01.06.2018 14:55 Güncelleme Tarihi: 01.06.2018 15:09 12088 Okunma

Yosunlar ve Enerji

Yosunlar ve Enerji

(Makro ve Mikroalgler) Geçen haftaki ‘Her şey Toprak ile Başlar’ yazımız ile ilgili sanaldan çok geri dönüş aldık.

Kutlayan da oldu, eksik bulan da. Her değerlendirme bizim için özel ve önemlidir.

Eksik bulanlardan biri şöyle diyordu;
“Hocam Dijital Dünya ve Toprağı çok güzel özdeşleştirmişsiniz. Ancak biz hızla gelişen bir ülkeyiz.  Bu yapı içerisinde başta Kocaeli ve Sakarya’da çok verimli topraklara sanayi tesisleri yapıldı. Ayrıca yenilenemeyen enerji kaynaklarının azalması sonunda, bitkisel ürünlerden yeni enerji kaynakları eldesi hedefli çalışmalar tarımı da bir başka şekilde etkiliyor. Bu konuda farklı teknolojiler var mı?”

Bizde “Evet var yeni yazımızı bekleyin” dedik. 

Geçmiş dönemde yapılan araştırmalar, dizel yakıtına göre sera etkisini % 41 oranında azaltan, tarımda yeni fırsatlar sunduğundan dolayı hızla yayılan, bitkisel ve hayvansal yağ kökenli alkil esterleri ön plana çıkarması ve sağladığı avantajlar nedeniyle birçok ülkede yasal olarak vergiden muaf tutularak üretimi ve tüketimi arttırılan biyodizel, dağıtım şirketlerinin alım zorunluluğunun olmaması ayrıca genel anlamda tarım maliyetlerinin yüksekliği gibi faktörlerin eklenmesiyle de cazibesini kaybetmiş ve üniversitelerin ilgili bölümlerinin yaptıkları araştırmalar ölçüsünde ilerleyebilmiştir.

Son dönemde yapılan araştırmalar ise, ekosistemde CO2/O2 dönüştürücüsü ve biyokütlenin birinci üreticileri konumunda olan mavi, kırmızı, yeşil vb. renklerde alg kültür sistemleri üzerine yoğunlaşmıştır. Algler üzerine yapılan araştırmalar ise yetiştiricilik ve yakıt olarak kullanılabilirliği başlıkları altında sürdürülmektedir.

Ancak algler ile enerji üretimini irdelemeden önce alg nedir? Bunu bir tanımlayalım.

Algler veya genel ismiyle yosunlar, uzun yıllar alternatif bir enerji kaynağı olarak gündeme gelmesinden çok, hayvan yetiştiriciliğinde besin katkısı olarak üretilip değerlendirilmişlerdir. 

Son yıllarda artan petrol fiyatlarının da etkisiyle hızlanan biyokütle enerjisi araştırmaları sonucu algler, umut vadeden bir enerji kaynağı olarak görülmeye başlanmıştır. 

Üçüncü nesil biyoyakıt teknolojisi olarak da adlandırılan ve doğada yer alan birçok alg türünü enerji kaynağı olarak kullanmayı hedefleyen geçmişte başlayan çalışmalar günümüzde de devam etmektedir.
 
Mikroalgler son derece zengin karbonhidrat, protein ve özellikle yağ asidi içeriğine sahiptirler. Besin değeri yüksek olan algler sudaki canlılar için besin maddeleri, vitamin ve iz elementlerin en önemli kaynağıdırlar. Aynı zamanda balık ve diğer su canlılarında renklenmenin gelişmesinde gerekli temel pigmentleri sağlarlar. 

Deniz ve tatlı sulardaki su ürünlerinin aşırı miktarda avlanması ve çevre kirliliği sorunlarının artışı ile deniz ve iç suların kirlenmesi buralarda yaşayan organizmaların azalmasına neden olmuştur.  Bu nedenle yetiştiricilik çalışmaları hız kazanmıştır. Yetiştiricilik yapılan tesislerde larva beslenmesinde alg kültür üniteleri sistemin kaçınılmaz ve en önemli basamağıdır. Bu ünitelerdeki başarı kurulan zincirin diğer halkalarına yansır. 

Bu bilgiler göz önüne alınarak dünyada mikroalgler tarafına da bir bakalım:
Mikroalglerin alternatif bir enerji kaynağı olarak kullanılması birçok araştırmacı tarafından yıllardır önerilmektedir. Uzun yıllar hayvan yetiştiriciliğinde besin katkısı olarak üretilen mikroalgler son yıllarda artan petrol fiyatlarının da etkisiyle hızlanan biyokütle enerjisi araştırmaları sonucu umut vadeden bir enerji kaynağı olarak görülmeye başlanmıştır. 

Tilman ve ark. (2006), mikroalgleri enerji alternatifi olarak rakipsiz görmüş, aynı zamanda gaz emisyon sonuçlarına da katkısını vurgulamışlardır. Çok az bir su ile, mikroalgler sadece gün ışığını kullanarak popülasyonlarını bir günde iki katına çıkarmaktadırlar. Hatta bazı mikroalgler bu büyümeyi sadece birkaç saat içinde tamamlamaktadırlar. 

Dolayısıyla mikroalgler biyoyakıt hammaddesi olarak şu an en gözde seçenekler arasındadır. 

Mikroalgler konusunda dünyada yapılan çalışmalar da biyodizel üretimine uygun olması nedeniyle laboratuvar şartlarında kolay üretilebilen tatlı su algi (Chlorella) üzerinki çalışmalar yoğunlaşmıştır. Converti ve ark. (2009), mikroalgdeki yağ içeriğini arttırmak için sıcaklık ve azot içeriğinin arttırılması üzerine çalışmalar yapmışlardır. 

Bir ton algin büyüyebilmesi için 1,8 ton CO2’e ihtiyaç duyulmaktadır. Bu açıdan algler büyük bir CO2 tutucudur. Bölge seçiciliği olmayıp her yerde yetiştirilebilme özelliklerine de sahiptirler. 

Türkiye’de mikroalgler konusunun ele alınmasında önemli çalışmalardan biriside Nisan 2010 yılında başlamış olan ve Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsünce yürütülen TÜBİTAK destekli “Mikroalgal Biyokütle Üretiminde Yenilikçi Yaklaşımlar” isimli projedir. 

Bu projede mikroalglerden biyodizel üretiminde karşılaşılan maliyet sorunlarının çözümü ile birlikte küresel ısınmanın en büyük sorumlusu olarak gösterilen CO2 emisyonunun algler tarafından kullanılarak azaltılması ve biyolojik arıtım deşarj suyu kullanılarak alg üretimiyle azot, fosfor giderimi sayesinde deşarj suyunun verildiği alıcı ortamlarda ötrofikasyon riskinin düşürülmesi amaçlanmaktadır. 

Ömerli Evsel Atık Su Arıtma Tesisi’nden belirli aralıklarla alınan deşarj suyu kullanılarak çeşitli doğal ortamlardan toplanan alg numuneleri kültüre edilerek besi maddesi kullanım hızları, CO2 özümleme kapasiteleri ile birlikte biyokütle ve yağ üretimlerini gözlemlemek amaçlı laboratuvar bazlı denemeler yapılmıştır. 

Proje sonucunda getirilen yeniliklerin mikroalglerden biyodizel üretiminin maliyetini önemli derecede azaltması beklenmektedir.

Bu ve bunun benzeri çalışmalar sonucu Mikroalglerin kullanım alanlarıda aşağıdaki şekilde ele alınabilir:



Şekil 1. Mikroalglerin Kullanım Alanları


Tablo 1. Bazı biyodizel kaynaklarının karşılaştırılması

Mikroalglerin üretimi ve yakıt amaçlı kullanımı üretim metodları: 

Mikroorganizmaların tümü hücre içinde belirli miktarda protein içerirler; bu proteine “Tek Hücre Proteini (THP)” denir. Elde edilen bu proteinler de, insan ve hayvan gıdalarına protein kaynağı olarak eklenir. 

Mikroalgler, THP üretiminde en çok kullanılanı ve günümüzde, insan ve hayvanların beslenmesinde geniş uygulama alanı bulan organizmalardır. Mikroalglerin tercih edilme nedenlerinden biri, fotosentez yapabilmeleridir. Su ve havadaki karbondioksiti ışık enerjisiyle organik maddeye (şekere) dönüştürürler. 

Alglerin üretiminde ışık gereklidir; ışığın %12-20’si kimyasal bileşimde enerjiye dönüşür. Alglerin üretimi için havada bulunan karbondioksit yeterli değildir. Havadaki karbondioksit miktarı % 0,03’tür ve bu nedenle ortama karbondioksit verilmelidir. Göllerde kalsiyum karbonat miktarı yüksek olduğundan, THP üretiminde göllerin kullanılması uygundur. THP üretiminde dünyada en yaygın kullanılan alg türü ise Spirulina maxima’dır. Mikroalgler üremek için organik karbon bileşiklerine gereksinim duymazlar. 

Alg yetiştiriciliğinde, büyük çaplı alg yetiştirmenin amacı az harcamayla verimli ürün geliştirilmesidir. Büyük ölçekli kültür sistemlerinde ışığın etkin kullanımı, sıcaklık, alg kültüründe hidrodinamik
dengeyi sağlama, kültürün devamlılığını sağlama gibi ana hususların kıyaslanması gereklidir. (Yılmaz, 2006)

Her alg türünün ideal gelişimi kendine özgü spesifik koşulların sağlandığı kültür ortamlarında gösterir. 

Mikroalglerin hem iç hem de dış mekanda üretimleri yapılabilmektedir. Dış mekan üretim sistemleri olarak, doğal göletler, havuzlar ve her tür malzemeden imal edilen tanklar sayılabilmektedir. Şekil 2’de plastik tanklarda yapılan alg üretimi görülmektedir. Bunların dışında, tübüler fotobiyoreaktörler ile düz-levha fotobiyoreaktörler gibi yeni teknolojiler de söz konusudur.



Şekil 2. Plastik tanklarda mikroalg üretimi            



 Tablo 2. Mikroalglerin üretim şartları



Şekil 3. Tübüler tip fotobiyoreaktör

İç mekan mikroalg üretim sistemleri ise, küçük ölçekli torbalar, tübüler ve düz-levha fotobiyoreaktörler olarak adlandırılırlar. Dış mekanlardaki mikroalg üretim sistemlerinin iç mekandaki üretim sistemlerine göre en belirgin farkı, alg kültürlerinin doğrudan çevre etkilerine maruz bırakılmasıdır.

Açık havuz sistemleri büyük ölçüde çeşitlilik göstermektedir. Şekil 4’de açık havuz üretim sistemi görülmektedir. Bunun temel nedeni ise, bu sistemlerin ekonomik olması ve iç mekan üretim sistemlerinin ise yüksek teknoloji gerektirmesiyle pahalı olmasıdır. Buna rağmen, sadece çok az sayıda alg kültürü dış mekanda yetiştirilebilmektedir.

     

Şekil 4. Açık Havuz Üretim Sistemi                          



 Şekil 5. Alg tabanlı biyodizel üretim şeması  

Mikroalglerin üstün ve dezavantajlı yönleri :
* Mikroalgler yağ bitkilerine göre, güneş ışığını ve CO2’i daha etkili kullanan organizmalar olup, bölünme potansiyelleri ve büyüme hızları da oldukça yüksektir. 
* Hızlı büyüme sırasında mikroalgin biyokütleyi ikiye katlama süresi 3,5 saattir. 
* Gereksinime uygun besin değeri olan ürünlerle beslenmede de mikroalgler önemlidir. 
* Alg hücreleri %60’a varan ham protein, %16-55 karbonhidrat (selüloz ve nişasta), yağ ve vitaminleri içerirler. 
* Bu üstünlüklerinin yanı sıra alg proteininin hayvan ve insanların beslenmesinde kullanımı, sindirim güçlüğü, tat ve lezzet bakımından fazla ilgi görmemesi ve son ürün maliyetinin yüksek olması nedeniyle sınırlıdır. 
* Ayrıca hastalık etmeni birçok mikroorganizmanın ortamda kolayca gelişebilmesi, alglerin gelişimini sınırladığı için, bir dezavantaj olarak görülmektedir. 

Sonuç olarak bakıldığında:
Alternatif enerji kaynaklarının hammadde sağlayıcısı olarak görülen alglerin yetiştirilmesi için gerekli olan klima şartları ve besin kaynağı olarak kullanılan başta CO2 olmak üzere besin elemanları ülkemizde bol miktarda mevcuttur. Bu açıdan Ülkemiz ekonomik alg üretimine uygun görülmektedir. Sadece doğal gazla çalışan termik santraller göz önüne alındığında mikroalgin ana besin kaynağı olan CO2 açısından oldukça büyük bir potansiyelin olduğu görülmektedir.

Unutulmamalıdır ki doğa dostu enerji kaynaklarını günümüz ve gelecek için değerlendirmek zorundayız.


(*) : Doğa dostu mikroalglerin ışığında aydınlanın. Living Things-17.08.2015. Son yıllarda alternatif bir enerji kaynağı olarak kabul edilen mikroalgler; protein, karbonhidrat, lipid ve vitamin içeren mikroorganizma sayılıyor ve aynı zamanda fotosentez yapabildikleri içinse kısmen bitki sınıfına giriyorlar.


(**) : Dünyanın ilk yosunla çalışan binası Hamburgda açıldı. 15.04.2013 Bina için gerekli elektrik enerjisinin üretiminden, yalıtıma kadar birçok işi bir arada yapan yosun cephelerin önümüzdeki 50 yıl boyunca çalışacağı ve gelişen teknolojinin getirdiği yeniliklere birçok yeni deney yapılacağı bildirildi.

*Mikroalglerden Biyodizel Üretimi ,A. Konuralp ELİÇİN, Ahmet KILIÇKAN, Ayten ONURBAŞ AVCIOĞLU Enerji ve Algler(Mikro ve Makro Algler) Doç. Dr. Yahya ULUSOY verilerinden yararlanılmıştır.