Dünya Endüstrilerinin Stratejik Maddesi Bor Hakkında Bildiklerimiz, Bilmediklerimiz

Bor (Boron) Neden Çok Fazla Gündemimizdedir?

Bor; çok konuşulan, çok speküle edilen, bazılarınca küçümsenen, bazılarınca abartılan bir yarı-metaldir. Küçümseyen de abartan da şunu tam olarak açıklamakta zorlanır; Bor, sayamayacağımız, akla hayale sığmayacak kapsamdaki malzemenin içerisinde bir “etki arttıran” maddedir. Birçok sektörde Bor “sihirli malzeme” olarak kabul görür.

Borun kompozit yapısına dahil olduğu maddelere kattığı en önemli özellikler; aşırı seviyedeki ısılara dayanım, yüksek mekanik özellikler (çekme, kopma, gerilme, burkulma vd. mukavemet özelliklerinin arttırılması), ısı, elektrik iletkenliklerinin arttırılması veya azaltılması ve tüm bu temel özelliklere ilaveten yapısına dahil olduğu malzemenin özgül ağırlığının azaltılmasıdır.

Yani bir malzeme düşünün ki; yapısal bütünlüğüne dahil olduğu metal, cam, plastik yapıdaki malzemelerin aşırı ısılara dayanımına, mukavemetlerinin artırılmasına, ısı ve elektrik iletkenliklerinin arttırılmasına veya azaltılmasına ve aynı zamanda da bu malzemelerin ağırlıklarının azaltılmasına ciddi katkılarda bulunsun. Bu malzeme, yani Bor, mikroçip endüstrisinden, cam (LCD’ler dahil) endüstrisine, Li-On vd. pil/batarya endüstrisinden füze itki sistemleri endüstrisine kadar; çok ve/veya az bilinen birçok endüstriyel sektörde çok kritik, çok gerekli ve çok değerli bir elementtir.

Bor (Boron) Nedir?

Bor doğada bulunan, oksijene bağlı, metal olmayan bir elementtir. Borik asit ve boraks gibi havada stabil bileşiklerle iyonik bağlar oluşturan iki stabil izotoptan oluşan, kristal formunda kırılgan, koyu renkli, parlak bir yarı metal olan metaloittir.

Bor’un; Boratlar (bor asidi ile bir oksidin birleşmesinden oluşan tuzlar), borik asit ve bor oksit dahil olmak üzere çeşitli formları vardır. En yaygın şekli koyu renkli bir toz olan Amorf Bor’dur.

Borun atom numarası 5 olup, beş protonu, 5 elektronu ve çekirdeği vardır. Çekirdekte 6 nötron bulunur. 2.300 santigrat derece ergime noktasına sahiptir. Kaynama noktası 2.550 santigrat derecedir.

Bor'un Periyodik Tablodaki Yeri.

Bor Dünya’da Nerelerde Bulunur?

Dünya bor rezervlerinin %73’üne Türkiye sahiptir. Türkiye’de yeni Bor rezervleri de keşfedilmektedir. Dünya’ya Bor hammaddesi sağlanmasında Türkiye adeta “tekel’dir”. Dünyadaki en yüksek bor rezervine sahip olan Türkiye’yi Rusya, Güney Amerika ve Amerika Birleşik Devletleri takip etmektedir.

Bor Nasıl Elde Edilir?

Bor, kolemanit, üleksit, tinkal ve kernit gibi minerallerden çıkarılabilir. Borat cevheri delme, patlatma ve kürekleme işlemlerinin bir kombinasyonu yoluyla çıkarılır. Cevher daha sonra kırma makinelerine alınır ve rafineri merkezlerine nakledilerek boraks, boraks pentahidrat, boraks dekahidrat ve borik asit gibi ürünlere işlenir.

Doğal veya endüstriyel tuz madenlerinin tuzlu sularından borun çıkarılması için başka bir işlem geliştirilmiştir; bu işlem, tuzlu suda bulunan boratların bir hidroklorik asit çözeltisiyle reaksiyona sokulması adımlarını içerir.

Bu, filtreleme veya santrifüjleme yoluyla tuzlu sudan ayrılan çökeltileri oluşturur. Daha sonra tuzlu su, kalan bor içeriğini çıkarmak için solventler aracılığıyla bir veya daha fazla ekstraksiyon aşamasına tabi tutulur.

Bor Mineralleri Hangileridir?

Bor mineralleri yapılarında farklı oranlarda bor oksit içeren doğal bileşiklerdir. Doğada 230’dan farklı Bor minerali bulunmaktadır. Ticari açıdan en önemli bor mineralleri;

Kernit, Tinkalkonit, Tinkal, Probertit, Üleksit, Kolemanit, Meyerhofferit, İnyoit, Pandermit, İnderit, Hidroborasit, Borasit, Aşarit, Datolit, Sassolit (doğal borik asit)’tir.

Çeşitli madencilik yöntemleri kullanılarak değerli bir hale getirilen bor mineralleri; fiziksel işlemlere tabi tutularak zenginleştirilir ve konsantre bor ürünlerine dönüşür.

Bor Hammaddesinin Küresel Pazar Büyüklüğü ve Değeri Nedir?

Küresel Bor pazarının büyüklüğü 2022'de 3,87 milyar dolar seviyesinde gerçekleşmiştir, bunun 1 milyar 321 milyon dolarlık bölümü Türkiye’nin Eti Maden şirketinin satışlarıdır. Eti Maden dünyanın en büyük Bor madenciliği şirketini de bünyesinde bulundurur.

Küresel Bor pazarının yıllık %3,4 bileşik büyüme oranıyla 2023'te 4 milyar doların üzerinde gerçekleşmesi öngörülmektedir. Rusya-Ukrayna savaşı, Covid-19 salgınından sonra küresel ekonomik toparlanmadaki değişiklikleri en azından kısa vadede aksattı. Bu iki ülke arasındaki savaş, birçok ülkede ekonomik yaptırımlara, emtia fiyatlarında artışa ve tedarik zincirinde aksamalara yol açarak mal ve hizmetlerde enflasyona neden oldu ve dünya çapında birçok piyasayı etkiledi. Borun pazar büyüklüğünün 2027'de 4,88 milyar dolardan %5,1'lik bir Bileşik Büyüme Oranı ile büyümesi bekleniyor.

Ancak, Bor’un nitelikli türevlerinin dahil olduğu pazarlara kattığı kama değerin maddi büyüklüğünü ölçebilmek mümkün değildir. Çünkü bu tarz bilgi ve veriler, teknolojik ve ticari sır kapsamındadır. Örneğin mikroçiplerin bünyesine dahil olan Bor türevlerinin bu devasa endüstriye kattığı katma değeri sadece o çipleri tasarlayan ve üretenler bilirler ve bu bilgileri paylaşmazlar, paylaşmalarının bir mantığı da olmaz.

Bor ve Bor türevleri dünya endüstrilerinin birçoğunda “stratejik madde” kapsamında yoğun ve etkin olarak kullanılmaktadır.

Dünyada sektörel bazda bor ürünlerinin tüketimi: %47 cam sektörü, %16 tarım-gübre, %15 seramik sektörü, %2 temizlik ve deterjan sektörleri ve %20 diğer sektörlerdir.

Burada en kritik ve bor ile ilgili katma değerleri en yüksek sektörler %20 diğer sektörler içindekilerdir.

Bor Türevleri Hangi Endüstriler İçin Kritik Öneme Haizdir?

Endüstrinin ve günlük yaşamın önemli bir parçasıdır ve birçok endüstriyel ürünün etken maddesidir.

Camdaki Boratlar: Harika Bir Teknolojiyi Daha Da Iyi Hale Getirmek

Borosilikat camın değeri yaklaşık 140 yıldır hem tüketiciler hem de endüstri tarafından bilinmektedir. 1882'de Alman cam kimyacısı Otto Schott, cam tarifindeki bor miktarını optimize etmenin, parçalanmadan eşit olmayan sıcaklık değişimlerine dayanabilen bir cam türüyle sonuçlandığını keşfetti.

Günümüzde cam üreticileri, erime sıcaklığını ve viskoziteyi önemli ölçüde azaltmak, camın kristalleşmesini engellemek, termal genleşmeyi kontrol etmek ve devitrifikasyonu engellemek için silika bazına %5-20 oranında borik oksit eklemektedir. Ortaya çıkan ürünler doğal bir dayanıklılığa ve kimyasal dirence sahiptir ve önemli miktarda mekanik veya termal şoka dayanacak kadar sağlamdır.

Modern cam üreticileri, çok çeşitli ürünler üretmek için formülasyonlarında boratlar kullanır:

 İlaç üretiminden pişirme kaplarına ve aydınlatmaya kadar uygulamalarda kullanılan borosilikat cam

 Binalarda enerji tasarrufu amacıyla kullanılan yalıtım fiberglası (IFG veya cam yünü)

 Filtreleme kâğıdı, pil ayırıcılar ve ekipman yalıtım panelleri için kullanılan süper ince cam elyaf (mikrofiber cam)

 Elektronikte ve kompozitlerin güçlendirilmesinde kullanılan tekstil fiberglası (E-cam)

 İnce film transistörü (TFT) ve sıvı kristal ekran (LCD) dahil olmak üzere ekran camı

 Optik cam, laboratuvar ve teknik cam dahil özel camlar ve ısıya dayanıklı borosilikat tüpler

Metalurjide Bor Kullanımı:

Metalurjide Bor aşırı yaygın biçimde kullanılır, kullanım alanlarını özetlemek oldukça zordur ancak genel olarak Bor’un metalurji endüstrisindeki kullanım alanları aşağıdaki gibidir.

Çeliği sertleştirmek amaçlı yaygın olarak kullanılır,

Bakır bazlı alaşımlarda gaz giderici olarak değerlendirilir,

Belli başlı bazı maddelerin iletkenliğini azaltmak için kullanılır,

Nükleer santraller için vazgeçilmez bir elementtir.

Plastikte Bor Kullanımı:

Bor’un; monomer, polimer yani plastik endüstrilerinde de kullanımı çok çeşitli ve yoğundur, temelde ilgili plastik ürünün ısıya dayanımının arttırılması, mukavemet değerlerinin yükseltilmesi, özgül ağırlığının azaltılması, yalıtımının artırılması, iletkenliğinin azaltılması veya yükseltilmesi amaçlı katkı malzemesi veya katkı malzemelerinin katkı bileşeni olarak kullanılmaktadır.  

Nükleer Uygulamalarda Bor Kullanımı:

Atom reaktörlerinde borlu çelikler, bor karbürler ve titanbor alaşımları yoğun olarak kullanılmaktadır. Paslanmaya karşı oldukça dayanıklı borlu çelik nötron absorbanı olarak tercih edilmektedir. Yaklaşık her bir bor atom bir nötronu absorbe etmektedir. Atom reaktörlerin kontrol sistemleri ile soğutma havuzlarında ve reaktörün alarm ile kapatılmasında da bor ve bor ürünleri kullanılmaktadır. Ayrıca nükleer atıkların depolanması işleminde kolemanit kullanılmaktadır.

Otomotiv Sektöründe Bor Kullanımı:

Hava yastıkları ve antifriz yapımında kullanılan bor, hava yastıklarının hemen şişmesini sağlamak amacıyla kullanılmaktadır. Çarpma anında elementel bor ile potasyum nitrat toz karşımı elektronik sensör ile harekete geçirilmektedir.

Füze ve Hava Aracı Yakıtlarında Bor Kullanımı:

Füze ve hava aracı yakıtlarında bor ve bor ürünleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Özel uygulamalarda yakıt katkı maddesi olarak da kullanılmaktadır.

Havacılık ve Uzay Kompozit Malzemelerinde Bor Kullanımı:

Havacılık (sivil ve askeri uçaklar, İHA ve SİHA’lar) ve uzay araçlarının (uydu, uzay aracı) kompozit yapı elemanlarında Bor maddesi yoğun olarak kullanılmaktadır.

Nanoteknolojide Bor Kullanımı:

Bor ürünleri; nanoteknoloji sanayide özellikle nano kaplamalarda koruyucu ve mukavemeti artırıcı özelliğiyle öne çıkmaktadır.

Katı ve Hücre Yakıtlarında Bor Kullanımı:

Katı ve hücre yakıtlarında; sodyum borhidrürden enerji üreten hücre yakıtıyla ilgili üretim aşamasındaki maliyeti düşürmeye yönelik Ar – Ge çalışmaları devam etmektedir. Sodyum borhidrürün kimyasal bağlarında hidrojen mevcut olup, katalizör hidrojeni açığa çıkarmaktadır.  Bu üretimde temel prensip su ile boraksın reaksiyonudur. Bu reaksiyondan üretilen hidrojen direk içten yanmalı motorlarla beslenebilir veya hücre yakıtlarında da kullanılmaktadır.

Tarımda Bor Kullanımı:

Bor, hücre duvarlarında ve üreme yapılarında rol oynayan, bitki büyümesi ve sağlığı için gerekli bir mikro besindir. Gübrelere kuru granül gübrelerle veya sıvı gübrelerle karıştırılarak eklenir.

Bataryalar/Piller ve Kondansatörlerde Bor Kullanımı:

Bataryaların/pillerin ve kapasitörlerin potansiyellerine tam olarak ulaşabilmeleri için bor gibi performansı artıran ve daha uzun ürün ömrünü destekleyen yüksek kaliteli malzemelere ihtiyaçları vardır. Bor bileşikleri, elektrolit çözümlerinden yüzey işlemlerine kadar birçok pil ve kapasitör işlevinde fayda sağlar.

Bor’un nitrojen ile oluşturduğu bileşik olan bor nitrür, standart bataryaların yerini alması planlanan katı hal bataryalarında kullanılmaktadır.

Bor, benzersiz özellikleri nedeniyle ileri bir enerji malzemesi olarak kullanılmaktadır. İyi bir elektrik iletkenidir, son derece güçlü ve hafiftir ve kimyasal reaksiyonlarda katalizör görevi gören taşınabilir enerji kaynakları sağlayabilir ve potansiyel olarak lityum iyon pillerde elektrot malzemesi olarak kullanılabilir. Bor katkılı, çevreyi koruyan uzun ömürlü lityum iyon piller üretilmektedir.

Ayrıca; Borofen Bataryası/Pil’i adında Ana Etken maddesi Bor olan bir endüstriyel batarya da mevcuttur. Borofen: Lityum-iyon piller için yüksek spesifik kapasite ve yüksek hız kapasitesi sunan çok değerli bir anot malzemesidir.

Bor’un bataryalardaki katkısı bilinmekte ve yoğun bir şekilde uygulanmaktadır, ancak; önümüzdeki çeyrek yüzyıl, otomotiv dünyasında içten yanmalı motorlardan elektrik motorlarına geçiş dönemi olacak ve bu geçiş muazzam bir araç bataryası sektörü de yaratacaktır. Bu sektörün içindeki Bor katkısı mega boyutlardaki maddi değerlere ulaşacaktır.

Düz ekran panellerde bor kullanımı

Bor’un Diğer Kullanım Alanları:

Bor ürünleri ayrıca; fiber optik, kozmetik, kauçuk ve plastik sanayisi, fotoğrafçılık, havai fişek vb. patlayıcı maddeler, petrol boyaları, endüstriyel sıvılar ve yağlayıcılar, petrol ve gaz üretimi, yangın geciktiriciler, zımpara ve aşındırıcılar, yalıtım, seramik, emaye ve sırlar, kompozit malzemeler, temizleyiciler ve deterjanlar, ahşap koruma ve biyositler, farmasötik kullanım, manyetik cihazlar, ileri teknoloji araştırmaları ve mumyalama, Sağlık, Enerji, havacılık, savunma araçları, ulaştırma vasıtaları vd. gibi birçok alanda da tercih edilmektedir.

Hayatın Her Alanına Dokunan Bor’un Kullanımına Dair Birkaç Çok İlginç Örnek:

Steve Jobs’ın Bor’a olan ilgisini duymuş muyduk? Steve Jobs içinde içinde Bor olan güçlendirilmiş iPhone camları imal ettirdi. Güçlendirilmiş cam kategorilerinin tamamına yakınında bu güçlendirme Bor ile yapılmaktadır. Steve Jobs (toprağı bol olsun), Apple iPhone'ları için içinde bor bulunan sertleştirilmiş camlar geliştirilmesini sağlamıştı. Sertleştirilmiş cam ürünlerde, olağanüstü nitelikleri ve geliştirmede işlenebilirliği ve bitmiş bir ürün olarak dayanıklılığı nedeniyle bor kullanılır. Peki Steve Jobs, Bor ile sertleştirilmiş iPhone camlarının geliştirilmesini ve üretimini nasıl destekledi? Bor Silikonun karanlık tarafıyla birleşerek sertleştirilmiş bir cam oluşturur. Bor, Silikon dioksit ile birleştiğinde, pencerelerde ve düşük maliyetli şişelerde bulunan geleneksel soda kireç camına kıyasla oldukça dayanıklı bir cam elde edilir. iPhone’lara ekran camı üreten firma, devrimsel niteliğindeki bu camı Steve Jobs’un desteği ile üretmişti.

Düz Ekran Panellerde, Paneli Güçlendirmek İçin Bor Kullanılmaktadır.

FPDG (Flat panel display glass- Düz panel ekran camı) 'de Bor Bileşikleri çok kullanılmaktadır. Düz panel ekran (FPD) terimi, sıvı kristal ekranlar (LCD), plazma ekranlar ve alan emisyon ekranları (FED) gibi herhangi bir sayıda "düz" ekran teknolojisine atıfta bulunmak için kullanılır. FPD'lerde öncelikle TFT ekranlar için borosilikat cam kullanır. Televizyon (TV) ve bilgisayar monitörleri gibi sektörlerde katot ışın tüplerinin (CRT'ler) yerini düz panel ekranlar (FPD'ler) aldığından beri, ince film transistörlü (TFT) cam, Bor Boratları (Borax) için tarihsel olarak önemli bir pazar oluşturdu. En yaygın FPD türü, cihazların üretiminde TFT camını kullanan LCD'dir. Düz panel ekran camında Bor kullanımı yaygınlaşmaya devam ediyor. Bor, düz panel ekran camında ısı direnci, işleme aralığı ve devitrifikasyon stabilitesi açısından avantajlar sağlar. Düz panel ekranlarda Borun diğer faydaları arasında gelişmiş parlaklık ve renksel geri verim yer alır. 

Intel yeni nesil çip paketleri için cam plaka geliştirdi. Intel, bu yeniliği geliştirmek ve iyileştirmek için 10 yıldan fazla araştırma ve geliştirme süreci, çabası yürüttü. Modern organik alt tabakalarla karşılaştırıldığında cam, daha iyi termal, fiziksel ve optik özelliklere sahiptir ve bu da bağlantıların yoğunluğunu 10 kata kadar artırmaya olanak tanır. Cam ayrıca daha yüksek çalışma sıcaklıklarına da dayanıklıdır ve litografi için odak derinliğini artıran iyileştirilmiş düzlük ile %50 daha az desen bozulması sunar. Alt tabakanın daha yüksek sıcaklıklara dayanabilmesi, tasarımcılara güç kaynağı ve sinyal yönlendirme konusunda ek esneklik sağlar. Geliştirilmiş mekanik özellikler ise montaj verimliliğinin artmasına ve israfın azalmasına yol açacaktır. Kısacası, cam alt tabaka, çip mimarlarının tek bir pakette daha az yer kaplayarak daha fazla çipi paketlemesine olanak tanırken, maliyet ve güç tüketimini de azaltacak.

Gözlüklerde Bor

Gözlük ve optikte borun birçok uygulaması vardır. Potasyum Borat, Sodyum Tetraborat ve Borik Asit gibi Borat mineralleri optik malzemelerin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bor, dayanıklılık, çizilmeye karşı direnç ve ışık geçirgenliğine uygunluk gibi faydalarıyla birlikte suda çözünebilen varlığı nedeniyle 1887'den bu yana gözlük ve optik malzeme üreticileri için önemli bir bileşen olmuştur.

Kuantum Hesaplamada Bor

Kuantum hesaplamada bor, günümüz biliminin en heyecan verici alanlarından biridir. Şu anda silikon bazlı kübitler bu son derece güçlü makinelerin işlem gücünü sağlıyor. Ancak Altıgen Bor Nitrür (hBN), kuantum teknolojileri için umut verici bir malzemedir. hBN'nin avantajları arasında daha düşük hata oranları, çip başına kübit sayısında artış, artan kararlılık, daha iyi iletkenlik ve azaltılmış enerji kaybı yer alıyor. Ayrıca daha uygun maliyetlidirler.

Elon Musk, Tesla ve Bor, Bor Tesla’nın Performansını Nasıl Artırıyor?

Tesla, Elon Musk’ın sahibi olduğu bir Amerikan elektrikli araç üreticisi ve temiz enerji şirketidir. Tesla, evden şebeke ölçeğine, güneş panellerine, güneş enerjili çatı kiremitlerine ve diğer ürün ve hizmetlere kadar elektrikli arabalar ve pil enerji depolaması üretmektedir. Yaklaşık 1 trilyon dolarlık piyasa değeriyle Tesla, dünyanın en değerli otomobil üreticilerinden biridir. Alternatif enerji kaynakları sağlamak için lityum (batarya) ve bor (neodimyum) mıknatısları ve daha hafif, daha kaslı bir gövde sağlamak için Bor kullanmaktadır. Tesla ve sahibi Elon Musk’ın Bor’a olan ilgisi ve ihtiyacı stratejik seviyede önem arz etmektedir.

Tesla otomobilin gövdesinde ve bataryasında Bor kullanılmaktadır.

Türkiye Hammadde Kapsamındaki Bor’da Dünya Lideridir, Ancak.. Şimdi ortaya çıkan bu ürünlerin ve ortaya çıkmasında katkı sağlayan başta Bor olmak üzere diğer elementlerin önemini ve değerini hayal edelim. Bor’un makalemizin en başında saydığımız, içine dahil olduğu malzeme bileşimlerine katttığı katkıları tekrar düşünelim ve değerlendirelim.

Türkiye Bor’daki Katma Değer Avantajını Nasıl Arttırabilir?

Türkiye 1970 yılında kurulan Eskişehir, Kırka Boraks İşletmesi ile Bor cevherini çıkartma ve bazı elementlerine ayırma sürecinde ciddi yol almıştır. Türkiye'nin ilk bor karbür tesisi Balıkesir'in Bandırma ilçesinde 2023’te faaliyete başladı. Bor Karbür gibi katma değerli Bor türevleri üretecek olan firmaların sayılarının artması, Türkiye’nin dünya Bor elementleri ve Bor türevleri pazarından hak ettiği payı almasını sağlayacaktır.