Mikroalglerden Biyoyakit Uretimi Ve Elde Edilen Biyoyakitlar - IRCDefteri

CeReN · 21.Haziran.2023

Biyoyakit, canlilardan veya biyokutle olarak da bilinen bir canlinin atiklarindan yapilan bir yakittir ve bilimsel arastirmalarin en cok beklenen, ilgi goren urunleridir. Fosil yakitlar tukenmektedir ve kirlilik kuresel olarak artmaktadir. Biyoyakitlar gunumuzun ihtiyacidir ve dunyanin dort bir yanindaki arastirmacilar biyolojik yakit uretimi icin secenekleri arastirmaktadir.
Cogu alg, deniz (tuzlu su) veya tatli su ortamlarinda yetisen tek hucreli organizmalardir. Diger bitkiler gibi gunes isigini, suyu, karbondioksiti ve diger besleyici maddeleri enerji ve biyokutleye donustururler ve atmosfere buyuk miktarlarda oksijen salarlar. Kirmizi, yesil, kahverengi ve mavi-yesil (siyanobakteriler) gibi bircok farkli tur de dahil olmak uzere 65.000’den fazla bilinen alg turu vardir. Algler halihazirda cok sayida ticari kullanimda (besin takviyeleri uretmek, lagim suyunu aritmak ve renklendirici maddeler olarak) onemlidir. Son derece cesitli basit, ototrofik organizma grubu olan alglerin en umut verici kullanimlarindan biri, biyoyakitlar icin ham madde olarak kullanilmasidir. Biyoyakit haline getirmek icin bircok alg turu (hem tek hucreli olan mikroalgler hem de deniz yosunu gibi makroalgler) kullanilabilir ve islenebilir. Cesitli alg biyoyakitlari, biyodizel, duz bitkisel yag, lipitler, etanol ve hidrojenden olusur. Alglerden turetilen dizeller ve jet yakitlari, motorlarda degisIklik yapilmadan dogrudan petrol yakitlarinin yerini alan Drop- in yani ikame yakitlardir.

Mikroalglerden Biyoyakit Uretimi ve Elde Edilen Biyoyakitlar
Mikroalgler ve Makroalgler
Tek hucreli fotosentetik mikroorganizmalar olan mikroalgler, mikrometre cinsinden olculur ve normalde bir su kutlesi icinde suspansiyon halinde buyuyen kucuk, tek hucreli alglerdir. Dogada her yerde, tatli suda, deniz suyunda, asiri tuzlu gollerde ve hatta collerde ve kutup ekosistemlerinde (arktik ekosistemlerde) bulunurlar. Mikroalgler, nispeten yuksek yag icerigi ve hizli biyokutle uretimi nedeniyle uzun suredir biyoyakit uretiminde on plana cikarilmaya calisilan potansiyel iyi kaynaklar durumundadir.
Makroalgler, inc cinsinden olculen, genellikle havuzlarda (tatli sularda) yetisen buyuk, cok hucreli alglerdir. Bu buyuk algler cesitli sekillerde buyuyebilir. En buyuk cok hucreli alglere deniz yosunu denir; 30 metreden daha uzun (ideal kosullarda 53 metre uzunluga kadar ulasabilirler) olabilen dev bir deniz yosunu olan kelp yosunlari bunlara bir ornektir.

Yagdan Biyodizele
Ozellesmis hucrelerin yag urettigi tipik karasal yag ureten bitkilerin aksine, her alg hucresi yag uretebilir.
Algal yaglar, tipki soya, kanola, palmiye ve daha az bilinen jatropha bitkileri tarafindan uretilen yaglar gibi, transesterifikasyon yoluyla iyi biyodizel hammaddeleri haline getirilebilir. Bu surecte bir katalizor, yaglardaki yag asitlerini hidrolize ve metilleyerek bir biyodizel yakit (yag asidi metil esterlerinden olusan) olusturur. Karisimin rafine edilmesi tipik olarak bir sonraki adimdir ve yakittan gliserol, polar lipidler ve artik pigmentler gibi yag asidi olmayan bilesenlerin uzaklastirilmasini icerir.

Mikroalglerden Biyoyakit Uretimi ve Elde Edilen Biyoyakitlar
Chlamydomonas, Chlorella, Scenedesmus, Botryococcus braunii ve benzeri bircok alg turunun biyoyakit urettigi rapor edilmistir. Alg suslarinin secimi, ozellikle yag icerigi, uretim verimi ve sonraki isleme gibi cesitli faktorlere ve ayrica mikroalglerin yuksek oksijen konsantrasyonuna, sicaklik degisimlerine ve su kimyasina uyum saglama yetenegine baglidir. Laboratuvarlarda kapsamli bir sekilde incelenen bir sus (tur) olan Chlorella vulgaris’te, ekstrakte edilen yag icerigi hem aktif buyume hem de besin kisitli kosullar altinda biyokutlenin yaklasIk yuzde 30 ila 50’sine denk gelmektedir. Arastirmacilar, C. vulgaris’e ek olarak, Chlamydomonas reinhardtii ve Scenedesmus ve Nannochloropsis turleri dahil olmak uzere diger okaryotik algleri de degerlendirmektedir. Ucu de iyi arastirilmis laboratuvar turleridir. C. reinhardtii fazla yag yapmaz ama muhtemelen en yaygin okaryotik alg laboratuvari turudur. Genom dizilimi tam olarak yapilmistir ve genetik manipulasyon icin bircok arac mevcuttur. Scenedesmus ve Nannochloropsis cesitlerinin cogu, yag uretimi icin kullanilmistir cunku her iki sus da buyuk olcekli acik havuzlarda ve fotobiyoreaktorlerde iyi buyur ve her ikisi de onemli miktarda yag uretebilir.

Mikroalglerden Biyoyakit Uretimi ve Elde Edilen Biyoyakitlar
Biyoyakit Uretiminde Mikroalglerin Avantajlari
Alglerin bircok dogal avantaji vardir ve bazi turlerde bulunan yuksek lipid (yag) icerigi temel bir avantajdir. Mikroalgler cesitli habitatlarda her yerde bulunurlar ve hucre kuru agirliklarinin yuzde 60 kadari yag olabilir. Bununla birlikte, yaglarin bilesimi buyuk olcude ture ve alglerin buyudugu kosullara baglidir. Notr lipitler bakimindan zengin yaglar, potansiyel yuksek yakit verimleri nedeniyle biyoyakit baglaminda arzu edilir. Lipitlerin yapi taslari olan yag asitleri, kloroplasttaki enzimler tarafindan sentezlenir ve bunlardan asetil-CoA karboksilazin sentez oranlarinin duzenlenmesinde kilit rol oynar. Hucreler aktif olarak buyurken, metabolik odaklari fotosentez ve biyokutle uretimidir. Uretilen yag asitleri cogunlukla fotosentez icin cok degerli olan fosfo ve glikolipidler gibi polar membran lipidlerinde bulunur. Triacilgliseroller, bir gliserol molekulune esterlenmis veya degistirilmis uc yag asidi molekulunden olustugu icin agirliklarinin yuzde 100’e yakini yakita donusturulebilir. Polar lipidlerde ise sadece bir veya iki yag asidi molekulu gliserole esterlesir ve geri kalan bilesenler (ornegin sekerler veya fosfat gruplari) yakit hammaddesine donusturulemez. Sonuc olarak, bu tur lipitler daha dusuk yakit verimi saglar.
Mikroalglerin diger bir avantaji alglerin donum basina yuksek uretkenligidir. Mikroalgler karasal urunlere kiyasla cok hizli buyurler ve metabolik surecler icin minimum girdi yani gunes isigi, CO2 ve su, cok az mineral besin gerektirirler. Gunes isigi, dunyadaki en kolay bulunabilen ve ucuz enerji kaynagidir. Yakalanan gunes enerjisini biyokutleye donusturmede mikroalglerin etkinligi, karasal bitkilerin potansiyelini asmaktadir. Mikroalgler, atik suda yetistirilebildikleri icin karasal bitkilerle toprak veya su temini icin rekabet etmezler, bu da biyokutle uretimi ile birlikte islah edilmelerine yol acar.
Biyoyakitlar icin alg kullanmanin onemli bir avantaji da gida kaynaklari yetistirmek icin kullanilan tarim arazilerinin yerini almasi gerekmemesidir. Algler bircok farkli ortamda yetistiginden, tarimsal olarak verimli olmayan arazilerde de uretilebilir. Tarim bitkilerine uygun olmayan ve ekilebilir arazilerle rekabet etmeyen deniz kiyisi, col vb. alanlarda yetistirilebilirler. Yil boyunca yetistirilebildikleri ve minimum cevresel etkiye sahip olduklari icin ekimleri mevsimlerden bagimsizdir. Alg sistemleri kolayca uyarlanabildiginden, kulturlerin genetik muhendisligi, sentetik biyoloji, metabolik muhendislik ve benzeri teknolojik mudahaleler yoluyla yuksek verim uretmesi kolaylastirilabilir. Fitoremediasyon yetenekleri sayesinde tarimsal, endustriyel ve evsel atik sularda bulunan azot ve fosforu kullanabildikleri icin atik sudaki besin yukunu azaltirlar.

Mikroalglerden Biyoyakit Uretimi ve Elde Edilen Biyoyakitlar
Algler ayrica yuksek karbondioksit tutma etkinligine sahiptirler ve boylece sera gazi emisyonlarini azaltirlar. Algler, kuresel bitki karbonunun yuzde 2’sinden daha azini olustururken, atmosferik karbondioksitin (yilda 30 milyar ila 50 milyar metrik ton) yuzde 50’sini emer ve sabitleyerek onu organik karbona donusturur. Fotosentez yoluyla, kuresel oksijenin yuzde 50’sine kadar uretirler. Bir enerji santralinin yakinina bir alg ciftligi kurulursa, enerji santrali tarafindan uretilen karbondioksit (CO2), alg gelisimi icin bir karbon kaynagi olarak kullanilabilir ve karbon emisyonlari, enerji santrallerinden gelen atik CO2’nin temiz yanan biyodizele donusturulmesiyle azaltilabilir. ABD, Cevre Koruma Ajansi, yag asidi metil transesterifikasyonu yoluyla uretilen alg bazli biyodizelin, petrol dizeline kiyasla sera gazi emisyonlarini yuzde 60’tan fazla azaltabilecegini tahmin etmektedir.

Mikroalglerden Biyoyakit Uretimi ve Elde Edilen Biyoyakitlar
Alglerin Biyoyakita Donusturulmesi
Alglerin biyoyakita donusturulmesi birkac adimda gerceklesir.
1-Alglerin yetistirilmesi: Gunes isigi, karbondioksit ve besin kullanarak alglerin yetistirilmesi.
2-Alglerin hasat edilmesi: Buyume dongusunden sonra alglerin toplanmasi.
3-Alglerin susuzlastirilmasi: Susuzlastirma adi verilen bir islemle alglerdeki suyun uzaklastirilmasi.
4-Yagin ayristirilmasi: Kurutulmus yosun kitlesinden yagin cikarilmasi
5-Biyoyakit uretimi: Yag ve alglerin biyoyakitlara donusturulmesi.

1-Mikroalglerin Yetistirilmesi
Mikroalgler icin ozel kultur sistemlerinin gelistirilmesi, artan dunya nufusu icin alglerin alternatif bir protein kaynagi olarak arastirildigi 1950’lerde baslamistir. Daha sonra, cesitli urunler ve alglerin atik su potansiyelinin biyoremediasyonu arastirilmistir. Yenilenebilir bir enerji kaynagi olarak algler uzerine arastirmalarin baslatilmasi, 1970’lerdeki enerji krizi nedeniyle baslamistir. Mikroalglerin yetistirilmesi, gelismis biyoyakit uretimine yol acan onemli bir faktordur. Alg yetistiriciligi nispeten basit birkac kosul gerektirir. Bunlar isIk, su, karbon kaynagi, mikro ve makro besinler ile optimum sicakliktir. Yillar gectikce, zorlu bir gorev olmasina ragmen mikroalg buyumesi icin optimum kosullar goz onunde bulundurularak farkli kultur sistemleri gelistirilmistir. Genel olarak, mikroalglere yonelik yetistirme sistemleri ya acik sistemler ya da kapali sistemlerdir. Acik sistem ve kapali sistemin bir kombinasyonu olan hibrit sistemler, yuksek besin giderimi ile yuksek biyokutle verimliligi elde etmek icin kullanilabilir.

Mikroalglerden Biyoyakit Uretimi ve Elde Edilen Biyoyakitlar

Acik sistemler
Acik mikroalg golet sistemleri, atmosferde hali hazirda mevcut olan atmosferik karbondioksiti kullanmak icin iyi firsatlara sahip olduklarindan, mikroalg yetistiriciligi icin yaygin olarak kullanilir. Alg turlerinin ihtiyac duydugu besin maddelerine bagli olarak, alg kulturu icin mandira ya da sut isletmecileri lagun atiklari ve belediye atik suyu gibi cesitli atik su kaynaklari kullanilabilir. Acik sistemler ya da acik havuzlar, dogasi geregi dogal veya yapay olabilir ve genellikle dogal lagunleri, dairesel havuzlari, sig buyuk goletleri, tanklari ve kanal goletlerini icerir. Chlorella sp. yetistiriciligi geleneksel olarak genellikle betondan olusan dairesel havuzlarda yapilir. Ayrica kulturun karistirilmasini saglamak ve alg biyokutlesinin cokelmesini onlemek icin doner kol ile donatilmistir.
Acik havuzlarin yapimi ve isletilmesi, kapali fotobiyoreaktorlere gore daha az maliyetli olsa da, bu kultur sisteminin kendine ozgu dezavantajlari vardir. Bunlar acik hava sistemleri oldugu icin buharlasma nedeniyle genellikle cok fazla su kaybedebilir. Bu nedenle, acik bir havuzda buyuyen mikroalgler, karbondioksiti verimli bir sekilde almazlar ve alg biyokutle uretimi sinirlidir. Biyokutle uretkenligi, istenmeyen alg turlerinin yani sira yemden gelen diger organizmalarla kontaminasyon nedeniyle de sinirlidir. Ek olarak, acik havuzlarda optimal kultur kosullarinin saglanmasi zordur ve boyle seyreltik bir kulturden biyokutlenin geri kazanilmasi pahalidir.
Kapali sistemler
Kapali sistemler, hem fotosentetik alg turleri icin fotobiyoreaktorleri hem de siyanobakteriler gibi gunes isigina ihtiyac duymayanlar icin geleneksel biyoreaktorleri (diger mikrobiyal buyumede kullanilanlar gibi kapali tanklar) icerir. Kapali sistemler (fotobiyoreaktorler) iyi kontrol edilen buyume kosullarina sahiptir. Genel olarak, bu reaktorler isiga erisilebilirligi artirmak icin tasarlanmistir. Bu sistemler seffaf malzemelerden yapilir ve genellikle dogal isIkla aydinlatma icin dis mekanlara yerlestirilir.
Fotobiyoreaktorler acik kultivasyonun bircok problemini cozdugunden, arastirmacilar buyuk mikroalgal biyokutle uretimi icin fotobiyoreaktorler tasarlamaya odaklanmislardir. Fotobiyoreaktor tasariminda, geometrilerine ve yapilarina bagli olarak genis bir cesitlilik vardir. Fotobiyoreaktorler, torba tanklar ve kuleler olarak insa edilebilir. Fotobiyoreaktorler plaka veya boru seklinde olabilir ve plastik veya camdan yapilabilir. En yaygin fotobiyoreaktor, genellikle gunes isinlariyla ayni hizada olan bir dizi seffaf tupe sahip boru seklinde bir tasarimdir. Tuplerin capi genellikle gunes isiginin iceri girmesini en ust duzeye cikarmak icin 10 santimetreden daha kucuktur. Ortam suyu, bir pompa araciligiyla fotosentez icin isiga maruz birakilan tuplere dolastirilir ve ardindan tekrar bir rezervuara doner. Alg biyokutlesinin, mekanik bir pompa veya bir hava pompasi kullanilarak reaktor icinde oldukca turbulansli bir akis saglayarak cokelmesi onlenir. Alglerin bir kismi genellikle gunes enerjisi toplama tuplerinden sonra toplanir. Bu sekilde surekli alg kulturu mumkundur. Bazi fotobiyoreaktorlerde, tupler, sarmal tubuler bir fotobiyoreaktor olarak bilinen seyi olusturmak icin sarmal spirallerdir, ancak bunlar bazen uretim maliyetini artiran yapay aydinlatma gerektirir. Bu nedenle, bu teknoloji yalnizca yuksek degerli urunler icin kullanilir, biyodizel hammaddesi icin kullanilmaz. Fotosentez islemi oksijen uretir. Acik kanalli bir sistemde, oksijen basitce atmosfere geri verildigi icin bu bir problem degildir. Bununla birlikte, kapali fotobiyoreaktorde oksijen seviyeleri, algleri inhibe edip zehirleyene kadar birikecektir. Kultur, fazla oksijeni uzaklastirmak icin alg sivisinin hava ile kopurtuldugu bir alan olan gazdan arindirma bolgesine periyodik olarak geri gonderilmelidir.
Kapali fotobiyoreaktorlerin avantajlari aciktir. Acik havuzlarda karsilasilan kirlenme ve buharlasma problemlerinin ustesinden gelebilirler. Fotobiyoreaktorlerin biyokutle uretkenligi, ortalama olarak geleneksel bir kanal havuzundan 13 kat daha fazla olabilir. Tipik alg biyokutlesi, kanallarda bulunan biyokutleden yaklasIk 30 kat daha fazla konsantre oldugundan, biyokutlenin fotobiyoreaktorlerden toplanmasi, bir kanal havuzundan elde edilenden daha ucuzdur. Bununla birlikte, kapali fotobiyoreaktorlerin de bazi dezavantajlari vardir. Ornegin, reaktorler daha pahalidir ve olceklendirmesi zordur. Ayrica, isIk penetrasyonu hucre konsantrasyonu ile ters orantili oldugundan, isIk sinirlamasinin tamamen ustesinden gelinemez. Hucrelerin tup duvarlarina baglanmasi da isigin iceri girmesini engelleyebilir. Kapali sistemler biyokutle konsantrasyonunu artirabilse de, sicaklik ve isIk yogunlugundaki degisIklikler nedeniyle mikroalglerin buyumesi hala yetersizdir.
Hibrit sistemler
Hibrit sistemler uygun maliyetlidir ve buyuk alg yetistiriciligi icin kullanilabilir. Hibrit sistemler, acik sistemlerin sinirlamalarinin ve kapali sistemlerle iliskili yuksek baslangic ve isletme maliyetlerinin ustesinden gelir. Hibrit sistemde, mikroalgler once kapali ve kontrollu fotobiyoreaktor sisteminde kulturlenir ve daha sonra biyokutle verimini artirmak icin acik sisteme kaydirilir. Bu sistem, biyoyakit uretimine yonelik alg yetistiriciligi icin umut verici secenekler sunmaktadir.

Mikroalglerden Biyoyakit Uretimi ve Elde Edilen Biyoyakitlar
2-Alglerin Hasat Edilmesi
Alglerin buyume dongusunden sonra hasat edilmesi, ticari bir surecte biyoyakit olarak islenmesinin ilk adimidir. Hasat teknikleri, kullanilan alglerin turune baglidir. Genel olarak toplu hasat ve yogunlastirma olmak uzere iki ana sureci icerir.
Toplu hasat
Bu yontem, alg biyokutlesini buyuyen cozeltiden ayirmayi amaclar. Bu genellikle flokulasyon (cokeltme) ile baslar; buyuyen cozelti icindeki asili alg parcaciklarini daha buyuk kumeler halinde toplamak icin kimyasallar eklenir. Flokulasyon icin cesitli kimyasallar kullanilabilir. Kullanilan flokulant turu, uretilen alglerin turune, algleri buyutmek ve biyoyakita donusturmek icin kullanilan islemlere bagli olacaktir. Flokulasyonun ardindan kumelenmis algler toplanir. Toplama islemi filtreleme, yuzdurme (flotasyon) ve yercekimi ile cokeltme yontemlerinden biri ile yapilabilir.
Filtreleme: Kumelenmis algleri yakalamak ve cikarmak icin filtreler kullanilir.
Yuzdurme (flotasyon): Yosun kumelerini yuzeye cikarmak icin hava kabarciklari gonderilir.
Yercekimiyle cokeltme: Yosun kumelerini dibe indirmek icin zaman ve yercekimi kullanilir.
Her bir islemin kimyasallarin, basincli aparatlarin veya kombine islemlerin eklenmesini iceren bircok varyasyonu mevcuttur.
Yogunlastirma
Yogunlastirma, biyokutlenin ayristirildiktan sonra konsantre edilmesini amaclar. Bu, merkezkac kuvvetleri (santrifuj), kimyasallarin eklenmesi veya ultrasonik radyasyon kullanilmasi ile gerceklestirilebilir. Merkezkac kuvvetleri kullanildiginda, daha yogun bilesen donme noktasindan daha uzaga hareket ederken, daha az yogun bilesen daha yakinda kalir. Buradaki fikir, buyume dongusunu bozmadan algleri surekli olarak toplamak, dusuk su icerigine sahip bir alg biyokutlesi hasat etmek ve en az miktarda zaman, alan ve para kullanmaktir.

3-Alglerin Kurutulmasi
Algler hasat edildikten sonra kurutulmalidir. Kurutma ya da susuzlastirma, daha ileri islemlerin mumkun ve verimli olabilmesi icin toplanan alglerden suyun uzaklastirilmasini icerir. Kurutma, harici isi ile ya da diger yontemlerle gerceklestirilir.
Harici isi ile kurutma
Su anda alglerin harici isi kullanilarak kurutulmasi yuksek maliyetler nedeniyle ekonomik olarak mumkun degildir. Surec buyuk miktarda zaman, alan ve para gerektirmektedir ve sonuc olarak maliyetler elde edilebilecek kardan daha buyuktur. Birkac kurutma yontemi guneste kurutma, puskurterek kurutma, rafta kurutma, tamburda kurutma ve dondurarak kurutmadir.
Diger yontemlerle kurutma
Su anda alglerin susuzlastirma ya da suyunu giderme surecini iyilestirmek icin teknikler arastiran bircok sirket vardir. Asagida iki ornek sirket verilmistir:
OriginOil, algler de dahil olmak uzere organik maddeleri kimyasal kullanmadan sudan uzaklastirabilen, patent bekleyen bir elektro-su ayirma cihazina sahiptir. Islem, algleri kumelemek ve kumeleri yuzeye cikarmak icin karisima elektrik darbeleri gondermeyi icerir.
AlgaeVenture, konveyor bant sistemi kullanarak malzemeleri ayiran bir kati-sivi ayirma modelini tanitmistir. Ekipman, algleri alg yetistirme surecinde kullanilan diger malzemelerden ayirmak icin adezyon ve kohezyon ozelliklerini kullanir. Adezyon farkli yuzeylerin, kohezyon ise benzer yuzeylerin birbirine tutunma egilimidir.

4-Yagin Ayristirilmasi
Alg hucre duvarlarinda bulunan ve lipitler olarak bilinen yagin cikarilmasi icin bir ayirma isleminin gerceklestirilmesi gerekir. Alglerden farkli miktarlarda yag cikaran uc geleneksel islem vardir, ancak daha yuksek bir ekstraksiyon elde etmek daha fazla ekipman gerektirdiginden ek maliyetlere neden olmaktadir.
Mekanik pres
Yag, mekanik bir pres kullanilarak alglerden cikarilabilir. Alg hamurunu yagi cikaran ve cok daha kuru biyokutleyi disari atan bir nozule (agizliga, memeye) zorlayan bu islem, alg yaginin %70’e kadarini cikarabilir, ancak genellikle kuru bir alg hammaddesi gerektirir. Kuru algler, susuzlastirma isleminin urunudur. Bu islem genellikle hekzan cozucu yontemiyle birlestirilir.
Heksan cozucu yontemi
Alg biyokutlesinden elde edilen yag, alti karbon zincirli bir molekul olan hekzan cozucusu icinde cozunur. Daha sonra yag damitma yoluyla temizlenir ve cozucu baska islemlerle geri donusturulur. Yaglarin %95’ine kadari dusuk mali ve enerji maliyetleriyle hekzan cozuculer kullanilarak cikarilabilir, ancak surec boyunca kullanilan ve geri donusturulen kostik bir cozucunun saglik ve guvenlik etkileri ile ilgili bazi endiseler vardir.
Superkritik akiskanlar yontemi
Superkritik akiskanlar genel olarak, acikca sivi veya gaz olmayan cok yuksek sicaklikta, yuksek basincli akiskanlardir. Super akiskan karbondioksit, alg hucrelerini parcalamak ve yagi serbest birakmak icin kullanilabilir. Yagin %100’e kadari cikarilabilir, ancak ekipman ve enerji maliyetleri cok yuksektir, bu da ticari uygulanabilirligi ve bu yonteme olan ilgiyi sinirlamaktadir.
Diger yontemler
Alglerden yag elde etmek icin baska bircok yontem vardir, ancak alg biyoyakitlari su anda ticari olarak uretilmediginden, bunlarin cogu arastirma ve test asamasindadir. Sonuc olarak, ticari biyoyakit uretimi icin gerekli boyutlara henuz olceklendirilemezler.

5-Biyoyakit Uretimi
Sahip olduklari essiz potansiyel sayesinde mikroalglerden cesitli biyoyakitlar elde edilmektedir. Alg yaglari biyodizel uretimi icin kullanilirken, biyokutlenin karbonhidrat bileseni biyoetanol uretimi icin, artik biyokutle ise metan, yakit gazi veya akaryakit (yag yakit ya da fuel oil) uretimi icin kullanilabilir. Biyoyakit uretiminden sonra elde edilen biyokutle ayrica eikosapentaenoik asit (EPA), dokosaheksaenoik asit (DHA), nutrasotikler, protein takviyeleri, terapotikler, biyokontrol ajanlari, gubreler, hayvan yemi ve su urunleri gibi bircok katma degerli urunun kaynagi olarak kullanilabilir.
Biyodizel
Biyodizel, kukurt ve partikul madde emisyonlarini azaltirken, petrol dizel yakiti ile karsilastirilabilir motor performansina sahiptir. Biyodizel, yenilenebilir kaynaklardan elde edilen biyolojik olarak parcalanabilen alternatif bir yakittir ve dogada toksIk degildir. Uretim surecinde, triacilgliseroller (TAG’ler) bir asit veya alkali katalizor ile transesterifiye edilerek biyodizel ve gliserol uretilir. Biyodizel daha sonra yikanir ve filtrelenerek halkin kullanimina hazir hale getirilir. Alglerden elde edilen biyodizel, dogrudan alg biyokutlesinin transesterifikasyonundan elde edilebilir. Alternatif olarak, lipitlerin baslangicta ekstrakte edildigi ve daha sonra transesterifiye edildigi iki asamali bir islemle de uretilebilir, ancak her iki islem de metanol, izopropanol ve petrol eteri gibi solventler (cozuculer) ve alkoller yoluyla lipit ekstraksiyonu icerir. Dogrudan transesterifikasyon sureci hizli ve uygun maliyetli bir teknolojidir. Mikroalglerden uretilen biyodizel, mevcut dizel krizine mukemmel bir alternatif olabilir, ancak mikroalglerden verimli bir sekilde biyodizel uretmek icin, yuksek buyume hizina ve yag icerigine sahip suslarin secilmesi gerekir.

Mikroalglerden Biyoyakit Uretimi ve Elde Edilen Biyoyakitlar
Biyoetanol
Alglerden yag cikarildiktan sonra biyokutle olarak bilinen cok miktarda kati madde kalir. Bu artik biyokutle, baska bir alg bazli yakit urunu olan biyoetanol (biyokutleden elde edilen etanol) olusturmak icin kullanilabilir. Biyokutlenin karbonhidrat icerigi sekerlere donusturulebilir. Bu, alglerin buyume surecine geri donusturulebilen karbondioksit veren maya ile fermantasyon yoluyla gerceklestirilebilir. Daha sonra sekerler fermente olarak etanole donusmeye devam eder. Ayrica, alglerin biyokutlede hala orijinal yagi icermesi durumunda, hucre duvarlarini parcalamak, karbonhidratlari serbest birakmak ve ardindan fermente etmek icin curume baslatilabilir.
Biyoetanol, fosil kaynakli petrolun bir kisminin yerini alabilen bir biyoyakit olarak kullanilabilir. Su anda, biyoetanol, misir soz konusu oldugunda nisastanin hidrolize edilmesinden elde edilen sekerlerin fermente edilmesiyle uretilmektedir. Nisasta icerigi %50’nin uzerinde olan mikroalg turleri bildirilmistir. Yeni teknolojilerle, seluloz ve hemiseluloz sekere hidrolize edilebilir; boylece kuru alg biyokutlesinin buyuk kismindan etanol olusumu kolaylasir. Odunsu biyokutlenin geleneksel kullanimina kiyasla mikroalgler, bazilari asagida siralanan daha iyi seceneklere sahiptir:
a)Mikroalglerde lignin yoktur, bu nedenle isleme daha kolay hale gelir.
b)Mikroalgal hucre bilesimi cok basittir ve biyokutle kolayca kullanilabilir.
c)Mikroalgal hucreler, sekere donusturulebilen bol miktarda polisakkaritten olusur.
d)Mikroalgler, etanol uretmek icin genetik olarak tasarlanabilir.
Mikroalglerden veya mikroalglerden etanol uretimi cok ilginc beklentilere sahiptir, ancak su anda yalnizca arastirmalarin baslangic asamasindadir. Tam olcekli bir uretim sistemini analiz etmek icin daha fazla gelistirme gerekir.
Biyogaz
Organik maddenin anaerobik sindirimi, biyogaz veya biyometan adi verilen yakit olusumuna yol acar. Biyogaz esas olarak metan (%55-75) ve CO2’den (%25-45) olusur. Anaerobik sindirimin, asagida aciklanan asamalari vardir:
a-Hidrolitik bakterilerin aracilik ettigi monosakkaritlere biyopolimer hidrolizi.
b-Monosakkaritlerin fermantasyon yoluyla asitlere donusumu.
c- Asetat olusumuna yol acan asetojenik bakterilerin etkisi.
d-Metanojenik bakteriler tarafindan metan ve karbondioksit olusumu.
Mikroalglerin yakit kaynagi olarak biyogaz urettigi rapor edilmistir, ancak algal hucrelerin bakteriyel bozunmaya karsi hassasiyeti ve inhibitor (amonyak) olusumuna yol acan dusuk karbon ve nitrojen orani (C:N) nedeniyle biyogaz olusum verimi oldukca dusuktur. Scenedesmus spp.’de, lipitlerden ve amino asitlerden arindirilmis artik biyokutle, biyogaz uretimi icin arastirilmis ve sonuclar, artik biyokutlenin ham biyokutleye kiyasla daha iyi biyogaz verimi verdigini gostermistir.

Mikroalglerden Biyoyakit Uretimi ve Elde Edilen Biyoyakitlar
Hidrokarbonlar
Mikroalg turleri, ayrica dizel, kerosen ve benzine donusturulebilen hidrokarbonlar uretme yetenegine sahiptir. Bir mikroalg turu olan Botryococcus braunii’nin mukemmel yag verimine sahip hidrokarbonlar urettigi bildirilmistir. B. braunii’nin yasam alani, degisen tuz konsantrasyonlarina uyum saglamasina yol acan faktorlerden biri olabilecek tatli sudur. Buna ek olarak, B. braunii’den gelen hidrokarbonlar hucre disinda birikerek ekstraksiyon nispeten daha kolay ve uygun hale gelir.
Hidrojen
Mikroalgler, yalnizca oksijenin tamamen yoklugunda gunes isigindan ve sudan dogrudan hidrojen uretebilir. Hidrojen, sera gazi yaymadigi ve yan urun olarak su aciga cikardigi icin gelecek vaat eden bir enerji kaynagidir. Yakit olarak hidrojenin buyuk olcekli uretimine iliskin sinirlamalar mevcuttur. Su anda hidrojen, fotosentetik alglerin aracilik ettigi akis reformasyonu, fotofermentasyon ve suyun fotolizi ile uretilir.
Mor kukurtsuz bakteriler cesitli substratlardan hidrojen elde ederken, yesil kukurt bakterileri hidrojen sulfurden (H2S) hidrojen gazi elde eder. Diger mikroalgler, yalnizca oksijenin tamamen yoklugunda dogrudan gunes isigi ve sudan hidrojen uretebilir. Hidrojen uretimi icin yeni organizmalarin kesfedilmesi, buyume kosullarinin optimizasyonu ve biyoteknolojik tekniklerin kullanilmasi, hidrojeni gelecek icin uygun bir yakit haline getirmede yeni kapilar acabilir.
Biyosingaz
Biyosingaz (biyosentez gazi), oksijen, su buhari veya hava varliginda biyokutlenin gazlastirilmasiyla uretilir, karbon monoksit, hidrojen, metan, su, diger hidrokarbonlar ve kuller uretir. Gazlastirma icin yuksek sicaklik (800–1200°C) gereklidir ve hammaddenin biyokutle icinde %20’den fazla su icerigine sahip olmamasi gerekir. Kazanlarda ve turbinlerde yakilarak elektrik uretilebilir ve daha sonra kerosen, mum, nafta ve benzin elde edilebilir.

Mikroalglerden Biyoyakit Uretimi ve Elde Edilen Biyoyakitlar
Uretim Zorluklari
ABD Enerji Bakanligi (DOE), 1980’lerden 1990’lara kadar alg biyoyakitinin ticari uretimini surdurmek icin onemli bir caba sarf etmistir. 16 yillik arastirmanin ardindan DOE, alg biyoyakit uretiminin yakin gelecekte ticarilestirilemeyecek kadar pahali oldugu sonucuna varmistir.
Ticari alg uretimini sinirlayan uc ana faktor vardir:
1-Kultur sisteminde arzu edilen turleri surdurmenin zorlugu.
2-Alg yaginin dusuk verimi.
3- Alg biyokutlesini toplamanin yuksek maliyeti.
Son yillarda, alg biyoyakit uretimi yeniden ilgi kazanmistir. Hem universite arastirma gruplari hem de yeni kurulan isletmeler, ticari alg biyoyakit uretimi nihai hedefi ile alg proses verimliligini artirmak icin yeni yontemler arastirmakta ve gelistirmektedir. Arastirma ve gelistirme cabalari birkac alana ayrilabilir:
-Mevcut suslarin yag icerigini artirilmasi veya yuksek yag icerigine sahip yeni suslarin secilmesi.
-Alglerin buyume hizinin artirilmasi.
-Acik hava ortaminda veya kapali bir ortamda saglam alg yetistirme sistemlerinin gelistirilmesi.
-Petrol disinda ortak urunlerin gelistirilmesi.
-Biyoremediasyonda alglerin kullanimi.
-Verimli bir yag cikarma yonteminin gelistirilmesi.
Bu hedeflere ulasmanin bir yolu, alg turlerini genetik ve metabolik olarak degistirmektir. Diger yolu, yukarida siralanan ayni hedeflere ulasilmasi icin yeni buyume teknolojileri gelistirmek veya mevcut buyume teknolojilerini iyilestirmektir. Ancak, bu yeni ilgi dalgasinin henuz onemli bir atilimla sonuclanmadigini belirtmek gerekir.

Ozet
Mikroalgler ideal bir biyodizel hammaddesidir ve yuksek yag icerigi, yuksek uretim oranlari, daha az arazi vb. gibi cesitli avantajlar nedeniyle sonunda petrol bazli yakitin yerini alabilir. Alg biyokutlelerinden yakit uretecek teknoloji ve altyapi en az 60 yildir vardir. Su anda, alg biyodizel uretimi ticarilestirilemeyecek kadar pahalidir. Yag cikarma ve biyodizel isleme ile ilgili statik maliyetler ve alg biyokutle uretiminin degiskenligi nedeniyle, alg yagi uretimi icin maliyet tasarrufu saglayan cabalar, yag acisindan zengin alglerin kendisinin uretim yontemine odaklanmalidir. Buna hem alg biyolojisi (biyokutle verimi ve yag icerigi acisindan) hem de kultur sistemi muhendisligi gelistirilerek yaklasilmalidir. Ek olarak, entegre bir biyorafineri araciligiyla alg yakitinin yani sira cesitli katma degerli urunler uretmek icin mikroalgin tum yonlerini kullanmak, alg biyoyakit uretiminin maliyetini dusurmenin cekici bir yoludur. Aslinda, mikroalgler buyuk oranda yag icerir, geri kalan kisimlar ise buyuk miktarlarda protein, karbonhidrat ve diger besinlerden olusur. Bu, yag cikarma sonrasi kalintiyi hayvan yemi olarak veya diger katma degerli urunlerde kullanim icin cazip hale getirir.

ALİNTİ ~

21.Haziran.2023	#1
Çevrimdışı CeReN Bizimsohbet.net	Mikroalglerden Biyoyakit Uretimi Ve Elde Edilen Biyoyakitlar Biyoyakit, canlilardan veya biyokutle olarak da bilinen bir canlinin atiklarindan yapilan bir yakittir ve bilimsel arastirmalarin en cok beklenen, ilgi goren urunleridir. Fosil yakitlar tukenmektedir ve kirlilik kuresel olarak artmaktadir. Biyoyakitlar gunumuzun ihtiyacidir ve dunyanin dort bir yanindaki arastirmacilar biyolojik yakit uretimi icin secenekleri arastirmaktadir. Cogu alg, deniz (tuzlu su) veya tatli su ortamlarinda yetisen tek hucreli organizmalardir. Diger bitkiler gibi gunes isigini, suyu, karbondioksiti ve diger besleyici maddeleri enerji ve biyokutleye donustururler ve atmosfere buyuk miktarlarda oksijen salarlar. Kirmizi, yesil, kahverengi ve mavi-yesil (siyanobakteriler) gibi bircok farkli tur de dahil olmak uzere 65.000’den fazla bilinen alg turu vardir. Algler halihazirda cok sayida ticari kullanimda (besin takviyeleri uretmek, lagim suyunu aritmak ve renklendirici maddeler olarak) onemlidir. Son derece cesitli basit, ototrofik organizma grubu olan alglerin en umut verici kullanimlarindan biri, biyoyakitlar icin ham madde olarak kullanilmasidir. Biyoyakit haline getirmek icin bircok alg turu (hem tek hucreli olan mikroalgler hem de deniz yosunu gibi makroalgler) kullanilabilir ve islenebilir. Cesitli alg biyoyakitlari, biyodizel, duz bitkisel yag, lipitler, etanol ve hidrojenden olusur. Alglerden turetilen dizeller ve jet yakitlari, motorlarda degisIklik yapilmadan dogrudan petrol yakitlarinin yerini alan Drop- in yani ikame yakitlardir. Mikroalglerden Biyoyakit Uretimi ve Elde Edilen Biyoyakitlar Mikroalgler ve Makroalgler Tek hucreli fotosentetik mikroorganizmalar olan mikroalgler, mikrometre cinsinden olculur ve normalde bir su kutlesi icinde suspansiyon halinde buyuyen kucuk, tek hucreli alglerdir. Dogada her yerde, tatli suda, deniz suyunda, asiri tuzlu gollerde ve hatta collerde ve kutup ekosistemlerinde (arktik ekosistemlerde) bulunurlar. Mikroalgler, nispeten yuksek yag icerigi ve hizli biyokutle uretimi nedeniyle uzun suredir biyoyakit uretiminde on plana cikarilmaya calisilan potansiyel iyi kaynaklar durumundadir. Makroalgler, inc cinsinden olculen, genellikle havuzlarda (tatli sularda) yetisen buyuk, cok hucreli alglerdir. Bu buyuk algler cesitli sekillerde buyuyebilir. En buyuk cok hucreli alglere deniz yosunu denir; 30 metreden daha uzun (ideal kosullarda 53 metre uzunluga kadar ulasabilirler) olabilen dev bir deniz yosunu olan kelp yosunlari bunlara bir ornektir. Yagdan Biyodizele Ozellesmis hucrelerin yag urettigi tipik karasal yag ureten bitkilerin aksine, her alg hucresi yag uretebilir. Algal yaglar, tipki soya, kanola, palmiye ve daha az bilinen jatropha bitkileri tarafindan uretilen yaglar gibi, transesterifikasyon yoluyla iyi biyodizel hammaddeleri haline getirilebilir. Bu surecte bir katalizor, yaglardaki yag asitlerini hidrolize ve metilleyerek bir biyodizel yakit (yag asidi metil esterlerinden olusan) olusturur. Karisimin rafine edilmesi tipik olarak bir sonraki adimdir ve yakittan gliserol, polar lipidler ve artik pigmentler gibi yag asidi olmayan bilesenlerin uzaklastirilmasini icerir. Mikroalglerden Biyoyakit Uretimi ve Elde Edilen Biyoyakitlar Chlamydomonas, Chlorella, Scenedesmus, Botryococcus braunii ve benzeri bircok alg turunun biyoyakit urettigi rapor edilmistir. Alg suslarinin secimi, ozellikle yag icerigi, uretim verimi ve sonraki isleme gibi cesitli faktorlere ve ayrica mikroalglerin yuksek oksijen konsantrasyonuna, sicaklik degisimlerine ve su kimyasina uyum saglama yetenegine baglidir. Laboratuvarlarda kapsamli bir sekilde incelenen bir sus (tur) olan Chlorella vulgaris’te, ekstrakte edilen yag icerigi hem aktif buyume hem de besin kisitli kosullar altinda biyokutlenin yaklasIk yuzde 30 ila 50’sine denk gelmektedir. Arastirmacilar, C. vulgaris’e ek olarak, Chlamydomonas reinhardtii ve Scenedesmus ve Nannochloropsis turleri dahil olmak uzere diger okaryotik algleri de degerlendirmektedir. Ucu de iyi arastirilmis laboratuvar turleridir. C. reinhardtii fazla yag yapmaz ama muhtemelen en yaygin okaryotik alg laboratuvari turudur. Genom dizilimi tam olarak yapilmistir ve genetik manipulasyon icin bircok arac mevcuttur. Scenedesmus ve Nannochloropsis cesitlerinin cogu, yag uretimi icin kullanilmistir cunku her iki sus da buyuk olcekli acik havuzlarda ve fotobiyoreaktorlerde iyi buyur ve her ikisi de onemli miktarda yag uretebilir. Mikroalglerden Biyoyakit Uretimi ve Elde Edilen Biyoyakitlar Biyoyakit Uretiminde Mikroalglerin Avantajlari Alglerin bircok dogal avantaji vardir ve bazi turlerde bulunan yuksek lipid (yag) icerigi temel bir avantajdir. Mikroalgler cesitli habitatlarda her yerde bulunurlar ve hucre kuru agirliklarinin yuzde 60 kadari yag olabilir. Bununla birlikte, yaglarin bilesimi buyuk olcude ture ve alglerin buyudugu kosullara baglidir. Notr lipitler bakimindan zengin yaglar, potansiyel yuksek yakit verimleri nedeniyle biyoyakit baglaminda arzu edilir. Lipitlerin yapi taslari olan yag asitleri, kloroplasttaki enzimler tarafindan sentezlenir ve bunlardan asetil-CoA karboksilazin sentez oranlarinin duzenlenmesinde kilit rol oynar. Hucreler aktif olarak buyurken, metabolik odaklari fotosentez ve biyokutle uretimidir. Uretilen yag asitleri cogunlukla fotosentez icin cok degerli olan fosfo ve glikolipidler gibi polar membran lipidlerinde bulunur. Triacilgliseroller, bir gliserol molekulune esterlenmis veya degistirilmis uc yag asidi molekulunden olustugu icin agirliklarinin yuzde 100’e yakini yakita donusturulebilir. Polar lipidlerde ise sadece bir veya iki yag asidi molekulu gliserole esterlesir ve geri kalan bilesenler (ornegin sekerler veya fosfat gruplari) yakit hammaddesine donusturulemez. Sonuc olarak, bu tur lipitler daha dusuk yakit verimi saglar. Mikroalglerin diger bir avantaji alglerin donum basina yuksek uretkenligidir. Mikroalgler karasal urunlere kiyasla cok hizli buyurler ve metabolik surecler icin minimum girdi yani gunes isigi, CO2 ve su, cok az mineral besin gerektirirler. Gunes isigi, dunyadaki en kolay bulunabilen ve ucuz enerji kaynagidir. Yakalanan gunes enerjisini biyokutleye donusturmede mikroalglerin etkinligi, karasal bitkilerin potansiyelini asmaktadir. Mikroalgler, atik suda yetistirilebildikleri icin karasal bitkilerle toprak veya su temini icin rekabet etmezler, bu da biyokutle uretimi ile birlikte islah edilmelerine yol acar. Biyoyakitlar icin alg kullanmanin onemli bir avantaji da gida kaynaklari yetistirmek icin kullanilan tarim arazilerinin yerini almasi gerekmemesidir. Algler bircok farkli ortamda yetistiginden, tarimsal olarak verimli olmayan arazilerde de uretilebilir. Tarim bitkilerine uygun olmayan ve ekilebilir arazilerle rekabet etmeyen deniz kiyisi, col vb. alanlarda yetistirilebilirler. Yil boyunca yetistirilebildikleri ve minimum cevresel etkiye sahip olduklari icin ekimleri mevsimlerden bagimsizdir. Alg sistemleri kolayca uyarlanabildiginden, kulturlerin genetik muhendisligi, sentetik biyoloji, metabolik muhendislik ve benzeri teknolojik mudahaleler yoluyla yuksek verim uretmesi kolaylastirilabilir. Fitoremediasyon yetenekleri sayesinde tarimsal, endustriyel ve evsel atik sularda bulunan azot ve fosforu kullanabildikleri icin atik sudaki besin yukunu azaltirlar. Mikroalglerden Biyoyakit Uretimi ve Elde Edilen Biyoyakitlar Algler ayrica yuksek karbondioksit tutma etkinligine sahiptirler ve boylece sera gazi emisyonlarini azaltirlar. Algler, kuresel bitki karbonunun yuzde 2’sinden daha azini olustururken, atmosferik karbondioksitin (yilda 30 milyar ila 50 milyar metrik ton) yuzde 50’sini emer ve sabitleyerek onu organik karbona donusturur. Fotosentez yoluyla, kuresel oksijenin yuzde 50’sine kadar uretirler. Bir enerji santralinin yakinina bir alg ciftligi kurulursa, enerji santrali tarafindan uretilen karbondioksit (CO2), alg gelisimi icin bir karbon kaynagi olarak kullanilabilir ve karbon emisyonlari, enerji santrallerinden gelen atik CO2’nin temiz yanan biyodizele donusturulmesiyle azaltilabilir. ABD, Cevre Koruma Ajansi, yag asidi metil transesterifikasyonu yoluyla uretilen alg bazli biyodizelin, petrol dizeline kiyasla sera gazi emisyonlarini yuzde 60’tan fazla azaltabilecegini tahmin etmektedir. Mikroalglerden Biyoyakit Uretimi ve Elde Edilen Biyoyakitlar Alglerin Biyoyakita Donusturulmesi Alglerin biyoyakita donusturulmesi birkac adimda gerceklesir. 1-Alglerin yetistirilmesi: Gunes isigi, karbondioksit ve besin kullanarak alglerin yetistirilmesi. 2-Alglerin hasat edilmesi: Buyume dongusunden sonra alglerin toplanmasi. 3-Alglerin susuzlastirilmasi: Susuzlastirma adi verilen bir islemle alglerdeki suyun uzaklastirilmasi. 4-Yagin ayristirilmasi: Kurutulmus yosun kitlesinden yagin cikarilmasi 5-Biyoyakit uretimi: Yag ve alglerin biyoyakitlara donusturulmesi. 1-Mikroalglerin Yetistirilmesi Mikroalgler icin ozel kultur sistemlerinin gelistirilmesi, artan dunya nufusu icin alglerin alternatif bir protein kaynagi olarak arastirildigi 1950’lerde baslamistir. Daha sonra, cesitli urunler ve alglerin atik su potansiyelinin biyoremediasyonu arastirilmistir. Yenilenebilir bir enerji kaynagi olarak algler uzerine arastirmalarin baslatilmasi, 1970’lerdeki enerji krizi nedeniyle baslamistir. Mikroalglerin yetistirilmesi, gelismis biyoyakit uretimine yol acan onemli bir faktordur. Alg yetistiriciligi nispeten basit birkac kosul gerektirir. Bunlar isIk, su, karbon kaynagi, mikro ve makro besinler ile optimum sicakliktir. Yillar gectikce, zorlu bir gorev olmasina ragmen mikroalg buyumesi icin optimum kosullar goz onunde bulundurularak farkli kultur sistemleri gelistirilmistir. Genel olarak, mikroalglere yonelik yetistirme sistemleri ya acik sistemler ya da kapali sistemlerdir. Acik sistem ve kapali sistemin bir kombinasyonu olan hibrit sistemler, yuksek besin giderimi ile yuksek biyokutle verimliligi elde etmek icin kullanilabilir. Mikroalglerden Biyoyakit Uretimi ve Elde Edilen Biyoyakitlar Acik sistemler Acik mikroalg golet sistemleri, atmosferde hali hazirda mevcut olan atmosferik karbondioksiti kullanmak icin iyi firsatlara sahip olduklarindan, mikroalg yetistiriciligi icin yaygin olarak kullanilir. Alg turlerinin ihtiyac duydugu besin maddelerine bagli olarak, alg kulturu icin mandira ya da sut isletmecileri lagun atiklari ve belediye atik suyu gibi cesitli atik su kaynaklari kullanilabilir. Acik sistemler ya da acik havuzlar, dogasi geregi dogal veya yapay olabilir ve genellikle dogal lagunleri, dairesel havuzlari, sig buyuk goletleri, tanklari ve kanal goletlerini icerir. Chlorella sp. yetistiriciligi geleneksel olarak genellikle betondan olusan dairesel havuzlarda yapilir. Ayrica kulturun karistirilmasini saglamak ve alg biyokutlesinin cokelmesini onlemek icin doner kol ile donatilmistir. Acik havuzlarin yapimi ve isletilmesi, kapali fotobiyoreaktorlere gore daha az maliyetli olsa da, bu kultur sisteminin kendine ozgu dezavantajlari vardir. Bunlar acik hava sistemleri oldugu icin buharlasma nedeniyle genellikle cok fazla su kaybedebilir. Bu nedenle, acik bir havuzda buyuyen mikroalgler, karbondioksiti verimli bir sekilde almazlar ve alg biyokutle uretimi sinirlidir. Biyokutle uretkenligi, istenmeyen alg turlerinin yani sira yemden gelen diger organizmalarla kontaminasyon nedeniyle de sinirlidir. Ek olarak, acik havuzlarda optimal kultur kosullarinin saglanmasi zordur ve boyle seyreltik bir kulturden biyokutlenin geri kazanilmasi pahalidir. Kapali sistemler Kapali sistemler, hem fotosentetik alg turleri icin fotobiyoreaktorleri hem de siyanobakteriler gibi gunes isigina ihtiyac duymayanlar icin geleneksel biyoreaktorleri (diger mikrobiyal buyumede kullanilanlar gibi kapali tanklar) icerir. Kapali sistemler (fotobiyoreaktorler) iyi kontrol edilen buyume kosullarina sahiptir. Genel olarak, bu reaktorler isiga erisilebilirligi artirmak icin tasarlanmistir. Bu sistemler seffaf malzemelerden yapilir ve genellikle dogal isIkla aydinlatma icin dis mekanlara yerlestirilir. Fotobiyoreaktorler acik kultivasyonun bircok problemini cozdugunden, arastirmacilar buyuk mikroalgal biyokutle uretimi icin fotobiyoreaktorler tasarlamaya odaklanmislardir. Fotobiyoreaktor tasariminda, geometrilerine ve yapilarina bagli olarak genis bir cesitlilik vardir. Fotobiyoreaktorler, torba tanklar ve kuleler olarak insa edilebilir. Fotobiyoreaktorler plaka veya boru seklinde olabilir ve plastik veya camdan yapilabilir. En yaygin fotobiyoreaktor, genellikle gunes isinlariyla ayni hizada olan bir dizi seffaf tupe sahip boru seklinde bir tasarimdir. Tuplerin capi genellikle gunes isiginin iceri girmesini en ust duzeye cikarmak icin 10 santimetreden daha kucuktur. Ortam suyu, bir pompa araciligiyla fotosentez icin isiga maruz birakilan tuplere dolastirilir ve ardindan tekrar bir rezervuara doner. Alg biyokutlesinin, mekanik bir pompa veya bir hava pompasi kullanilarak reaktor icinde oldukca turbulansli bir akis saglayarak cokelmesi onlenir. Alglerin bir kismi genellikle gunes enerjisi toplama tuplerinden sonra toplanir. Bu sekilde surekli alg kulturu mumkundur. Bazi fotobiyoreaktorlerde, tupler, sarmal tubuler bir fotobiyoreaktor olarak bilinen seyi olusturmak icin sarmal spirallerdir, ancak bunlar bazen uretim maliyetini artiran yapay aydinlatma gerektirir. Bu nedenle, bu teknoloji yalnizca yuksek degerli urunler icin kullanilir, biyodizel hammaddesi icin kullanilmaz. Fotosentez islemi oksijen uretir. Acik kanalli bir sistemde, oksijen basitce atmosfere geri verildigi icin bu bir problem degildir. Bununla birlikte, kapali fotobiyoreaktorde oksijen seviyeleri, algleri inhibe edip zehirleyene kadar birikecektir. Kultur, fazla oksijeni uzaklastirmak icin alg sivisinin hava ile kopurtuldugu bir alan olan gazdan arindirma bolgesine periyodik olarak geri gonderilmelidir. Kapali fotobiyoreaktorlerin avantajlari aciktir. Acik havuzlarda karsilasilan kirlenme ve buharlasma problemlerinin ustesinden gelebilirler. Fotobiyoreaktorlerin biyokutle uretkenligi, ortalama olarak geleneksel bir kanal havuzundan 13 kat daha fazla olabilir. Tipik alg biyokutlesi, kanallarda bulunan biyokutleden yaklasIk 30 kat daha fazla konsantre oldugundan, biyokutlenin fotobiyoreaktorlerden toplanmasi, bir kanal havuzundan elde edilenden daha ucuzdur. Bununla birlikte, kapali fotobiyoreaktorlerin de bazi dezavantajlari vardir. Ornegin, reaktorler daha pahalidir ve olceklendirmesi zordur. Ayrica, isIk penetrasyonu hucre konsantrasyonu ile ters orantili oldugundan, isIk sinirlamasinin tamamen ustesinden gelinemez. Hucrelerin tup duvarlarina baglanmasi da isigin iceri girmesini engelleyebilir. Kapali sistemler biyokutle konsantrasyonunu artirabilse de, sicaklik ve isIk yogunlugundaki degisIklikler nedeniyle mikroalglerin buyumesi hala yetersizdir. Hibrit sistemler Hibrit sistemler uygun maliyetlidir ve buyuk alg yetistiriciligi icin kullanilabilir. Hibrit sistemler, acik sistemlerin sinirlamalarinin ve kapali sistemlerle iliskili yuksek baslangic ve isletme maliyetlerinin ustesinden gelir. Hibrit sistemde, mikroalgler once kapali ve kontrollu fotobiyoreaktor sisteminde kulturlenir ve daha sonra biyokutle verimini artirmak icin acik sisteme kaydirilir. Bu sistem, biyoyakit uretimine yonelik alg yetistiriciligi icin umut verici secenekler sunmaktadir. Mikroalglerden Biyoyakit Uretimi ve Elde Edilen Biyoyakitlar 2-Alglerin Hasat Edilmesi Alglerin buyume dongusunden sonra hasat edilmesi, ticari bir surecte biyoyakit olarak islenmesinin ilk adimidir. Hasat teknikleri, kullanilan alglerin turune baglidir. Genel olarak toplu hasat ve yogunlastirma olmak uzere iki ana sureci icerir. Toplu hasat Bu yontem, alg biyokutlesini buyuyen cozeltiden ayirmayi amaclar. Bu genellikle flokulasyon (cokeltme) ile baslar; buyuyen cozelti icindeki asili alg parcaciklarini daha buyuk kumeler halinde toplamak icin kimyasallar eklenir. Flokulasyon icin cesitli kimyasallar kullanilabilir. Kullanilan flokulant turu, uretilen alglerin turune, algleri buyutmek ve biyoyakita donusturmek icin kullanilan islemlere bagli olacaktir. Flokulasyonun ardindan kumelenmis algler toplanir. Toplama islemi filtreleme, yuzdurme (flotasyon) ve yercekimi ile cokeltme yontemlerinden biri ile yapilabilir. Filtreleme: Kumelenmis algleri yakalamak ve cikarmak icin filtreler kullanilir. Yuzdurme (flotasyon): Yosun kumelerini yuzeye cikarmak icin hava kabarciklari gonderilir. Yercekimiyle cokeltme: Yosun kumelerini dibe indirmek icin zaman ve yercekimi kullanilir. Her bir islemin kimyasallarin, basincli aparatlarin veya kombine islemlerin eklenmesini iceren bircok varyasyonu mevcuttur. Yogunlastirma Yogunlastirma, biyokutlenin ayristirildiktan sonra konsantre edilmesini amaclar. Bu, merkezkac kuvvetleri (santrifuj), kimyasallarin eklenmesi veya ultrasonik radyasyon kullanilmasi ile gerceklestirilebilir. Merkezkac kuvvetleri kullanildiginda, daha yogun bilesen donme noktasindan daha uzaga hareket ederken, daha az yogun bilesen daha yakinda kalir. Buradaki fikir, buyume dongusunu bozmadan algleri surekli olarak toplamak, dusuk su icerigine sahip bir alg biyokutlesi hasat etmek ve en az miktarda zaman, alan ve para kullanmaktir. 3-Alglerin Kurutulmasi Algler hasat edildikten sonra kurutulmalidir. Kurutma ya da susuzlastirma, daha ileri islemlerin mumkun ve verimli olabilmesi icin toplanan alglerden suyun uzaklastirilmasini icerir. Kurutma, harici isi ile ya da diger yontemlerle gerceklestirilir. Harici isi ile kurutma Su anda alglerin harici isi kullanilarak kurutulmasi yuksek maliyetler nedeniyle ekonomik olarak mumkun degildir. Surec buyuk miktarda zaman, alan ve para gerektirmektedir ve sonuc olarak maliyetler elde edilebilecek kardan daha buyuktur. Birkac kurutma yontemi guneste kurutma, puskurterek kurutma, rafta kurutma, tamburda kurutma ve dondurarak kurutmadir. Diger yontemlerle kurutma Su anda alglerin susuzlastirma ya da suyunu giderme surecini iyilestirmek icin teknikler arastiran bircok sirket vardir. Asagida iki ornek sirket verilmistir: OriginOil, algler de dahil olmak uzere organik maddeleri kimyasal kullanmadan sudan uzaklastirabilen, patent bekleyen bir elektro-su ayirma cihazina sahiptir. Islem, algleri kumelemek ve kumeleri yuzeye cikarmak icin karisima elektrik darbeleri gondermeyi icerir. AlgaeVenture, konveyor bant sistemi kullanarak malzemeleri ayiran bir kati-sivi ayirma modelini tanitmistir. Ekipman, algleri alg yetistirme surecinde kullanilan diger malzemelerden ayirmak icin adezyon ve kohezyon ozelliklerini kullanir. Adezyon farkli yuzeylerin, kohezyon ise benzer yuzeylerin birbirine tutunma egilimidir. 4-Yagin Ayristirilmasi Alg hucre duvarlarinda bulunan ve lipitler olarak bilinen yagin cikarilmasi icin bir ayirma isleminin gerceklestirilmesi gerekir. Alglerden farkli miktarlarda yag cikaran uc geleneksel islem vardir, ancak daha yuksek bir ekstraksiyon elde etmek daha fazla ekipman gerektirdiginden ek maliyetlere neden olmaktadir. Mekanik pres Yag, mekanik bir pres kullanilarak alglerden cikarilabilir. Alg hamurunu yagi cikaran ve cok daha kuru biyokutleyi disari atan bir nozule (agizliga, memeye) zorlayan bu islem, alg yaginin %70’e kadarini cikarabilir, ancak genellikle kuru bir alg hammaddesi gerektirir. Kuru algler, susuzlastirma isleminin urunudur. Bu islem genellikle hekzan cozucu yontemiyle birlestirilir. Heksan cozucu yontemi Alg biyokutlesinden elde edilen yag, alti karbon zincirli bir molekul olan hekzan cozucusu icinde cozunur. Daha sonra yag damitma yoluyla temizlenir ve cozucu baska islemlerle geri donusturulur. Yaglarin %95’ine kadari dusuk mali ve enerji maliyetleriyle hekzan cozuculer kullanilarak cikarilabilir, ancak surec boyunca kullanilan ve geri donusturulen kostik bir cozucunun saglik ve guvenlik etkileri ile ilgili bazi endiseler vardir. Superkritik akiskanlar yontemi Superkritik akiskanlar genel olarak, acikca sivi veya gaz olmayan cok yuksek sicaklikta, yuksek basincli akiskanlardir. Super akiskan karbondioksit, alg hucrelerini parcalamak ve yagi serbest birakmak icin kullanilabilir. Yagin %100’e kadari cikarilabilir, ancak ekipman ve enerji maliyetleri cok yuksektir, bu da ticari uygulanabilirligi ve bu yonteme olan ilgiyi sinirlamaktadir. Diger yontemler Alglerden yag elde etmek icin baska bircok yontem vardir, ancak alg biyoyakitlari su anda ticari olarak uretilmediginden, bunlarin cogu arastirma ve test asamasindadir. Sonuc olarak, ticari biyoyakit uretimi icin gerekli boyutlara henuz olceklendirilemezler. 5-Biyoyakit Uretimi Sahip olduklari essiz potansiyel sayesinde mikroalglerden cesitli biyoyakitlar elde edilmektedir. Alg yaglari biyodizel uretimi icin kullanilirken, biyokutlenin karbonhidrat bileseni biyoetanol uretimi icin, artik biyokutle ise metan, yakit gazi veya akaryakit (yag yakit ya da fuel oil) uretimi icin kullanilabilir. Biyoyakit uretiminden sonra elde edilen biyokutle ayrica eikosapentaenoik asit (EPA), dokosaheksaenoik asit (DHA), nutrasotikler, protein takviyeleri, terapotikler, biyokontrol ajanlari, gubreler, hayvan yemi ve su urunleri gibi bircok katma degerli urunun kaynagi olarak kullanilabilir. Biyodizel Biyodizel, kukurt ve partikul madde emisyonlarini azaltirken, petrol dizel yakiti ile karsilastirilabilir motor performansina sahiptir. Biyodizel, yenilenebilir kaynaklardan elde edilen biyolojik olarak parcalanabilen alternatif bir yakittir ve dogada toksIk degildir. Uretim surecinde, triacilgliseroller (TAG’ler) bir asit veya alkali katalizor ile transesterifiye edilerek biyodizel ve gliserol uretilir. Biyodizel daha sonra yikanir ve filtrelenerek halkin kullanimina hazir hale getirilir. Alglerden elde edilen biyodizel, dogrudan alg biyokutlesinin transesterifikasyonundan elde edilebilir. Alternatif olarak, lipitlerin baslangicta ekstrakte edildigi ve daha sonra transesterifiye edildigi iki asamali bir islemle de uretilebilir, ancak her iki islem de metanol, izopropanol ve petrol eteri gibi solventler (cozuculer) ve alkoller yoluyla lipit ekstraksiyonu icerir. Dogrudan transesterifikasyon sureci hizli ve uygun maliyetli bir teknolojidir. Mikroalglerden uretilen biyodizel, mevcut dizel krizine mukemmel bir alternatif olabilir, ancak mikroalglerden verimli bir sekilde biyodizel uretmek icin, yuksek buyume hizina ve yag icerigine sahip suslarin secilmesi gerekir. Mikroalglerden Biyoyakit Uretimi ve Elde Edilen Biyoyakitlar Biyoetanol Alglerden yag cikarildiktan sonra biyokutle olarak bilinen cok miktarda kati madde kalir. Bu artik biyokutle, baska bir alg bazli yakit urunu olan biyoetanol (biyokutleden elde edilen etanol) olusturmak icin kullanilabilir. Biyokutlenin karbonhidrat icerigi sekerlere donusturulebilir. Bu, alglerin buyume surecine geri donusturulebilen karbondioksit veren maya ile fermantasyon yoluyla gerceklestirilebilir. Daha sonra sekerler fermente olarak etanole donusmeye devam eder. Ayrica, alglerin biyokutlede hala orijinal yagi icermesi durumunda, hucre duvarlarini parcalamak, karbonhidratlari serbest birakmak ve ardindan fermente etmek icin curume baslatilabilir. Biyoetanol, fosil kaynakli petrolun bir kisminin yerini alabilen bir biyoyakit olarak kullanilabilir. Su anda, biyoetanol, misir soz konusu oldugunda nisastanin hidrolize edilmesinden elde edilen sekerlerin fermente edilmesiyle uretilmektedir. Nisasta icerigi %50’nin uzerinde olan mikroalg turleri bildirilmistir. Yeni teknolojilerle, seluloz ve hemiseluloz sekere hidrolize edilebilir; boylece kuru alg biyokutlesinin buyuk kismindan etanol olusumu kolaylasir. Odunsu biyokutlenin geleneksel kullanimina kiyasla mikroalgler, bazilari asagida siralanan daha iyi seceneklere sahiptir: a)Mikroalglerde lignin yoktur, bu nedenle isleme daha kolay hale gelir. b)Mikroalgal hucre bilesimi cok basittir ve biyokutle kolayca kullanilabilir. c)Mikroalgal hucreler, sekere donusturulebilen bol miktarda polisakkaritten olusur. d)Mikroalgler, etanol uretmek icin genetik olarak tasarlanabilir. Mikroalglerden veya mikroalglerden etanol uretimi cok ilginc beklentilere sahiptir, ancak su anda yalnizca arastirmalarin baslangic asamasindadir. Tam olcekli bir uretim sistemini analiz etmek icin daha fazla gelistirme gerekir. Biyogaz Organik maddenin anaerobik sindirimi, biyogaz veya biyometan adi verilen yakit olusumuna yol acar. Biyogaz esas olarak metan (%55-75) ve CO2’den (%25-45) olusur. Anaerobik sindirimin, asagida aciklanan asamalari vardir: a-Hidrolitik bakterilerin aracilik ettigi monosakkaritlere biyopolimer hidrolizi. b-Monosakkaritlerin fermantasyon yoluyla asitlere donusumu. c- Asetat olusumuna yol acan asetojenik bakterilerin etkisi. d-Metanojenik bakteriler tarafindan metan ve karbondioksit olusumu. Mikroalglerin yakit kaynagi olarak biyogaz urettigi rapor edilmistir, ancak algal hucrelerin bakteriyel bozunmaya karsi hassasiyeti ve inhibitor (amonyak) olusumuna yol acan dusuk karbon ve nitrojen orani (C:N) nedeniyle biyogaz olusum verimi oldukca dusuktur. Scenedesmus spp.’de, lipitlerden ve amino asitlerden arindirilmis artik biyokutle, biyogaz uretimi icin arastirilmis ve sonuclar, artik biyokutlenin ham biyokutleye kiyasla daha iyi biyogaz verimi verdigini gostermistir. Mikroalglerden Biyoyakit Uretimi ve Elde Edilen Biyoyakitlar Hidrokarbonlar Mikroalg turleri, ayrica dizel, kerosen ve benzine donusturulebilen hidrokarbonlar uretme yetenegine sahiptir. Bir mikroalg turu olan Botryococcus braunii’nin mukemmel yag verimine sahip hidrokarbonlar urettigi bildirilmistir. B. braunii’nin yasam alani, degisen tuz konsantrasyonlarina uyum saglamasina yol acan faktorlerden biri olabilecek tatli sudur. Buna ek olarak, B. braunii’den gelen hidrokarbonlar hucre disinda birikerek ekstraksiyon nispeten daha kolay ve uygun hale gelir. Hidrojen Mikroalgler, yalnizca oksijenin tamamen yoklugunda gunes isigindan ve sudan dogrudan hidrojen uretebilir. Hidrojen, sera gazi yaymadigi ve yan urun olarak su aciga cikardigi icin gelecek vaat eden bir enerji kaynagidir. Yakit olarak hidrojenin buyuk olcekli uretimine iliskin sinirlamalar mevcuttur. Su anda hidrojen, fotosentetik alglerin aracilik ettigi akis reformasyonu, fotofermentasyon ve suyun fotolizi ile uretilir. Mor kukurtsuz bakteriler cesitli substratlardan hidrojen elde ederken, yesil kukurt bakterileri hidrojen sulfurden (H2S) hidrojen gazi elde eder. Diger mikroalgler, yalnizca oksijenin tamamen yoklugunda dogrudan gunes isigi ve sudan hidrojen uretebilir. Hidrojen uretimi icin yeni organizmalarin kesfedilmesi, buyume kosullarinin optimizasyonu ve biyoteknolojik tekniklerin kullanilmasi, hidrojeni gelecek icin uygun bir yakit haline getirmede yeni kapilar acabilir. Biyosingaz Biyosingaz (biyosentez gazi), oksijen, su buhari veya hava varliginda biyokutlenin gazlastirilmasiyla uretilir, karbon monoksit, hidrojen, metan, su, diger hidrokarbonlar ve kuller uretir. Gazlastirma icin yuksek sicaklik (800–1200°C) gereklidir ve hammaddenin biyokutle icinde %20’den fazla su icerigine sahip olmamasi gerekir. Kazanlarda ve turbinlerde yakilarak elektrik uretilebilir ve daha sonra kerosen, mum, nafta ve benzin elde edilebilir. Mikroalglerden Biyoyakit Uretimi ve Elde Edilen Biyoyakitlar Uretim Zorluklari ABD Enerji Bakanligi (DOE), 1980’lerden 1990’lara kadar alg biyoyakitinin ticari uretimini surdurmek icin onemli bir caba sarf etmistir. 16 yillik arastirmanin ardindan DOE, alg biyoyakit uretiminin yakin gelecekte ticarilestirilemeyecek kadar pahali oldugu sonucuna varmistir. Ticari alg uretimini sinirlayan uc ana faktor vardir: 1-Kultur sisteminde arzu edilen turleri surdurmenin zorlugu. 2-Alg yaginin dusuk verimi. 3- Alg biyokutlesini toplamanin yuksek maliyeti. Son yillarda, alg biyoyakit uretimi yeniden ilgi kazanmistir. Hem universite arastirma gruplari hem de yeni kurulan isletmeler, ticari alg biyoyakit uretimi nihai hedefi ile alg proses verimliligini artirmak icin yeni yontemler arastirmakta ve gelistirmektedir. Arastirma ve gelistirme cabalari birkac alana ayrilabilir: -Mevcut suslarin yag icerigini artirilmasi veya yuksek yag icerigine sahip yeni suslarin secilmesi. -Alglerin buyume hizinin artirilmasi. -Acik hava ortaminda veya kapali bir ortamda saglam alg yetistirme sistemlerinin gelistirilmesi. -Petrol disinda ortak urunlerin gelistirilmesi. -Biyoremediasyonda alglerin kullanimi. -Verimli bir yag cikarma yonteminin gelistirilmesi. Bu hedeflere ulasmanin bir yolu, alg turlerini genetik ve metabolik olarak degistirmektir. Diger yolu, yukarida siralanan ayni hedeflere ulasilmasi icin yeni buyume teknolojileri gelistirmek veya mevcut buyume teknolojilerini iyilestirmektir. Ancak, bu yeni ilgi dalgasinin henuz onemli bir atilimla sonuclanmadigini belirtmek gerekir. Ozet Mikroalgler ideal bir biyodizel hammaddesidir ve yuksek yag icerigi, yuksek uretim oranlari, daha az arazi vb. gibi cesitli avantajlar nedeniyle sonunda petrol bazli yakitin yerini alabilir. Alg biyokutlelerinden yakit uretecek teknoloji ve altyapi en az 60 yildir vardir. Su anda, alg biyodizel uretimi ticarilestirilemeyecek kadar pahalidir. Yag cikarma ve biyodizel isleme ile ilgili statik maliyetler ve alg biyokutle uretiminin degiskenligi nedeniyle, alg yagi uretimi icin maliyet tasarrufu saglayan cabalar, yag acisindan zengin alglerin kendisinin uretim yontemine odaklanmalidir. Buna hem alg biyolojisi (biyokutle verimi ve yag icerigi acisindan) hem de kultur sistemi muhendisligi gelistirilerek yaklasilmalidir. Ek olarak, entegre bir biyorafineri araciligiyla alg yakitinin yani sira cesitli katma degerli urunler uretmek icin mikroalgin tum yonlerini kullanmak, alg biyoyakit uretiminin maliyetini dusurmenin cekici bir yoludur. Aslinda, mikroalgler buyuk oranda yag icerir, geri kalan kisimlar ise buyuk miktarlarda protein, karbonhidrat ve diger besinlerden olusur. Bu, yag cikarma sonrasi kalintiyi hayvan yemi olarak veya diger katma degerli urunlerde kullanim icin cazip hale getirir. ALİNTİ ~

5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunu gereğince sitemizde telif hakkı bulunan mp3,video v.b. eserlerin paylaşımı yasaktır. Yasal işlem olması halinde paylaşan kişi yada kişilerin bilgileri gerekli kuruma verilecektir.