Nano Teknolojinin Ahşap Endüstrisine Sunduğu İmkanlar
Dr. Zeki Candan Prof.Dr.Turgay Akbulut
1. Nanobilim ve Nanoteknoloji
Nanobilim; atomik ve moleküler seviyede malzemeler üzerindeki temel çalışma olarak tanımlanmaktadır (Roughley 2005). Bilim dalları malzemeleri incelediğinden, nanobilim de geniş çaplı ve çok disiplinli bir bilim dalıdır. Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı tarafından nanobilim; hem küçük moleküler olan, hem de tüm boyutlarıyla makroskopik olan sistemlerinkinden çok farklı (genellikle yararlanılabilecek sıra dışı ve beklenmeyen yönlerde) dinamik özelliklere neden olan nanoskopik (1 nm – 100 nm) boyutların en az birine sahip olan sistemlerin yapılarını, dinamiklerini ve özelliklerini inceleyeOrtam Eklen bilim dalı olarak tanımlanmaktadır (TÜSİAD, 2008).
Nanoteknoloji nanobilimin, biyolojiden bilgi teknolojilerine kadar birçok alanda fonksiyonel uygulaması olarak ifade edilmektedir. Bir nanometre, bir metrenin milyarda biri, bir başka ifadeyle, insan saçından 80.000 kez daha incedir. Nanobilimin ayırt edici özelliği, nanoboyutlu yapı ve fonksiyonelliğin yükselen anlaşılırlığı ve teknik kontrolüdür. Bu sadece yeni materyaller ile ilgili değil, aynı zamanda yeni prosesler, yeni formlar ve eski malzemelerin yeni fonksiyonellikleri ile de ilgilidir (Çıracı, 2005; Jones et al. 2005).
Aşağıdaki şekilde, nanometre boyutundaki nesnelerin makro ve mikro objeler ile görsel karşılaştırılması gösterilmiştir.
Şekil 1 Nano, Mikro ve Makro Boyuttaki Cisimler (USA DOE, 2006)
2. Nanoteknolojinin Gelişimi ve Dünyadaki Genel Durumu
Nobel ödüllü fizikçi Richard Feynman “There’s plenty of room at the bottom” sözü ile 1959 yılında nano-ölçek kavramını Dünya’da ilk defa ortaya koymuştur.
Nanoteknoloji, internetin icadından sonra üretim artışında en büyük buluştur ve bazı bilim adamları ikinci sanayi devrimi olarak ifade etmektedir. Sadece 2004 yılında nanoteknoloji ile ilgili 7000 araştırma makalesi yayınlanmıştır. Nanobilim ve nanoteknolojinin içinde bulunduğumuz yüzyılda global ekonomik büyüme ve gelişmede kritik bir rol üstleneceği beklenmektedir. Nanoteknolojinin, dünyada kullanılan mevcut malzemeler ve üretim süreçleri bakımından teknoloji ve endüstride bir devrim yapacağı düşünülmektedir (Jones et al. 2005; Çıracı, 2005).
ABD’nin Federal Araştırma Fonu (NSF), nanoteknolojinin bir çeyrek yüzyıl içinde 2 milyon kişiye yeni iş alanı oluşturacağını tahmin etmektedir. NSF, nanoteknolojiye gelecek dört yılda ortalama 1 milyar $/yıl bütçe ayıracaktır. Uzay programının ilk günlerinden buyana endüstriyel AR-GE için ayrılan en büyük bütçelerden biridir (Jones et al. 2005).
Nanobilim ve nanoteknoloji araştırmaları için gelişmiş ülkelerde kamu sektörü 2005 yılında toplam 6 milyar dolar yatırım yapmıştır. Son yıllarda ABD, Japonya, AB ülkeleri, Kore, İsrail, Güney Afrika Birliği, Kanada gibi ülkelerde her biri 100 milyon doların üzerinde harcama yapılarak, çok sayıda ulusal araştırma merkezleri kurulmuştur. ABD’de Stanford, Harvard, Cornell gibi tanınmış 13 üniversitede kamu tarafından nanoteknoloji merkezleri kurulmuştur. ABD’de 2015 yılında nanoteknoloji ürünlerinin satışlarının 3 trilyon dolara erişmesi beklenmektedir (Çıracı, 2006).
3. Türkiye’de Nanoteknolojinin Gelişimi
Gelecekte kilit bir öneme sahip olacak nanoteknoloji alanında bu nispeten başlangıç sürecinde yetkinlik kazanmak ve doğru adımları atmak, Türkiye’de güvenlik ve refah seviyesinin yükseltilmesi, rekabetçi ve sürdürülebilir bir kalkınma hedefi doğrultusunda çok önemli bir adım teşkil edecektir. Dünya’da 1990’lı yılların başlarında gelişmekte olan nnaoteknoloji politikaları Türkiye’de 2000’li yılların başından itibaren çeşitli adımlar atılmaya başlanmıştır. Bunların en önemlilerinden birisi de 2023 yılı Türkiye Vizyonu çerçevesinden nanoteknolojiyi bu vizyona ulaşılmasında gerekli ve öncelikli teknolojik faaliyet alanlarından biri olarak tanımlayan Vizyon 2023 Strateji Belgesi’dir (TÜSİAD, 2008).
Ortadoğu Teknik Üniversitesi (ODTÜ), Bilkent Üniversitesi, Hacettepe Üniversitesi, Sabancı Üniversitesi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul Üniversitesi, Koç Üniversitesi, Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, TÜBİTAK MAM Marmara Araştırma Merkezi, İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Anadolu Üniversitesi, Osmangazi Üniversitesi, Yıldız Teknik Üniversitesi başta olmak üzere ülkemizde çeşitli üniversitelerde nanoteknoloji laboratuvarları kurulmuş olup bu konuda araştırma ve geliştirme faaliyetleri devam etmektedir. Üniversitelerin yanı sıra bazı özel sektör firmaları da kendi bünyelerinde nanoteknoloji alanında araştırma ve geliştirme faaliyetleri yürütmektedir (Candan, 2012; TÜSİAD, 2008).
Türkiye’de orman ürünleri alanında nanoteknoloji araştırmaları yapan bir laboratuvar yakın zamana kadar mevcut değildi. Bu kapsamda laboratuvar altyapısı ve cihazların temini için 2008 yılında ulusal ve uluslararası proje çalışmalarına başlanmış olup 2010 yılında tamamlanmıştır. Türkiye’nin konu ile ilgili ilk “Nanoteknoloji Laboratuvarı” ile “Termal Analiz Laboratuvarı” devlet ve özel sektörden sağlanan yaklaşık 400.000 ¨‘lik proje destekleri ile İstanbul Üniversitesi Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü Odun Mekaniği ve Teknolojisi Anabilim Dalı bünyesinde kurulmuştur. Nanoteknoloji & Termal Analiz Laboratuvarları’nda nanobilim ve nanoteknolojinin ahşap endüstrisindeki uygulamaları üzerine ARGE ve inovasyon çalışmaları yapılmaktadır. Ulusal ve uluslararası bilimsel araştırmaların yanı sıra üniversite-sanayi işbirliği vizyonu ile ortak inovasyon çalışmaları da başarıyla sürdürülmektedir.
Şekil 2: İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi’nde yer alan Nanoteknoloji Laboratuvarı ile Termal Analiz Laboratuvarı
4. Nanoteknolojinin Ahşap Endüstrisindedeki Uygulamaları
Nanoteknolojinin öncelikle tıp, biyoteknoloji, ilaç, malzeme, elektronik, savunma, tekstil, otomotiv, inşaat, enerji vb. alanlarda kullanılması yönünde çeşitli araştırmalar yapılmaya başlanmış olmasına karşın, ahşap endüstrisinde kullanılması çok daha yenidir.
Nanobilim ve nanoteknolojinin potansiyel avantajlarının kullanılması suretiyle son kullanım yeri performansı geliştirilmiş, yeni nesil, çevre dostu, sağlığa zararlı etkileri azaltılmış ürünlerin geliştirilmesine katkı yapılabilir. Güçlendirilmiş malzemelerin üretiminin gerçekleştirilmesi ve ürün yelpazesine eklenmesi suretiyle üreticilerin hem yurt içinde hem de uluslararası pazarlardaki rekabet gücü artırılabilir (Candan, 2012).
Nanoteknoloji, mühendislik ürünü ahşap kompozit malzemelerin üretimi için bütünüyle yeni yaklaşımlar geliştirmek için bir potansiyel sunmaktadır. Geniş bir yelpazede yeni veya geliştirilmiş ahşap esaslı malzemelerin üretilmesini nanoteknoloji sağlayabilir. Nanoteknoloji, hammadde üretiminden kompozit ve kâğıt ürünleri için yeni uygulamalara, fonksiyonel nanoboyutta lignoselüloziklerin yeni jenerasyonlarına kadar genişleyen bütün yönleriyle orman ürünleri endüstrisini dönüştürebilir (Jones et al. 2005). Nanoteknolojinin orman ürünleri endüstrisi üzerinde bir etkiye sahip olduğu, ancak bunun yakın zamanda değil, uzun dönem içinde söz konusu olabileceği ifade edilmektedir (Roughley, 2005). Halen kullanılmakta olan hammaddelerin geliştirilmesi suretiyle nanoteknolojinin endüstriyi güçlü bir şekilde etkileyebileceği belirtilmektedir. Nanoteknoloji, orman ürünleri endüstrisinin amaçlarına ulaşmasına yardımcı olabilecek çok büyük bir potansiyele sahip bulunmaktadır (AFPA, 2006).
Nanoteknoloji kullanımı ile ahşap malzemelere yüksek direnç, su dayanımı, termal stabilite gibi özellikler kazandırılabilir.
Nanoteknoloji ile geliştirilen yeni tip tutkal ve yüzey kaplamaları, geliştirilmiş rutubet ve çürüme dayanımı sağlayabilir. Böylece ahşap malzemelerin kullanım ömrünün uzaması sağlanabilir.
Çelik/beton konstrüksiyon materyalleri ile rekabet göz önüne alındığında yangın ve yapısal güvenlik, önemli bir husus olarak görülmektedir. Yeni konstrüksiyon projelerinde VOC emisyonlarının azaltılması, potansiyel olarak önemlidir. Mühendislik ürünü ahşap kompozitlerinden VOC’lerin emisyonu, çevre açısından önemli bir sorundur. Nanoteknoloji, VOC’lerin emisyonunun azaltılması konusunda değişik çözüm yolları ortaya koyabilir. Formaldehit içermeyen yüksek performanslı reçinelerin geliştirilmesi, orman ürünleri endüstrisinin belirli alanları için başlıca bir buluş olabilir. Ahşap koruma konusu rutubet kontrolü ile bağlantılıdır. Ticari olarak çeşitli ürünler mevcuttur fakat çelik ve beton benzeri inorganik materyaller ile rekabet için daha iyi bir korumaya ihtiyaç duyulmaktadır.
Ahşap malzemelerin yanma özelliği, konstrüksiyonda geniş kullanımını sınırlayan bir husus olarak ortaya çıkmaktadır. Çok fonksiyonlu malzemeler kullanmak suretiyle tek seferde birkaç performans avantajını elde etme konsepti, kesinlikle önemli bir fırsattır. Örneğin; yanmayı geciktirme, UV direncini artırma ve yüzey aşınma direncini aynı zamanda iyileştiren bir işlem nanoteknoloji ile geliştirilebilir (Roughley, 2005).
Prosesteki enerji tüketimini ciddi oranlarda azaltmak suretiyle, her birim ürün başına daha az hammadde kullanarak ve ürün bozunmasını düşürmek suretiyle orman ürünleri hammadde dönüşüm proseslerinin verimliliğini dikkat çekici şekilde yükseltmek için nanoteknoloji bilimi ve mühendisliğinin uygulamaları bulunmaktadır.
Kesici sistemlerin ve bıçak ağızlarının güçlendirilmiş sertliği için metal matris teknolojileri kullanılabilir. Bu şekilde ahşap işleme sonucu meydana gelen artıklar azaltılabilir. Bu tür sistemler, nanoteknolojik uygulamalar ile diğer endüstrilerde mevcut bulunmaktadır. Ahşap işleme endüstrisinde de maliyet etkinliği gözetilerek benzer teknolojilerin uygulanması için çalışmalara ihtiyaç duyulmaktadır. Fakat bu konudaki gelişmeler uzun dönemler alabilir (Roughley, 2005).
Nanoteknoloji uygulamaları ile ahşap malzemede kurutma zamanını düşürmek, ahşap malzemelerin dayanıklılığını artırmak amacıyla nanoboyut teknolojisi üzerine araştırmalar yapılabilir. Ahşap ürünlerinde ve yapı sistemlerinde, kâğıt ürünlerinin geri dönüştürülebilirliğinin iyileştirilmesinde ve lif izleme-etiketlemenin mümkün kılınmasında nanoteknolojik imkânlar kullanılabilir (AFPA, 2006).
5846 sayılı yasa gereği lütfen gerektiği gibi kaynak göstermeden alıntı yapmayınız
Not: Bu makalenin yazımında Dr. Zeki Candan’ın doktora tezinden istifade edilmiştir.
E-posta: zekic@istanbul.edu.tr, takbulut@istanbul.edu.tr