Kabarcıklı kolon fotobiyoreaktörde Botryococcus braunii ve Chlorella zofingiensis mikroalg türleri kullanılarak yağ üretiminin incelenmesi
Investigation of lipid production in bubble column photobioreactor by Botryococcus braunii and Chlorella zofingiensis
Yazar: ERDİNÇ ALADAĞ
Danışman: PROF. DR. ALPER NUHOĞLU ; DR. ÖĞR. ÜYESİ MELİH ONAY
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Dünya nüfusundaki hızlı artış ve fosil kaynaklı enerji rezervlerindeki azalma yenilenebilir ve temiz enerji kaynaklarının daha fazla önem kazanmasına neden olmuştur. Bu çalışmada, Botryococcus braunii UTEX 572 ve Chlorella zofingiensis Dönz mikroalg türlerinin BBM, TAP ve mCHU-13 besi ortamlarında kabarcıklı kolon fotobiyoreaktör kullanılarak biyokütle ve fotosentetik pigmentlerin üretimini, yağ verimini, yağ oranını, azot ve fosfor tüketimini ve fotosentetik enerji verimini etkileyen ışık parametreleri incelendi. Işık etkisinin incelenmesi amacıyla; 60, 175, 300 ve 450 µmol-foton/m2·s olmak üzere 4 farklı ışık akısı, 12:12, 16:8 ve 24:0 olmak üzere 3 farklı aydınlık:karanlık oranı ve 400, 420, 440, 510, 580, 620, 680 nm ve beyaz renk olmak üzere 8 farklı dalga boyu, RGB LED kullanılarak tasarlanan bir ışık ceketi ile fotobiyoreaktöre uygulandı. 25°C sıcaklıkta ve 3,6 L hacminde işletilen reaktördeki pH değeri, pH kontrolcü ile 6,8'de sabit tutuldu. Chlorella zofingiensis ve Botryococcus braunii türleri için optimum şartlarda sırasıyla üreme hızı 0,543 ve 0,518 gün-1; toplam klorofil (klorofil-a ve klorofil-b) 7,522 ve 6,525 µg/mL; toplam karotenoid 1,892 ve 1,368 µg/mL; yağ verimi 41,39 ve 21,06 mg/L·gün;  yağ oranı %50,45 ve %45,35; azot tüketimi %93,61 ve %79,63; fosfor tüketimi %52,31 ve %88,89 ve fotosentetik verimlilik %4,045 ve %1,102 olarak hesaplandı. Botryococcus braunii türünde en fazla %31,05 oleik asit ve %12,32 linolenik asit; Chlorella zofingiensis türünde ise %30,05 linoleik asit ve %6,96 araşidik asit tespit edildi. Sonuç olarak, uygun ortamda yetiştirilen her iki mikroalg türünün de biyodizel standartlarını karşıladığı belirlenirken Botryococcus braunii türünden elde edilen biyodizelin kış şartlarına daha uygun olduğu sonucu elde edildi.

Abstract:
The rapid increase in the world population and the decrease in fossil energy sources have caused renewable and clean energy sources to gain more importance. In this study, the light parameters affecting production of biomass and photosynthetic pigments, lipid productivity, lipid percentage, nitrogen and phosphorus consumption and photosynthetic energy yield   were carried out on Botryococcus braunii (UTEX 572) and Chlorella zofingiensis (CCALA 944) in BBM, TAP and mCHU-13 medium at bubble column photobioreactor. In order to investigate the effect of light, four various light intensities (60, 175, 300 and 450 µmol-foton/m2·s), three different light:dark ratios (12:12, 16:8 and 24:0) and eight various wavelengths (400, 420, 440, 510, 580, 620, 680 nm and white) were applied on photobioreactor via the light coat designed from RGB LED. pH value in the reactor operated at 25 °C and in 3,6 L was kept constant at 6.8 by pH controller. Growth rates (0.543 and 0.518 day-1), total chlorophyll contents (7.522 and 6.525 µg/mL) total carotenoid contents (1.892 and 1.368 µg/mL), lipid productivities (41.39 and 21.06 mg/L·day), lipid percentages (50.45% and 45.35%), nitrogen consumption (93.61% and 79.63%), phosphorus consumption (52.31% and 88.89 %) and photosynthetic energy yield (4.045% and 1.102%) were calculated for Chlorella zofingiensis and Botryococcus braunii under optimum conditions, respectively. While the highest fatty acid contents were oleic acid and linoleic acid (31.05% and 12.32%) in Botryococcus braunii, ones were linoleic acid and arachidic acid (30.05% and 6.96%) in Chlorella zofingiensis, respectively. In conclusion, two microalgae grown under suitable conditions maintain biodiesel standards. Also, the biodiesel obtained from Botryococcus braunii was found to be more suitable for winter conditions.