Mikro ve makroalglerin biyochar üretiminde değerlendirilmesi
Utilization of micro and macroalgae for biochar production
Yazar: BURAK MUTLU
Danışman: DOÇ. DR. DİDEM ÖZÇİMEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Biyokömür = Biochar ; Fosil yakıtlar = Fossil fuels ; Makroalgler = Macroalgae ; Mikroalgler = Microalgae

Özet:
Dünya enerji tüketiminin hızlı bir şekilde artmaya devam etmesi ve fosil enerji kaynaklarının büyük miktarlarda tüketilmesi, atmosferdeki karbondioksit emisyonlarının yüksek konsantrasyonlara ulaşmasına neden olmakta, bu da sera etkisi ve global ısınma gibi önemli çevresel ve iklimsel sorunlara yol açmaktadır. Ayrıca fosil enerji kaynakları sadece yakıt olarak değil aynı zamanda kimya sektöründe de  pek çok değerli ürünün üretiminde kullanılmaktadır. Bu bağlamda düşünüldüğünde de fosil enerji kaynaklarının yakıt olarak değil, çeşitli kimyasal maddelerin elde edildiği bir hammadde olarak değerlendirilmesinin daha mantıklı olacağı öngörülmektedir. Tüm bu nedenlerden dolayı; temiz, kolay bulunabilir ve yenilenebilir alternatif enerji kaynaklarının kullanımı önemini giderek artırmaktadır. Atmosferdeki net karbondioksit emisyon artışında katkısı olmayan, hemen her iklim ve coğrafyada bol miktarda bulunabilen, yenilenebilir bir enerji kaynağı olan biyokütle enerjisi yeterince değerlendirilebildiği takdirde, dünyadaki enerji gereksiniminin büyük çoğunluğunu temin edebilecek bir potansiyele sahiptir. Biyokütlenin avantajlarının yanısıra; düşük ısıl değer, yüksek nem ve uçucu madde içeriği, düşük yoğunluk  ve yüksek oksijen/karbon oranı nedeniyle kömür gibi fosil yakıtlara göre dezavantajları da söz  konusudur. Bu olumsuzlukları en aza indirmek amacıyla biyokütleye  bir  takım  işlemler uygulanarak daha kaliteli yakıtların elde edilmesine çalışılmaktadır. Organik maddelerin, oksijensiz ortamda pirolizi/karbonizasyonu veya az miktarda oksijen varlığında gazlaştırma işlemi sonucunda elde edilen yüksek karbon ve mineral içerikli ürüne "Biyochar" denilmektedir. "Biyochar" karbonizasyon katı ürünü, biyoyakıt, metal indirgeyici, toprak iyileştirici ve aktif karbon gibi pek çok uygulama alanına sahip bir materyaldir. 
Son yıllarda yeni nesil biyokütle kaynağı olarak algler ön plana çıkmıştır. Algler fotosentetik pigmentlere sahip, karmaşık üreme sistemleri olmayan prokaryotik veya ökaryotik ilkel bitkisel organizmalar olarak tanımlanmakta olup, mikro ve makroalgler olmak üzere ikiye ayrılırlar. Algler biyoyakıt üretimi başya olmak üzere, gıda, ilaç, kozmetik gibi birçok alandada kullanılmaktadır. Bu çalışmada Marmara ve Karadeniz sahillerinde atık olarak toplanan Ulva lactuca ve Codium Fragile makroalgleri ile laboratuvar ortamında yetiştirilmiş Chlorella vulgaris türü mikroalgden split tipi boru reaktör ve termogravimetrik analiz cihazı kullanılarak farklı deney koşullarında biyochar üretimi gerçekleştirilmiş ve sıcaklık, azot gazı debisi, alıkonma süresi ve ısıtma hızının karbonizasyon katı ürün verimi üzerine etkisi incelenmiştir. En yüksek katı ürün  (biyochar) verimi değerleri Ulva lactuca türüne ait olup 300°C karbonizasyon sıcaklığı, 20 °C/dak ısıtma hızı,  10 dk alıkonma süresi ve 300 ml/dak sürükleyici azot gazı debisi koşullarında elde edilmiştir. Ayrıca elde edilen biyochar ürünler tekstil sanayinde önemli bir kirlilik oluşturan Remazol Brillant Blue R boyasının adsorpsiyonunda değerlendirilmiştir. Sonuç olarak çalışmada üç farklı tür algden elde edilen biyochar ürünün biyoyakıt ve farklı bir kullanım alanı olarak adsorbent şeklinde kullanımları önerilmiştir.

Abstract:
Increase in world energy consumption and large amount of consumption in fossil energy resources cause to reach higher concentrations of carbon dioxide emissions in the atmosphere. This also leads to significant environmental and climate problems such as the greenhouse effect and global warming in particular. Furthermore, Fossil energy resources are not only used as a fuel but also used in production of many valuable products in chemical sector. In this context,  it is more logical that fossil energy resources has to be evaluated as the raw material for producing various chemical materials rather than using as a fuel,. Because of all these reasons; importance of clean, readily available and renewable alternative energy sources' usage is increasingly important.
If biomass energy which has no contribution to increase in net emissions of carbondioxide, can be found in all region and climate, is a renewable energy resources that can be evaluated adequately in the world, this can have potential to provide majority of energy needs of the world. Besides the advantages of the biomass; low thermal value, high moisture and volatile content, low density and high oxygen/carbon ratio is in question because of disadvantages compared to fossil fuels such as coal. In order to minimize the disadvantages, it is possible to apply a number of treatment to biomass for producing higher quality fuels. Carbonzation /pyrolysis in anaerobic conditions or gasification process of organic substances resulted with high carbon and mineral content products which are called "Biochar". Biochar has many treatment areas such as carbonization of solid products, biofuels, reducing the metal, regenerating soil and activated carbon.
In recent years, Algae came to the fore as a new generation biomass resource. The algae which have photosynthetic pigments and do not have complex reproductive systems are defined as prokaryotic or eukaryotic primitive plant organisms and divided as micro and macro algae. Algae are used in many areas such as biofuel production, food, medicine and cosmetics. In this study, Biochar was produced from Ulva lactuca and Codium Fragile macroalgae which were gathered from beach of Marmara and Black Sea as waste and Chlorella vulgaris type of microalgae which are grown in labratory environment by using split type tube reactor and thermogravimetric analyzer in different experiment conditions and it was analized that temperature, nitrogen gas flow, retention time and heating rates' effects on carbonization solid product yield. The highest solid product (Biochar) yield was belongs to Ulva lactuca species with the conditions of 300°C carbonization temperature, 20 °C/min  heating rate, 10 minutes retention time and 300ml/min absorbing nitrogen gas flow. Moreover, acquired biochar products were utilized for adsorption of Remazol Brillant Blue R paint which causes significant pollution in textile industry. As a result, it is recommended that acquired biochar product which is produced from three different algae species has to used as biofuel and adsorbent as a different usage area.