Hayvan barınaklarından salınan kirletici gazların fotobiyoreaktör sistemleri ile azaltılması
Mitigation of pollutant gases released from animal barns by photobioreactor systems
Yazar: SEYİT UĞUZ
Danışman: PROF. DR. ERCAN ŞİMŞEK
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyosistem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Hayvansal üretimden kaynaklanan kirletici gazların, başta küresel ısınma olmak üzere olumsuz çevresel etkileri nedeniyle üreticileri, çevrecileri ve ilgili devlet kurumlarını her geçen gün rahatsız etmektedir. Kirletici gaz emisyonlarının tarım ve hayvancılığı da olumsuz yönde etkilemesine rağmen, ülkemizde emisyonların azaltılması ile ilgili çok fazla bilimsel çalışma bulunmamaktadır. Gelişmiş ülkelerde uygulanan emisyon azaltım yöntemleri, başta yüksek maliyetli olmalarının yanında sürdürülebilir sistemler olmamaları bu yöntemlerin ülkemizde uygulanabilirliklerini olumsuz yönde etkilemektedir. Son yılların yenilenebilir hammadde kaynağı olan mikroalgler ise, hayvan barınaklarından salınan kirletici gazların azaltılmasında daha ekonomik ve sürdürülebilir bir yöntem olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu çalışmada, hayvansal üretim yapılarından kaynaklanan kirletici gazların fotosentez yoluyla mikroalgler aracılığıyla azaltılması amaçlanmıştır.
Çalışmada, Güney Dakota Devlet Üniversitesi'nin domuz çiftliğine 2 adet fotobiyoreaktör sistem entegre edilerek 3 hafta süreyle barınak iç ortam gazı ile alg gelişimi (Scenedesmus dimorphus) izlenmiştir.  Scenedesmus dimorphus, barınak havasındaki NH3 ve CO2 konsantrasyonlarının sırasıyla 25,6 ppm ve 3150 ppm olduğu 17. günde maksimum hücre sayısına ulaşmıştır. Maksimum biyokütle konsantrasyonu ise, NH3 ve CO2 konsantrasyonlarının sırasıyla 14,6 ve 2250 ppm olduğu 11. günde elde edilmiştir. Fotobiyoreaktör sistemin NH3 ve CO2 azaltım etkinlikleri sırasıyla %31-50 ve %1-1.7 şeklinde gerçekleşmiştir. Bu sistemde, 1 g NH3 ve CO2'in azaltım maliyetleri sırasıyla 3,77$ ve 0,20$ olduğu hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar, fotobiyoreaktör sistemlerin hayvansal üretimden kaynaklanan kirletici gazların azaltılmasında alternatif bir yöntem olarak kullanılabileceğini göstermektedir. Ayrıca kış mevsiminde fotobiyoreaktörden çıkan hava, barınak içerisine tekrar verilerek yapının ısıtma yükü azaltılabilecektir.

Abstract:
Pollutant gases originating from animal production and negative environmental effects, especially global warming, are disturbing producers, environmentalists and relevant government institutions day by day. Although pollutant gas emissions also negatively affect agriculture and livestock, there are not many scientific studies on reducing emissions in our country. Emission reduction methods applied in developed countries, on the other hand, are not sustainable systems, which negatively affects their applicability in our country. Microalgae, which has been a renewable raw material source in recent years, is a more economical and sustainable method for reducing the pollutant gases released from animal barns. In this study, it is aimed to reduce the polluting gases originating from animal production structures by means of photosynthesis through microalgae.
In the study, two photobioreactor systems were integrated into the pig farm of South Dakota State University and algae growth (Scenedesmus dimorphus) was monitored with the exhaust barn air for 3 weeks. Scenedesmus dimorphus reached maximum cell count at day 17, when the NH3 and CO2 concentrations in the exhaust air were 25.6 ppm and 3150 ppm, respectively. The maximum biomass concentration was obtained on the 11th day, when the NH3 and CO2 concentrations were 14.6 and 2250 ppm, respectively. The NH3 and CO2 reduction efficiencies of the photobioreactor system were 31-50% and 1-1.7%, respectively. In this system, the abatement costs of 1 g of NH3 and CO2 were calculated to be $3.77 and $0.20, respectively. The results show that photobioreactor systems can be used as an alternative method to reduce polluting gases originating from animal production. In addition, the air coming out of the photobioreactor in winter will be recirculated into the barn, thereby reducing the heating load of the building.