Traverten mikrobiyal toplulukların karbondioksit yakalama potansiyelinin değerlendirilmesi
Assessment of the carbon dioxide capture potential of travertine microbial communities
Yazar: ELVAN BURCU KOŞMA
Danışman: PROF. DR. BESTAMİ ÖZKAYA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Mikrobiyoloji = Microbiology ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Kalsiyum karbonat = Calcium carbonate

Özet:
Mikrobiyal kalsit çökelimi (MKÇ) ile karbondioksit tutulmasının sağlanması atıktan-enerji üretiminin diğer yenilenebilir enerji türlerine kıyasla zayıf noktası olan çevresel sürdürülebilirlik ve emisyon problemine alternatif bir çözüm yolu oluşturur. Tahmin edilebileceği üzere, atıktan-enerji-üretimi prosesleri her ne kadar küresel enerji ihtiyacı ve atık yönetimi sorunlarına bütüncül bir şekilde yaklaşılması nedeniyle sürdürülebilirlik açısından ümit vaat ediyor olsa da, atıktan-enerji üretiminde organik maddeye bağlı formda bulunan karbonun atmosfere geri salınımının gerçekleşmesi nedeniyle oluşan karbondioksit emisyonu küresel iklim değişikliği açısından iyi bir görünüm ortaya koyamamaktadır.
Bu tez çalışması, mikrobiyal kataliz kullanarak karbondioksitin kalsiyum karbonat formunda faydalı bir ürüne dönüşümünü sağlayan MKÇ'yi temeline almakta olup iki ana bölümden oluşmaktadır. İlk aşamada Denizli'de yer alan çeşitli traverten türü su kaynaklarından su ve mikrobiyal örnekler toplanarak farklı besiyerlerinde zenginleştirilmiş ve aralarından en iyi kalsit çökelimi yapabilen örnekler tespit edilmiştir. Çökeleklere yapılan SEM-EDS ve XRD analizleri çökeleklerin vaterit ve kalsit kristal yapısına sahip kalsiyum karbonata sahip olduğunu doğrulamıştır. Laboratuvar ölçeğinde yapılan çalışmalar gerçek ölçeğe modellenmiş bu sistemin SimaPro 9.4.0.3 yazılımı vasıtasıyla Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi (YDD) gerçekleştirilerek çevresel etkileri ortaya konulmuştur.
Tez çalışmasının ikinci kısmını oluşturan yiyecek atıklarının enerjiye dönüştürülmesi aşamasında seçilen yemekhane atıkları toplanarak fizikokimyasal analizleri gerçekleştirilmiş ve enerji dönüşüm potansiyelleri belirlenmiştir. Mikrobiyal kalsit çökeliminin yakma, piroliz, gazifikasyon ve biyometanizasyon ile enerjiye dönüştürülmesi sürecine dahil edilmesi durumlarına ait YDD'ler incelenerek bu kombine prosesler arasından en iyi senaryo tespit edilmiştir. Bu çalışma mikrobiyal kalsit çökeliminin atıktan-enerjiye-dönüşüm prosesleri ile birleştirilmesi durumunun çevresel ve sürdürülebilirlik açısından etkilerini bütüncül bir bakış açısıyla ortaya koymaktadır. Bu tez çalışması kapsamında zenginleştirilen yerel türlerin sadece karbondioksit tutma amacıyla değil, aynı zamanda da toprak stabilizasyonu, atıksulardaki divalent metallerin arıtımı ve kendi-kendini-iyileştirebilen beton üretimi gibi çeşitli farklı alanlarda potansiyel kullanım alanları da bulunmaktadır.

Abstract:
Microbial calcite precipitation (MICP) and carbon dioxide (CO2) capture represent pivotal strategies in addressing the dual challenges of waste-to-energy production and environmental sustainability. While waste-to-energy systems hold promise in meeting global energy demands and managing waste, they face a significant drawback due to CO2 emissions during waste-to-energy transformation, contributing to global warming.
This thesis centers on MICP as a transformative process that harnesses microbial catalysis to convert emitted CO2 into a valuable product, namely calcium carbonate. The microbial calcite precipitation process plays a crucial role in mitigating the environmental impact associated with biomass-to-energy conversion systems.
The study unfolds in two primary stages. In the experimental phase, water and microbial samples are collected from different travertine sources in Denizli, with subsequent identification of optimal microbial cultures through incubation. Analysis of resulting precipitates confirms the formation of calcite and vaterite type calcium carbonate, showcasing the efficacy of MICP in CO2 sequestration. The findings from laboratory-scale experiments are then extrapolated to real-scale systems and using life cycle assessment (LCA) methodologies comprehensive assessment of the overall environmental impact and sustainability benefits of MICP systems were analysed.
The second part of the study delves into the physicochemical analysis of cafeteria waste to assess its energy production potential. Subsequently, the environmental efficacy of MICP addition to different waste-to-energy strategies is compared to identify and determine the best strategy for combined energy generation and CO2 capture. This study offers a comprehensive understanding of the overall environmental impact and sustainability benefits of MICP in waste-to-energy conversion processes. The local microbial species enriched through this study not only can be used in CO2 capture and utilization but also possess the potential to be used in a wide variety of different research areas such as soil stabilization, treatment of divalent ions in wastewater, and self-healing concrete production.