Alglerden biyogaz üretim potansiyelinin araştırılması
Investigation of the biogas production potential from algae
Yazar: ANIL TEVFİK KOÇER
Danışman: DOÇ. DR. DİDEM ÖZÇİMEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Algler = Algae ; Enerji = Energy

Özet:
Günümüzde, fosil yakıtlara dayalı üretim gerek siyasi politikalar, ülke ekonomilerini canlandırma ve istihdam yaratma, gerekse de küresel ısınma gibi çevresel sebeplerden dolayı önemini kaybetmekte olup, pek çok alternatif teknoloji, fosil kaynakların yerine geçmiş bulunmaktadır. Bu nedenle tüm dünyada olduğu gibi ülkemizde de fosil yakıtlara alternatif olabilecek yenilenebilir enerji kaynaklarının üretimi konusundaki araştırmalar hız kazanmıştır. Özellikle ülkemizdeki doğalgaz rezervinin, talebi karşılayamaması ve dışa bağımlılık yaratması biyogaz çalışmalarının önemini artırmıştır. Biyogaz üretiminin ekonomik oluşu, üretim prosesinin kolay olması, doğalgaz yakan sistemlere kolaylıkla entegre olabilmesi ve en önemlisi yerel kaynaklar kullanıldığı için ülkemizin biyoekonomi stratejisine uygun olması biyogazı daha kabul edilebilir bir seçenek yapmaktadır.
Biyogaz, organik içerikli atık maddelerin anaerobik ortamda bozundurulması sonucunda elde edilmektedir. Dolayısıyla biyogaz üretiminde, organik içeriği yoğun olan her türlü madde, hammadde kaynağı olarak kullanılabilir. Ülkemizde yapılan çalışmalara bakıldığında, biyogaz üretiminin genellikle hayvan dışkısından ve sanayi atıklarından gerçekleştirildiği görülmektedir. Ancak Türkiye'nin denizlerinde yetişen ve atık olarak değerlendirilen, atık potansiyeli fazla olan makroalglerin biyogaz alanında değerlendirilmesi üzerine çok fazla araştırma yapılmamıştır. Literatüre bakıldığında diğer ülkelerde, özellikle son yıllarda farklı alg türleriyle biyogaz eldesi üzerine çalışmaların yoğunlaştığı görülmektedir. Bu durum algal biyogaz üretiminin tüm dünyada önemli bir konu haline geldiğini ve Türkiye'nin de bu alanda bir girişim yapması gerektiğini göstermektedir.
Bu çalışmanın temel amacı, atık potansiyeli yüksek olan algal biyokütlenin biyogaz üretim potansiyelinin belirlenmesi, sıcaklık, partikül boyutu, reaktörde kalma süresi ve alg-aşı oranı gibi parametrelerin biyogaz verimine olan etkilerinin incelenmesidir. Ayrıca yağı ekstrakte edilmiş ve atık olarak elde edilmiş mikroalg posasının da biyogaz üretiminde değerlendirilmesi ve verim açısından makroalgal biyokütle ile karşılaştırma yapılması da amaçlanmıştır. Böylece hem kirliliğe sebep olan hem de bertarafı maaliyetli olan atıklar değerlendirilmiş olacak ve doğalgaza alternatif bir biyoyakıt olan biyogaz tamamen yerel kaynaklardan üretilerek, ülke biyoekonomisine katkıda bulunulacaktır.
Yapılan çalışma sonucunda algal biyogaz veriminin sıcaklık ve reaktörde kalma süresiyle doğru orantılı olduğu; partikül boyutu ve alg-aşı oranı ile ters orantılı olduğu bulunmuştur. Ulva lactuca'dan biyogaz üretimi için optimum koşulların 55 ⁰C sıcaklık, 200 μm partikül boyutu, 30 gün reaktörde kalma süresi ve 1:5 (gr:gr) alg-aşı oranı olduğu belirlenmiştir. Bu koşullarda elde edilen biyogaz verimi 342,60 ml/gr VS'dir. Belirlenen bu optimum koşullarda anaerobik çürütücüde gerçekleştirilen üretimde elde edilen biyogazın %45,6 oranında metan içerdiği belirlenmiştir. Sonuç olarak, algal biyokütlenin biyogaz üretimi için iyi bir hammadde kaynağı olduğu; ancak biyogaz verimi ve kalitesinin arttırılması için ileri araştırmaların yapılmasının gerektiği görülmüştür.

Abstract:
Nowadays, importance of fossil fuel based production is decreasing due to political policies, revive the country's economy, create employment and environmental issues such as global warming; and many renewable resources are already substituted to fossil fuels. For this reason, researches on the production of renewable energy sources which can be an alternative to fossil fuels has increased rapidly in our country as well as all over the world. Especially, the importance of biogas researches has increased due to natural gas reserves do not satisfy the demand and being dependent on outside sources. Biogas is a feasible choice due to its easy and economically viable production, integration ability to gas fired systems, and the most important; it is comply with bio-economy strategy of our country.
Biogas is obtained from digestion of the organic wastes in an anaerobic environment. Thus, all kinds of materials that has high organic content can be used as a source for biogas production. According to the researches that carried out in our country, biogas production is mostly produced from animal waste and industrial wastes. However, there is just a few researches on biogas production from macroalgae which are considered to be waste and grown in the waters of Turkey. In the literature, it is seen that other countries, have concentrated on biogas plants with different types of algae, particularly in recent years. This shows that algal biogas production has become an important issue all over the world and Turkey should make an attempt in this field.
The main purpose of this study is to determine biogas production potential of algal biomass and examine the effects of parameters such as temperature, particle size, residence time in reactor and algae-inoculum ratio on biogas yield. Also a comparison of utilization of microalgae waste which obtained by extraction and treated as waste and macroalgae biomass is aimed. Thus, wastes that cause pollution and disposal cost, will be utilized and biogas which is an alternative fuel for natural gas will be produced from domestic sources and contributed bio-economy of the country. In addition to that, environmental pollution will decrease in our country by utilizing the organic wastes.
As a result of this study, algal biogas yield was found to be directly proportional to temperature and residence time in reactor; to be inversely proportional to particle size and algae-inoculum ratio. Optimal conditions for biogas production from Ulva Lactuca were determined as the temperature of 55⁰C, particle size of 200 μm, residence time in reactor of 30 day and algae – inoculum ratio of 1:5 (w/w). Biogas yield obtained under these conditions is 342, 60 ml/gr VS. It has been determined that, biogas produced in the anaerobic digester contains 45.6% methane in optimum conditions. As a result, algal biomass is a good source for biogas production; but further research is needed to increase biogas yield and quality.