Alglerle karbondioksitin biyolojik olarak tutulması
Algal biofixation of carbondioxide
Yazar: BERÇEM ELDELEKLİOĞLU DÜZOL
Danışman: PROF. DR. EMİNE BAYRAKTAR
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Sera gazları içerisinde artışı ve etkisi en yüksek olan CO2, genel olarak fosil yakıt kullanımından kaynaklanmaktadır. CO2 emisyonundaki artışı anlamak için Mauna Loa (Hawaii, ABD) gözlemevi sonuçlarına baktığımızda, 1958 yılında atmosferimizde 280 ppm CO2 varken 2013 yılının Ağustos ayında bu miktarın 395 ppm gibi ciddi bir seviyeye çıkmış olduğunu görürüz. 

Yapılan çalışmada, mikroalgler kullanılarak, biyolojik olarak karbon tutulması amaçlanmıştır. Tez kapsamında, mikroalglerin CO2 giderimi üzerine alg türü (Chlorella vulgaris 211-11b, Spirulina maxima 49.88 ve Scenedesmus obliquus 276-3d), CO2 derişimi (%3 - 25), akış hızı (1 vvm, 3 vvm, 5.2 vvm), ışık periyodu 18(a):6(k), 24(a):0(k), 6(a):18(k),  ışık yoğunluğu (42 µmol m-2s-1, 115 µmol m-2s-1 ve 180 µmol m-2s-1), pH (5 -10), NaHCO3 içeriği (10 – 20 ppm) gibi farklı parametrelerin etkisi yarı kesikli biyoreaktörlerde araştırılmıştır. Algal çoğalma kinetiği incelenmiş, fazlar arasındaki kütle aktarım katsayısı (kLa) farklı akış hızları ve inorganik karbon içeriklerinde hesaplanmış, çoğalma hızı tahmininde Monod Modeli kullanılmıştır. Çalışmalar istatistiksel olarak ANOVA testleriyle desteklenmiştir. 

Gerçekleştirilen çalışmalar sonucunda üç farklı alg türünden Scenedesmus obliquus 276-3d ile çalışılmaya karar verilmiştir. Ortama beslenen hava içerisindeki CO2 derişimi, kültür ortamında bulunan NaHCO3 miktarı, pH, akış hızı, ışık periyodu, ışık yoğunluğunun araştırıldığı deneyler sonucunda bu parametreler için en uygun değerler sırasıyla %20 CO2, 20 ppm NaHCO3, 1 vvm, 18s(aydınlık):6s(karanlık), 180 µmol m-2s-1 ve pH 7 olarak belirlenmiştir. Bu koşullarda kabarcık kolon fotobiyoreaktörde ulaşılan maksimum kuru kütle miktarı (Calg), spesifik çoğalma hızı (µ), maksimum CO2 tutma hızı (RCO2) ve maksimum biyokütle üretilebilirliği (P) ise sırasıyla 3.32 g L-1, 0.37 gün-1, 0.35 g L-1 gün-1, 0.19 g L-1gün-1 olarak bulunmuş olup % CO2 giderimi %32.2'dir. Fotobiyoreaktörde elde edilen algal biyokütle lipid içeriği %17.4 olarak belirlenmiştir.

Abstract:
CO2 has the highest rise and effect within all greenhouse gases and in general emission of CO2 is due to the use of fossil fuels. To understand the increase in emissions of CO2, when we look at the Mauna Loa Observatory (Hawaii, U.S.), we see that out, while the level of CO2 in atmosphere was 280 ppm in 1958, in August 2013, this amount has increased to a significant level as 395 ppm. 

In this study, a better method beside physical and chemical methods of CO2 capture, biological carbon sequestration by using microalgae is aimed. In this thesis effects of parameters such as algae species (Chlorella vulgaris 211-11b, Spirulina maxima 49.88 and Scenedesmus obliquus 276-3d), CO2 concentration (%3- 25), flow rate (1 vvm, 3 vvm, 5.2 vvm), light periods 18(a):6(k), 24(a):0(k), 6(a):18(k), intensity (42 µmol m-2s-1, 115 µmol m-2s-1 and 180 µmol m-2s-1), pH (5 -10) and NaHCO3 content in culture medium (10 – 20 ppm) on algal CO2 biofixation has been studied semi-batch bioreactors. Also CO2 biofixation in bubble column photobioreactor was investigated. Algal growth kinetics were investigated and the mass transfer coefficient (kLa) between gas and liquid phases was calculated at different flow rates and inorganic carbon contents. The studies also supported statistical by ANOVA tests.

In the scope of the project, investigations was started with different algae species, after assessments of the results it was decided to examine all cultivation and CO2 biofixation parameters with Scenedesmus obliquus 276-3d. CO2 concentration in the air supplied to the culture medium, the amount of NaHCO3 in the culture medium, pH, gas flow rate, photoperiod, light intensity was investigated and the optimal values were found 20% CO2, 20 ppm NaHCO3, 1 vvm, 18h(light):6h(dark), pH 7 and 180 µmol m-2 s-1. The maximum dry biomass amount (Calg), specific growth rate (μ), maximum CO2 biofixation rate (RCO2) and maximum biomass productivity (P) reached in bubble column photobioreactor under these conditions are respectively 3.32 g L-1 , 0.37 d-1 , 0.34 g L-1d-1 and 0.19 g L-1d-1. CO2 biofixation is % 32.2. The algal biomass lipid content obtained in the photobioreactor was examined and it was determined as 17.4%.