vázquez, A., Bernal, C. 2005. Fracture behavior of sisal fiber-reinforced starch-based composites. Polymer Composites, 26(3): 316–323.
• Anonim, 2023. Türkiye İstatistik Kurumu. https://data.tuik.gov.tr (Erişim Tarihi: 06.03.2023).
• Bajwa, S. G., Bajwa, D. S., Holt, G., Coffelt, T., Nakayama, F. 2011. Properties of thermoplastic composites with cotton and guayule biomass residues as fiber fillers. Industrial Crops and Products, 33(3): 747–755.
• Bajwa, S.G., Bajwa, D.S., Holt, G.A., Coffelt, T.A., Nakayama, F.S. 2011. Properties of thermoplastic composites with cotton and guayule biomass residues as fiber fillers. Industrial Crops and Products, 33: 747-755.
• Balat, M. 2011. Production of bioethanol from lignocellulosic materials via the biochemical pathway: A review. Energy Conversion and Management, 52(2): 858–875.
• Bharath, K. Basavarajappa, S. 2016. Applications of biocomposite materials based on natural fibers from renewable resources: a review. Science and Engineering of Composite Materials, 23(2): 123-133.
• Bhat, A.H., Dasan, Y.K., Khan, I., Jawaid, M. 2017. Cellulosic biocomposites: potential materials for future: Green Biocomposites, Jawaid, M., Salit, M., Alothman, O., Springer, Germany, 69–100. https://doi.org/10.1007/978-3-319-49382-4_4.
• Biswas, S. 2012. Mechanical properties of bamboo-epoxy composites a structural application. Advances in Materials Research, 1(3): 221-231.
• Borah, N., Karak, N. 2023. Green composites of bio-based epoxy and waste tea fiber as environmentally friendly structural materials. Journal of Macromolecular Science, Part A.
• Ceraulo, M., La Mantia, F. P., Mistretta, M. C., Titone, V. 2022. The use of waste hazelnut shells as a reinforcement in the development of green biocomposites. Polymers, 14(11): 2151.
• Çerçioğlu, M. 2019. Sürdürülebilir atık yönetiminde sera atıklarının kompost olarak değerlendirilmesi. Bursa Uludag Üniv. Ziraat Fak. Derg., 33 (1): 167-177.
• Çıtak S., Sönmez S., Öktüren F. 2006. Bitkisel kökenli atıkların tarımda kullanılabilme olanakları. Derim. 23(1): 40-53.
• Dhakal, H., Bourmaud, A., Berzin, F., Almansour, F., Zhang, Z., Shah, D. U., ve Beaugrand, J. 2018. Mechanical properties of leaf sheath date palm fibre waste biomass reinforced polycaprolactone (PCL) biocomposites. Industrial Crops and Products, 126: 394–402.
• Dharmendra,B. V., Vivek, S., Ramu, P., Srinivasan, T., Suresh, G., Meenakshi, C.M., Lavanya, R. 2021. Static investigation of roselle waste powder reinforced bio polymer composite. Journal of Physics: Conference Series, 2054(1): 1-8.
• Doğan, A. 2009. Ekonomik gelişme sürecine tarımın katkısı: Türkiye örneği. Sosyal Ekonomik Araştırmalar Dergisi, 9 (17): 365-392.
• Fitzgerald, A., Proud, W., Kandemir, A., Murphy, R. J., Jesson, D. A., Trask, R. S., Hamerton, I., Longana, M. L. 2021. A Life Cycle engineering perspective on biocomposites as a solution for a sustainable recovery. Sustainability, 13(3): 1160.
• Formela, K., Zedler, L., Hejna, A., Tercjak, A. 2018. Reactive extrusion of bio-based polymer blends and composites – Current trends and future developments. Express Polymer Letters, 12: 24-57.
• Gairola, S., Naik, T.P., Sinha, S., Singh, I. 2022. Corncob waste as a potential filler in biocomposites: A decision towards sustainability, Composites Part C: Open Access, 9.
• Guimarães, J. L., Wypych, F., Saul, C. K., Ramos, L. P., Satyanarayana, K. G. 2010. Studies of the processing and characterization of corn starch and its composites with banana and sugarcane fibers from Brazil. Carbohydrate Polymers, 80(1): 130–138.
• Gurunathan, T., Mohanty, S., ve Nayak, S. K. 2015. A review of the recent developments in biocomposites based on natural fibres and their application perspectives. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 77: 1–25.
• Ilyas, R. A., Sapuan, S. M. 2020. Biopolymers and biocomposites: chemistry and technology. Current Analytical Chemistry, 16(5): 500–503.
• Jambeck, J.R., Andrady, A., Geyer, R., Narayan, R., Perryman, M., Siegler, T., Wilcox, C., Lavender Law, K., 2015. Plastic waste inputs from land into the ocean. Science, 347: 768-771.
• Jurado-Contreras, S., Navas-Martos, F. J., Rodríguez-Liébana, J. A., Moya, A. J., La Rubia, M. D. 2022. Manufacture and characterization of recycled polypropylene and olive pits biocomposites. Polymers, 14(19): 4206. Karaman S. 2006. Hayvansal üretimden kaynaklanan çevre sorunları ve çözüm olanakları. Journal of Science and Engineering, 9 (2): 133-139.
• Kaya P., Aktan H. E. 2011. Türk tarım sektörü verimliliğinin parametrik olmayan bir yöntemle analizi. Uluslararası Alanya İşletme Fakültesi Dergisi. 3(1): 261-282.
• Khot, S. N., Lascala, J. J., Can, E., Morye, S. S., Williams, G. I., Palmese, G. R., Wool, R. P. 2001. Development and application of triglyceride-based polymers and composites. Journal of Applied Polymer Science, 82(3): 703–723.
• Kılınç E. C., Şahbaz Kılınç N. 2021. Türkiye’de tarımsal üretim-gelir ilişkisi: düzey-2 bölgeleri üzerine bir uygulama. Verimlilik Dergisi. (2): 177-192.
• Kök F. 2021. Organik atıkların yönetimi, geri dönüşümü ve uygulamaları. UCBAD. 4(2): 99-108.
• Kuciel, S., Liber-Kneć, A. 2011. Biocomposites based on PHB filled with wood or kenaf fibers. Polimery, 56(3): 218-223.
• Kumar, S., Saha, A. 2022. Effects of particle size on structural, physical, mechanical and tribology behaviour of agricultural waste (corncob micro/nano-filler) based epoxy biocomposites. J Mater Cycles Waste Manag 24: 2527–2544.
• Lau, K., Ho, M., Au-Yeung, C., Cheung, H. 2010. Biocomposites: their multifunctionality. International Journal of Smart and Nano Materials, 1(1): 13–27.
• Liu, X., Cheng, L. 2016. Influence of plasma treatment on properties of ramie fiber and the reinforced composites. Journal of Adhesion Science and Technology, 31(15): 1723–1734.
• Lomelí Ramírez, M. G., Satyanarayana, K. G., Iwakiri, S., de Muniz, G. B., Tanobe, V., Flores-Sahagun, T. S. 2011. Study of the properties of biocomposites. Part I. Cassava starch-green coir fibers from Brazil. Carbohydrate Polymers, 86(4): 1712–1722.
• Luo, S., Netravali, A. N. 1999. Journal of Materials Science, 34(15): 3709–3719.
• Luo, X., Benson, R. S., Kit, K. M., Dever, M. 2002. Kudzu fiber-reinforced polypropylene composite. Journal of Applied Polymer Science, 85(9): 1961–1969.
• Manu, T., Nazmi, A. R., Shahri, B., Emerson, N., Huber, T. 2022.Biocomposites: A review of materials and perception. Materials Today Communications, 31(10): 1-10.
• Mohd Bakhori, S. N., Hassan, M. Z., Mohd Bakhori, N., Jamaludin, K. R., Ramlie, F., Md Daud, M. Y., Abdul Aziz, S. 2022. Physical, mechanical and perforation resistance of natural-synthetic fiber ınterply laminate hybrid composites. Polymers, 14(7): 1322.
• Müssig, J. 2008. Cotton fibre-reinforced thermosets versus ramie composites: a comparative study using petrochemical- and agro-based resins. Journal of Polymers and the Environment, 16(2): 94–102.
• Núñez-Decap, M., Wechsler-Pizarro, A., Vidal-Vega, M. 2021. Mechanical, physical, thermal and morphological properties of polypropylene composite materials developed with particles of peach and cherry stones. Sustainable Materials and Technologies, 29: 1-7.
• Obasi, H. C. 2015. Peanut husk filled polyethylene composites: effects of filler content and compatibilizer on properties. Journal of Polymers, 2015, 1–9.
• Ochi, S. 2006. Development of high strength biodegradable composites using Manila hemp fiber and starch-based biodegradable resin. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 37(11): 1879–1883.
• Özkan, G., Gültekin Subaşı, B., Kamiloğlu Beştepe, S. Çapanoğlu Güven, E. 2022. Sürdürülebilir gıda ve tarımsal atık yönetimi. Çevre İklim ve Sürdürülebilirlik, 23(2): 145-160.
• Paul, V., Kanny, K., Redhi, G. G. 2015. Mechanical, thermal and morphological properties of a bio-based composite derived from banana plant source. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 68: 90–100.
• Pfister, D. P., Larock, R. C. 2011. Cationically cured natural oil-based green composites: Effect of the natural oil and the agricultural fiber. Journal of Applied Polymer Science, 123(3): 1392–1400.
• Prachayawarakorn, J., Chaiwatyothin, S., Mueangta, S., Hanchana, A. 2013. Effect of jute and kapok fibers on properties of thermoplastic cassava starch composites. Materials ve Design, 47: 309–315.
• Reddy, T. R. K., Kim, H.-J., Park, J.-W. 2016. Renewable biocomposite properties and their applications. Composites from Renewable and Sustainable Materials. 10: 177-197.
• Righetti, M. C., Cinelli, P., Mallegni, N., Stäbler, A., Lazzeri, A. 2019. Thermal and mechanical properties of biocomposites made of poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) and potato pulp powder. Polymers, 11(2): 308.
• Sarikaya, E., Çallioğlu, H., Demirel, H. 2019. Production of epoxy composites reinforced by different natural fibers and their mechanical properties. Composites Part B: Engineering, 167:461-466.
• Satyanarayana, K. G., Arizaga, G. G. C., Wypych, F. 2009. Biodegradable composites based on lignocellulosic fibers—An overview. Progress in Polymer Science, 34(9): 982–1021.
• Sertolli, A., Gabnai, Z., Lengyel, P., Bai, A. 2022. Biomass Potential and Utilization in Worldwide Research Trends—A Bibliometric Analysis. Sustainability, 14(9): 5515.
• Singh, T., Gangil, B., Patnaik, A., Biswas, D., Fekete, G. 2019. Agriculture waste reinforced corn starch-based biocomposites: effect of rice husk/walnut shell on physicomechanical, biodegradable and thermal properties. Materials Research Express, 6(4): 436-450.
• Singh, T., Tejyan, S., Patnaik, A., Singh, V., Zsoldos, I., Fekete, G. 2019. Fabrication of waste bagasse fiber‐reinforced epoxy composites: Study of physical, mechanical, and erosion properties. Polymer Composites, 40(9): 3777–3786.
• Sümer, S. K., Kavdir, Y., Çiçek, G. 2016. Türkiye de tarımsal ve hayvansal atıklardan biyokömür üretim potansiyelinin belirlenmesi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Doğa Bilimleri Dergisi, 19: 379–387.
• Şahin, Y.2015. Kompozit Malzemelere Giriş. Seçkin Yayınevi, İstanbul, 31-128.
• Väisänen, T., Das, O., ve Tomppo, L. 2017. A review on new bio-based constituents for natural fiber-polymer composites. Journal of Cleaner Production, 149: 582–596.
• Varghese, J. T., Sarath Raj, N. S., Jiji, G. 2021. Development of biodegradable composites and investigation of mechanical behaviour. Materials Today: Proceedings, 38: 3378–3385.
• Yaman K. 2012. Bitkisel atıkların değerlendirilmesi ve ekonomik önemi. Kastamonu University Journal of Forestry Faculty. 12(2): 339-348.
• Yıldızhan, Ş., Çalık, A., Özcanlı, M. Serin, H. 2018. Bio-composite materials: a short review of recent trends, mechanical and chemical properties, and applications. European Mechanical Science, 2(3): 83-91.
• Zahid Rayaz Khan, M., Srivastava, S. K. 2018. Development, characterization and application potential of bio-composites: a review. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 404: 012028.