süperkritik akışkan

• süperkritik akışkanlar, basınç ve sıcaklığın değiştirilmesi ile kimyasal yapılarında bir değişiklik olmayan fakat fizikokimyasal özellikleri (yoğunluk, difüzivite, dielektrik sabiti vb) gaz ile sıvı arasında değişen akışkanlardır. kritik noktalarının üzerinde basınç ve sıcaklık değiştirilerek sürekli olarak özellikleri ayarlanabilir çözücüler olarak düşünülebilirler. süperkritik akışkanlar, yoğunluk ve çözme gücü bakımından suya, difüzyon ve viskozite gibi taşınım özellikleri bakımından gaza benzemesinden dolayı etkili çözücüdürler.
• bir maddenin , basınç-sıcaklık faz diyagramında , gaz-sıvı denge eğrisi ileriye doğru hareket edilecek olursa, sıcaklık ve basıncı artar.
  
  ısıl genleşmeler nedeniyle, sıvının yoğunluğu azalırken; basıncın artmasından dolayı gazın yoğunluğu artmaya başlar. giderek iki fazın yoğunlukları birbirine yaklaşır, gaz ve sıvı arasındaki farklar kaybolur ve eğri bir kritik noktaya gelir. bu noktada madde artık “akışkan” olarak adlandırılabilir.
  
  böylece, maddenin sıcaklığı kritik sıcaklığının (tc), basıncı ise kritik basıncının (pc) üzerine çıkartıldığında katı, sıvı ve gaz fazlarından daha farklı, yeni bir bölge ortaya çıkar ve bu bölgedeki akışkan “süperkritik akışkan (sc)” olarak tanımlanır.
  
  ilk kez 1879 ‘da royal society seminerlerinde (londra) hannay ve hogart tarafından, bir katının yüksek basınçtaki gazda çözündüğü, basınç düşürülünce katının çöktüğü açıklanmıştır.bir kaç yıl sonra eduard buchner (1907’de biyokimya alanında nobel ödülü almıştır), uzun süren bir çalışmanın ardından bir model bileşik olarak naftalinin sc-co2 içindeki çözünürlüğü ölçmüştür.
  
  süperkritik akışkanların fizikokimyasal özelikleri sıvılarla gazların özelikleri arasındadır.bu özelik süperkritik akışkanların daha etkin bir çözücü olmasını sağlamaktadır.^*
  
  ayrıca çok derin jeotermal kuyuların açılma sebebidir, zira bu akışkanların enerji kapasitesi diğer kuyulara göre oldukça yüksek olabilir (40 mwe'a kadar çıkabilir tek kuyudan üretilen enerji^*).
• süperkritik akışkanlar geleceğimiz için muazzam imkanlara kavuşmamızda büyük bir öncülük edecekler. geleceğin gıdaları, kompakt gıdalar diye bir kategori oluşturacak olursak bunların hepsi süperkritik akışkan ekstraksiyon sayesinde elde edilecek. özellikle öyle uygulamaları var ki çöp diye nitelendirilen pek çok atık bu sistem ile bir başka değere dönüşebiliyor. bu sistem de yine döngüsel ekonominin çarklarını çevirmede oldukça etkili. bir prosesin atık çıktısı diğer prosesin ürünü olarak sisteme dahil olabiliyor. gerçek anlamda sıfır atıklı prosesler elde etmek mümkün hale geliyor.
  
  süperkritik akışkan ekstraksiyon sisteminde genel olarak co2 gazı kullanılmaktadır. nadirende olsa n2o gazının da kullanıldığı uygulamalar mevcuttur. ekstraksiyon işleminde co2 öyle bir faza gelir ki onun fazını ayrı bir noktada nitelendirmek zorundayız. çünkü katı, sıvı, gaz fazlarından çok ayrı bir noktada incelenmektedir. işlem sırasında co2'e uygulanan sıcaklık ve basınç ile süperkritik akışkan fazı elde edilir. bu aşamada süperkritik akışkanlar sıkıştırılmış gaz olarak görünür. yüksek yoğunluklu ve düşük sıkıştırılabilirliğe sahip bir sıvıya benzerler ve aynı zamanda yüksek difüzyona ve düşük viskoziteye sahip bir gaza benzerler. her iki fazın arasında kalarak bitki materyalleri içerisine yüksek nüfuz güçleri ve çözücü güçleri sayesinde, kimyasal uyumluluğu olan çözünenler için iyi bir çözücü haline gelir.
  
  bu sistem ile aklımıza gelen her bitkiden, meyve ve sebze atıklarından, kuruyemişlerden birçok öz elde edilebilmektedir. yahut herhangi bir üründen istenmeyen maddelerin çıkarımı gerçekleştirilebilir. örneğin kahve çekirdeklerindeki akrilamid süperkritik ekstraksiyon ile %79 oranında arındırılmıştır. esasen bu proses en yoğun olarak kahvenin kafeinden arındırılması işlemi için kullanılmaktadır. ancak bu prosesin yapacakları o kadar kapsamlı ki sadece bu işlem için kullanılması oldukça kısıtlayıcı olurdu.
  
  türkiye'de bu prosesin yaygınlaşması için öncülük eden kişi ise can kayacılar'dır. özellikle son zamanlarda yaptığı denemelerde gerçekten geleceğe dair umut verici sonuçlar elde edilmektedir. örneğin; salça fabrikalarının atığı olan domates kabuklarını süperkritik ekstraksiyon prosesinden geçirerek antioksidan olan likopeni saflaştırmışlardır. domates kabuklarından alınan likopen sonrasında oluşan renksiz kabuklardan da yine aynı işlem uygulanarak %80 oranında bitkisel protein elde edilebilmiştir. bu sayede biyoyararlanımı çok yüksek bir ürün elde edilmiş olmaktadır.
  
  süperkrik eksraksiyon sayesinde; gıdalar içerisinde ihtiyacımız olan pek çok ürünü salt hali ile elde etmemiz oldukça mümkün. özellikle bitkilerden elde edilen uçucu yağlar ve içerisinde bulunan moleküller ve fitokompleksler sayesinde daha yoğun içerikler elde edilebilecektir. kozmetik, farmasötik gibi alanlarda direkt en organik olanı saflaştırarak tüketmek ve fayda sağlama noktasında kesinlikle geleceğin kurtarıcı prosesi halini almaktadır.
  
  kaynaklar: 1, 2, 3
• bir süper kritik akışkan, gazların ve sıvıların özelliklerini birleştiren yüksek oranda sıkıştırılmış bir akışkandır. gaz gibi gaz değil, sıvı gibi sıvı değil. ikisinden de biraz biraz diyelim. bir maddenin kritik noktasının üzerine sıcaklık ve basınç uygulamak, o maddelerin süper kritik faza geçmesini sağlar. süperkritik form, sıcaklığı veya basıncı artırarak elde edilir.
  
  süperkritik formda akışkan, ekstrakte edilmek istenen maddeyi sıvı gibi çözerken, gaz gibi de gözenekler arasından geçer. teorik olarak süperkritik formun sağlanması mümkün olsa da, pratikte bu koşulları sağlamak, etkin olarak kullanmak her madde için pek mümkün olamamaktadır. örneğin su için, 374°c ve 220 bar’da süperkritik form elde edilmektedir. ticari olarak süperkrtik ekstraksiyonda en çok tercih edilen çözücü karbondioksittir (co2).
  
  peki neden co2?
  -süperkritik yapıyı yakalamak pratikte daha kolaydır (31,1 oc ve 74,4 bar üzerinde karbondioksit süperkritik olur),
  - toksik değildir,
  - yanıcı değildir,
  - patlayıcı değildir,
  - kimyasal olarak inert (reaktif değildir),
  - daha düşük işletme maliyetine sahiptir,
  - yüksek saflıkta düşük maliyetle temin edilebilir,
  - süper kritik akışkanlar, önemli endüstriyel prosesler ve uygulamalarda çok yönlü, çevreci alternatifler sunar,
  - karmaşık bir karışımdaki bileşikler, süper kritik akışkanların basınca bağlı çözme gücü kullanılarak seçici olarak ayrılabilir.
  - ürünün yüksek olmayan sıcaklıklarda hassas bir şekilde işlenmesini ve ayrıca çözücünün kolayca ayrılmasını sağlar.
  -aynı ekstraksiyon ünitesini farklı ürünlerin ekstraksiyonunda kullanarak hem tek bir ürüne bağlı kalınmaması, hem de yıl içerisinde daha geniş bir zaman sürecinde kullanılabilmesini sağlarlar.
  -ekstraksiyon işleminde ekstraktları fraksiyonlara ayırarak farklı içerik ve kalitelerde ekstraktlar elde edilebilmesini sağlarlar.
  -elde edilen ürün yüksek kalitededir.
  
  süperkritik akışkanlar örneğin gıda, kozmetik ve ilaç endüstrilerinde çok çeşitli pratik uygulamalara sahiptir. doğal hammaddelerden yüksek kaliteli ürünler üretmede kilit bir rol oynar. doğal maddeleri ekstrakte etmek için bu teknolojiyi kullanarak kafeinsiz kahve, çay, uçucu yağlar, aromalar, yağlar ve renk pigmentleri gibi ürünler elde edebiliriz.
  
  süperkritik ekstraksiyon işleminde ekstraktöre hammadde yerleştirilir ve ardından kapalı sisteme co2 verilir. belirlenmiş çalışma sıcaklık ve basınç değerlerine sıcaklık ve basınç getirilerek statik/dinamik ekstraksiyon süreci başlatılır. bu işlem tamamlandıktan sonra, co2 bir sonraki ekstraksiyonda yeniden kullanılmak üzere yeniden yoğunlaştırılabilir.
  
  süperkritik ekstraksiyon yönteminde elde edilecek ekstrakt miktarı ve kalitesine ne etki eder?
  -ekstraksiyon basıncı (her ne kadar minumum koşullarla süperkritik koşulları sağlansa da, ticari olarak belirli bir basınç değerinin üzerine çıkılmalıdır)
  -ekstraksiyon sıcaklığı (ekstrakte edilecek ürünün hassasiyetine bağlı olmakla birlikte, yüksek sıcaklıklar gereksizdir, hatta etkisi hem verim hem de kalite açısından negatif olabilmektedir)
  -ekstraksiyon süresi (verim açısından minimum bir süre gerekmekle birlikte, sürenin artması verimi arttırırken kaliteyi düşürebilmektedir.)
  -çözücü (co2) miktarı: genel olarak artan co2 miktarı ekstraksiyon verimini arttırmakla birlikte, bazı ürünlerin ekstraksiyonunda beklenen oranda etki gösterememektedir.
  -yardımcı çözücü: ekstrakte etmek istediğiniz bazı ürünlerde kullanmanız mecburidir. yağ elde edecekseniz farklı, kafein elde edecekseniz farklı olur.
  -partikül büyüklüğü: boyut küçültmesi bir noktaya kadar pozitif etki gösterirken, bir noktadan sonra etkisi negatif olmakta, farklı sıkıntılara sebep olabilmektedir.
  
  hiç mi dezavantajı yok?
  var tabi ki,
  -her ne kadar işletme maliyeti çok yüksek olmasa da, kurulum maliyeti oldukça yüksektir.
  -mevcut yüksek kapasiteli konvansiyonel üretimler kadar yüksek üretimler yapmak mümkün değildir. bu durumda genel olarak katma değeri yüksek, yükte hafif pahada ağır ürünler için kullanılmaktadır.
  -teknoloji, yedek parça alanlarında dışa bağımlılık çok yüksek. yaşanılacak ciddi bir problemin çözümü uzun, maliyeti yüksek olabilmektedir.
  -ürün kalitesi/proses verimi noktalarında optimizasyon yapabilecek yeterince uzmanın olmaması.
  -etkin proses basınç-sıcaklık-çözücü miktarı dengesini sağlayabilecek sistemin sınırlı üretici firma tarafından sağlanabilmesi ve bunun da üretim/maliyet dengesinde kısıtlayıcı bir etki yaratması.
  -yüksek molekül ağırlığındaki maddelerin ekstrakte edilebilmesine çok imkan tanımaması.