Ateş tuğlalarından vegan peynire kadar.
Küresel sıcaklıkların 1,5 derece Celsius’tan fazla yükselmemesi için 2035 itibarıyla salınımları yarıya indirmemiz gerekiyor; fosil yakıt yakma bakımından bu sene muhtemelen başka bir rekor kıracak olsak bile… Yine de bu yılın kazanan projelerinde sergilenen harika mühendislikler, zorluğun üstesinden gelebileceğimize dair umut veriyor. Yeni tipteki termal bir pil, çimentodan kimyasallara kadar her şeyin ardındaki endüstriyel işlemlere güç sağlayan ısıyı karbondan kurtarmamıza olanak sağlayacak. Yeni ve ucuz lazerler, çelik yapımında yenilenebilir enerji kullanarak maden cevherlerini saf demire dönüştürmeye yardımcı oluyor. Gıdada karşılaşılan güçlükler farklı tipte buluşlar meydana getirdi: Tarımsal atıkları çöp alanlarına taşıyıp ayrıştırmak yerine neden biçerdöver tarzı bir robot yapıp onları karbondan ayıran, toprağı zenginleştiren biyolojik kömüre dönüştürmüyoruz? Zararlılarla mücadele konusunda mRNA müdahale adı verilen bir yöntem, biyomühendislerin özellikle baş belası olan bir böcek için akıllı ilaç geliştirmesine olanak sağlıyor. Bu yıl gıdadaki en mucizevi gelişme, formülünü yapay zekanın bulduğu ve gerçekten de lezzetli olan vegan bir peynir olabilir.
Büyük Ödül
Electrified Thermal Solutions’un (ETS) Joule Hive “ateş tuğlası” termal pili: 21’nci yüzyılda daha temiz bir ateş tuğlası
Rüzgar ve güneş enerjisinde maliyetler düşse de pil maliyetleri, ekonominin karbondan arındırılması yolunda gitmek bilmeyen bir engel olmaya devam ediyor. Sonuçta Güneş her zaman ışıldamıyor ve rüzgar da hep esmiyor. Bu sorun, çok yüksek sıcaklıkların gerektiği ve genelde ocakların 7/24 çalıştığı çimento, çelik, cam ve kimyasal üretim gibi ağır sanayiler için özellikle problemli. Ağır sanayi için ısı üretmek amacıyla fosil yakıt yakılması, dünyanın CO2 salınımlarında yaklaşık %17’lik bir bölümden sorumlu.
Bu sorun için bulunan etkileyici bir çözüm de Joule Hive: Bronz Çağı’na kadar giden bir teknoloji olan ve ısıyı yalıtımlı yapılarda depolayan ateş tuğlalarının 21’nci yüzyılda uygulanması. Joule Hive temiz elektrik kullanarak, içi sıcak seramik tuğlalarla dolu olan nakliye konteyneri boyutundaki bir kutuda 1800 derece Celsius kadar yüksek sıcaklıkları koruyabiliyor. Joule Hive’in aleve yakın sıcaklıklara kadar ısıttığı kutudaki kanallar, bir soğuk hava akışı yoluyla ısıyı fabrikadaki işlemlere dağıtıyor. MIT’de yaklaşık on yıl süren araştırmalar, üzerinde ufak düzenlemeler yapılan metal oksitlerin Joule Hive gibi performans göstermesiyle sonuçlanmış. Bu tuğlalar, elektriği iletebilen belli bileşenlerin yalıtım sağlayan başka bileşenler arasına yerleştirilmesiyle ısıyı tutuyor.
Elektriğin havadan gelen oksidasyonla birleşerek sonunda ısıtma parçasını yaktığı eski tost cihazınızın aksine, Joule Hive tuğlaları halihazırda oksitlenmiş durumda. Antik teknolojiye uygulanan bu yeni yaklaşım, Joule Hive’in daha yüksek sıcaklıklara ulaşmasını sağlıyor ve rakiplerine göre daha düşük bakım gerektiriyor. Geçenlerde Stanford’da yapılan bir çalışmada, yenilenebilir elektrikle ısıtılan ateş tuğlalarının dünya çapında geniş şekilde kullanılması durumunda, ağır sanayide ısı için yakılan fosil yakıtların %90’ını ortadan kaldırabileceği bulunmuş. ETS, ticari ölçekteki ilk kurulum için 2025 yılında San Antonio’daki Southwest Araştırma Enstitüsüne bir Joule Hive yerleştirecek.
Applied Carbon’dan taşınabilir biyokömür tarla robotu: Tarımsal atığı toplayarak, tarlada biyokömüre dönüştürme
Çevredeki karbonu en çok gideren on firmadan dokuzu, biyokömür olarak bilinen antik bir yöntemin modern türlerini kullanıyor. Odun kırıntılarını veya kuruyemiş kabukları gibi özellikle yoğun olan tarımsal atıkları oksijenden yoksun ortamlarda ısıtmak (piroliz adıyla da bilinen bir işlem), bu biyokütleyi biyokömür olarak da adlandırılan ve bakteriler ile mantarların daha fazla ayrıştıramadığı siyah karbona dönüştürüyor. Fakat ortada bir ölçeklendirme problemi var: Milyarlarca ton karbonu ayıracak kadar yoğun odun atığı yok.
Applied Carbon’un buluşu ise bitkilerin sapları, kabukları ve yaprakları çok yoğun olmasa bile mısır, buğday ve şeker hasatlarından sonra kalan devasa atıklarla başa çıkabilen yeni bir piroliz odası geliştirmek olmuş. Applied Carbon’un robotu tarladaki atığı piroliz ederek, yardımcı bir yan ürün olarak sentez gazı üretiyor. Robot sonrasında bu gazı ayrıştırıp yakarak, odada 760 derece Celsius’un üzerindeki sıcaklara ulaşılmasına yardımcı oluyor. Biyokömürün bırakılacağı tarlada yapılması, maddeyi merkezi bir tesise götürüp getirmenin yol açtığı ek salınım ve maliyetleri ortadan kaldırıyor. Şirket yaz boyunca Teksas’taki mısır tarlalarında dört robot görevlendirerek, atıkları biyokömüre dönüştürmüş ve karbon kredisi satmış.
Firma uzun vadede robot satmayı ya da daha büyük türlerini kiralamayı planlıyor ve dünyadaki ekili bitkilerden çıkan atıkların her yıl yaklaşık 2 milyar ton CO2’yi hapsedebileceğini tahmin ediyor. Kurucu ortak Jason Aramburu, gelecekteki araçlarını yarı şaka yollu Star Wars’taki Jawa araçlarına benzetiyor; ancak bunlar, ölü robotlar yerine bitki sapları ve mısır koçanları toplayan robotlar.
GreenLight Biosciences’tan Calantha: Mesajcı RNA müdahalesiyle hassas biyozehir
Domateslere, patlıcanlara, dolmalık biberlere ve tabi ki patateslere musallat olan Kolorado patates böceği, en doymak bilmez ve böcek ilaçlarına karşı dayanıklı böceklerden bir tanesi. Çok sayıda kimyasala karşı direnç geliştiren bu böcek, dünya çapında yılda 500 milyon dolar kadar mahsul kaybına sebep oluyor. GreenLight Biosciences şirketinin geliştirdiği Calantha, böceği öldürmek için daha güçlü ve daha yüksek dozlu kimyasallarla silah yarışını kızıştırmak yerine böceğin vücudundaki önemli proteinlerin çoğalmasına güdümlü şekilde müdahale ediyor. Hatta GreenLight Biosciences’daki araştırmacılar biyoenformatik veri tabanlarını tarayarak, bal arıları ve diğer zararsız türlere gelecek tali hasardan kaçınmak için bozulması gereken doğru geni keşfetmiş.
2006 yılında Nobel Ödülü kazanan bir çalışmanın uygulanması olan Calantha, çiftçilerin geleneksel püskürtücülere tipik bir böcek ilacı gibi “atabileceği” çift sarmallı RNA’dan oluşuyor. Böcek RNA’yı sindirdiğinde, hasarlı proteinlerin ortadan kaldırılması için önem taşıyan PSMB5 isimli bir gene yönelik mesajcı RNA talimatlarına bağlanarak müdahaleyi tetikliyor. Bu mRNA’lar daha sonra böceğin bağırsak hücrelerinde bozulmak üzere hedef alınıyor ve böcekte hasar görmüş proteinlerin ölcümcül seviyere yükselmesine sebep oluyor.
Calantha, başarısına rağmen böceklerde bağışıklık gelişme tehlikesine karşı savunmasız değil. Bu yüzden GreenLight, çiftçilerin Calantha’yı geleneksel böcek ilaçlarıyla dönüşümlü olarak kullanmasını öneriyor. Yine de firma, kimyasal kullanımını azaltan herhangi bir teknolojinin tüketiciler yönünden önemli bir tercih sebebi olacağını düşünüyor. İlk iki partiyi satan Calantha’nın patates böceği ilacındaki pazar payı %10’u geçmiş durumda.
Climax Foods’dan vegan peynir: Formülünü yapay zekanın bulduğu bitki tabanlı mavi peynir, krem peynir ve feta peyniri
Peynirin sera gazı ayak izi, domuz eti veya tavuktan daha kötü. Fakat vegan üreticiler şimdiye kadar tat, doku ve genel lezzetin şifresini kıramamıştı. Kaliforniya merkezli Climax Foods, bu konuyu ele almak üzere koku ve gerilebilirlik gibi peynir özellikleri için bir ölçübilim eğitim seti oluşturmuş. Ardından ise yapay zeka kullanıp peynir üreticileriyle bilgiye dayalı tahmin çalışması yürüterek, sütten yapılan peynirle aynı ölçütleri karşılayan bitki tabanlı formüller geliştirmişler.
Michelin yıldızlı şef Dominik Crenn, kabak çekirdeği, kenevir proteini tozu, kuru fasulye ve Hindistan cevizi yağının oluşturduğu ana bileşenlerle ortaya çıkan mavi peynirin, “bir vegan peynir için hayal edilemeyecek türden” olduğunu söylüyor. Climax, prestijli İyi Gıda ödülünü kazanan şimdiye kadarki ilk vegan peynir üreticisi olmuştu fakat süt ürünleri çevrelerinden gelen şikayetler, yapay süt ürünlerinin karşılaştığı korumacı ve yasal entrikaların gölgesinde ödülün son dakika iptal edilmesine sebep oldu.
Şimdilik Climax, övgü dolu haberlerden yararlanarak işleri büyütmek istiyor ancak ek yatırım “pisti” ararken işten çıkarmalarla karşı karşıya kaldı. Şirketin, “Laughing Cow” üreticisi Bel Group ile ve henüz adı verilmeyen ikinci bir üretici ile lisans anlaşması var. Bu arada mavi peynir internette ve Kaliforniya, New York ile Las Vegas’taki seçili restoranlarda bulunabilir.
Limelight Steel’den lazer ocak: Demir cevherinin çelik için lazer yardımıyla %95 daha düşük salınımla işlenmesi
1985 yılında 1 watt’lık lazer yaklaşık 1 milyon dolar tutuyordu. Günümüzde ise aynı boyuttaki bir lazer sadece 1 dolar tutuyor. Oakland merkezli Limelight Steel çelik şirketi, salınımları azaltmak üzere bu “lazerlerin Moore Kanunu’ndan” faydalanarak çelik için demir cevheri işlemeyi yeniden icat etmiş. Sonuçta dünyanın çelik üretim endüstrisinin %75’i hâlâ kömürle yakılan maden eritme ocakları kullanıyor ve endüstri bir bütün olarak küresel salınımların %8’inden sorumlu. Limelight Steel’in işleminde, lazer ışığı ayna ve merceklerle cevher yüzeyine doğrultuluyor ve 1.500 derece Celsius’un üzerindeki sıcaklıklara ulaşılıyor. Lazerlerin oluşturduğu bu özel şartlar, cevherde demir ve oksijen arasındaki bağları karbon veya pahalı yeşil hidrojene ihtiyaç kalmadan kopararak, istenmeyen oksijeni götüren bir güvenlik elemanı gibi davranıyor. Limelight sonrasında standart çelik yapım yöntemlerini takip ederek, karışımın üzerinde cüruf oluşturup saf yoğun demirin alttaki bir kanaldan dışarı akmasını sağlıyor. Son olarak çelik üreticileri, bu saf demiri ufak miktarlarda karbon ve diğer elementlerle karıştırarak farklı ölçeklerde çelik meydana getiriyorlar.
CTO ve kurucu ortak Andy Zhao, lazerlerin elektriği ışık enerjisine dönüştürme noktasında %70 -80 verimliliğe ulaştığını söylüyor. Yenilenebilir enerjiyle güç sağlandığında ise işlem, geleneksel çelik yapımına göre %95 daha düşük salınım meydana getiriyor. ARPA-E’nin 2,9 milyon dolarlık hibesiyle fikrin uygulanabilirliğini gösteren Limelight, 2025’te yıllık 100 ton üretme kapasitesi olan pilot ölçekli bir tesis planlıyor.
Yazar: Andrew Rosenblum/Popular Science. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
