Doğal elyaflar ağaç, pamuk, keten, kenaf ve kenevir gibi malzemelerden üretilen biyo-tabanlı materyallerdir. Tüm bu malzemeler çevre açısından daha az zararlı ve kolaylıkla üretilebilir olmalarıyla öne çıkmaktadır. Doğal elyaflı kompozitlerin üretiminde kullanılan ham maddeler çevre dostu malzemeler olmalarının yanında önümüzdeki yıllarda sentetik elyafların da yerini alabilme potansiyelleriyle dikkat çekiyor.
Çevre dostu ürünler konusundaki bilinçlenme ve bu tür ürünlere yönelim, tüketicilerin kazançlarındaki artış ve geri dönüşüme uygun ürünlerin giderek daha çok kabul görüyor olması bu pazarın büyümesinde kilit rol oynayan gelişmeler.
Doğal Elyaflı Kompozitlerin Özellikleri
Doğal elyaflı kompozitler (NFC) aynı ağırlıktaki cam elyafına kıyasla %25 ila 30 daha güçlü olmalarıyla öne çıkıyor. Doğal elyaftan üretilen kompozit malzemeler parça ağırlığını azaltmaya ve böylelikle de toplam enerji tüketimini kısmaya yardımcı oluyor. Bunun yanında NFC’lerin kalıplama sürecinde de cam elyafının kalıplanmasına kıyasla daha az enerji tüketiliyor. Bu da üretim maliyetlerini %10 kadar azaltmayı mümkün kılıyor.
Ancak bu malzemelerin neme hassas oluşu ve polimer matrisleriyle kurdukları bağların zayıflığı bu alandaki büyümenin önündeki başlıca engeller. Bu malzemeler nemi emdikçe lifleri şiştiği için otomotiv sektöründeki kullanımlarını ancak otomobillerin iç kısımlarıyla sınırlı kalıyor.
Ham madde konusunda öngörüler
NFC’lerde kullanılan başlıca ham maddeler arasında ağaç, pamuk, keten, kenaf ve kenevir yer alıyor. 2015’te toplam gelirlerin %59,3’ünü getiren ağaç, pazarın hâkim malzemesi konumunda. Bu trendin 2024’e kadar devam etmesi öngörülüyor. Ağacın avantajları arasındaki sağlamlık ve dayanıklılık da bu malzemenin önümüzdeki yıllarda kullanımına hız kazandıracak faktörler arasında sayılıyor.
Keten de yaygın olarak kullanılan bir diğer malzeme. 2015’teki pazar payı %13’tü. Keten, karbondioksit salınımına katkı yapmaması, titreşimleri azaltıcı niteliği ve karbon elyafına kıyasla daha yenilenebilir oluşuyla dikkat çekiyor. Ketenin avantajları arasında yüksek gerilim mukavemeti, ultraviyole ışınları engelleyebilmesi, titreşim emici niteliği ve su tutma kapasitesi sayılabilir. Bu özellikleri sayesinde sektörde en yaygın biçimde kullanılan ham maddeler arasında yer alıyor.
Pamuk da tohumdan elde edilen elyaflar kategorisinde yer alıyor. Bu tür elyaflara dünyanın dört bir yanında tekstil ürünlerinde sıklıkla rastlanıyor. Nem emici özellikleri bir yandan avantaj sağlarken bir yandan da pamuğu diğer doğal elyaflara kıyasla daha dayanıksız bir malzeme yapıyor. Kuru ağırlığının %20’sine varan oranda nemi emebilmesi dikkat çekici. Pazarın bu segmentinin tekstil ve spor malzemeleri sektörlerindeki büyümeyle artarak genişlemesi bekleniyor.
Kenaf da inşaat, petro-kimya emici maddeler, gıda ambalajları ve otomotiv gibi çeşitli sektörlerde giderek daha çok kullanılan bir malzeme. Son derece sürdürülebilir ve tümüyle geri dönüşüme tabi tutulabilir olmasıyla dikkat çekiyor. Biyo-bozunur ürünlere olan talepteki artışın bu pazardaki büyümeye hız vermede kilit bir rol oynaması muhtemel.
Kenevir bazlı kompozit malzemeler birçok alanda cam elyafının yerini alabilecek gibi görünüyor. Biyo-bozunur nitelikleri de bunların bir diğer avantajı. Otomotiv ve inşaat sektörlerinde çevre dostu ve yenilenebilir malzemelere olan talepteki artışın bu segmentlerdeki büyümeyi tetiklemesi bekleniyor.
Matrise ilişkin öngörüler
Matris pazarı; inorganik bileşikler, tabii polimerler ve sentetik polimerler gibi alt segmentlere ayrılmış durumda. Tabii polimer matrislerin öngörülebilir gelecekte en hızlı büyümeyi sergilemesi bekleniyor. Değişen yaşam tarzı ve yeşil trendler nedeniyle sürdürülebilir ürünlere olan talepteki artışın bu segmentlerdeki büyümeyi daha da hızlandıracağı öngörülüyor. İnorganik bileşikler piyasadaki en etkili matrisler arasında yer alıyor. Bunlar genellikle ağaçtan yapılma elyaflara uygulanıyor. İnorganik bileşiklerin 2015’teki pazar payı %43,4’tü. Önümüzdeki yıllarda da bu seviyelerin görülmesi bekleniyor. İnorganik bir matrisle birlikte uygulanan ağaçtan yapılan elyaflar daha yüksek sertlik, çatlamaya karşı dayanıklılık ve bunların sonucunda kompozit malzemenin çekme mukavemetinde artış gibi avantajlar sunuyor.
Doğal polimerler arasında nişasta ve kauçuk ilk akla gelenleri. Sentetik polimer deyince de PLA ve PHB (polihidroksi bütirat) gibi malzemeler akla geliyor. Yenilenebilir ve kolay bozunabilen ürünlere olan talepteki artışın önümüzdeki yıllarda piyasayı daha da canlandırması öngörülüyor. Bu segment 2015’te pazarın %25,1’ini oluşturmuş durumda.
Termoplastikler ve termosetler gibi sentetik polimerler ağaç elyafının kullanıldığı yerlerde matris unsuru olarak değerlendiriliyor. Bu segmentin gelecek yıllarda pazardaki payının ikinci sıraya çıkması muhtemel.
Teknolojiye ilişkin öngörüler
Teknolojiler bağlamında doğal elyaflı kompozit malzemeler piyasası enjeksiyon kalıplama, basınçlı kalıplama ve pultrüzyon gibi alt segmentlerden oluşuyor. Enjeksiyon kalıplamada düşük viskozite seviyesini sürdürmek için molekül ağırlığı düşük polimerler kullanılıyor. Bu işlemler genellikle büyük hacimli parça üretiminde kullanılıyor. Son kullanıcıya yönelik sektörlerin büyük hacimli üretim talebindeki artışın bu segmentin büyümesine katkıda bulunması bekleniyor.
Enjeksiyon kalıplamanın toplam gelirlerdeki payı 2015 itibarıyla %10’a ulaşmış bulunuyor. Bu yüksek hacimli, yüksek basınçlı kapalı kalıplama teknolojisi kompozit ürünlerin geliştirilmesinde sıklıkla kullanılıyor. Bu süreci iki adım takip ediyor: ön ısıtma ve basınç uygulaması.
Basınçlı kalıplama da otomotiv, ulaştırma, ev aletleri ve diğer yüksek hacimli segmentler için sağlam ve kompleks malzemeler üretmede kullanılan yüksek basınçlı ve yüksek hacimli bir diğer kalıplama teknolojisi.
Pultrüzyon ise demiryolu ulaşımı, havacılık ve uzay, tekneler ve denizcilik, spor malzemeleri, rüzgar türbini pervaneleri, depolama ve aşındırıcı sıvıların nakliyesi gibi sektörlere yönelik çeşitli ürünlerin üretiminde yaygın biçimde kullanılıyor. Hafif ve bakım gerektirmeyen, bir yandan da korozyona dayanıklı ve elektrik yalıtımında kullanılabilen ürünlere olan talebin bu segmentteki büyümeyi desteklemesi bekleniyor.
Uygulamalara yönelik öngörüler
NFC malzemeler genellikle otomotiv ve inşaat sektörlerinde kapı panelleri, koltuk arkaları, ön göğüs, astarlar, tavan döşemeleri, kaplamalar, korkuluklar, pencereler ve çerçeveler gibi ürünlerin üretiminde kullanılıyor. Elektronik ve spor ürünleri de piyasanın gelecek vaat eden segmentleri arasında. Telefon ve dizüstü bilgisayar kasaları, tenis raketleri, bisiklet gövdeleri ve kayaklar gibi birçok ürün de yine doğal elyaflı kompozit malzemelerden üretiliyor.
Doğal elyafla güçlendirilmiş biyo-kompozit malzemeler otomotiv sektöründe mekanik özellikleri güçlü ama hafif parçalar üreterek yakıt tasarrufu sağlamaya ve CO2 emisyonlarını kısmaya yardımcı oluyor. Bu malzemeler sayesinde otomobil üretiminde ağırlık %30 oranında, maliyetlerse %20 oranında aşağı çekilebiliyor. Bu segmentin 2015’te gelirlerdeki payı %30’un üzerindeydi.
Otomotiv sektöründe kullanılan NFC’ler ağaç elyaflarının yanı sıra keten, kenevir ve selüloz gibi cam elyaf alternatifleri de kullanılarak üretiliyor. Bu süreçler sonucunda ortaya çıkan ürünlerse modern materyallere göre daha hafif oluyor. Üretim süreçlerinde bu malzemelerin kullanımı maliyetlerde yaklaşık %20’lik bir düşüş sağlayabilmekte. Doğal elyaflar halihazırda yapı malzemesi olarak kullanılan sentetik ve metalik elyaflara kıyasla daha düşük maliyetli ve sürdürülebilir bir alternatif sunuyor. Bazı durumlarda çarpma dayanıklılığı, bükülgenlik ve çatlama dayanıklılığı gibi mekanik özellikleri cam elyafına kıyasla daha avantajlı olabilmektedir. Yapı segmenti 2015’te pazarın toplam hacminin %56’sını oluşturmuştur.
