Endüstriyel atıksuların düşük maliyetli ve yüksek verimli mikrobiyal yakıt hücresi ile arıtımı ve elektrik enerjisi üretimi

Son yıllarda enerji ihtiyaçlarını karşılamak için fosil yakıtların kullanımındaki artış çevresel problemleri hızlandırmış, yenilenebilir enerji kaynaklarına ve teknolojilerine olan talep giderek artmıştır. Bu durum bilim dünyasında yapılan çalışmaları alternatif enerji kaynakları arayışına yönlendirmiştir. Rüzgar ve güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarına alternatif olarak, biyolojik yolla elde edilen enerji gelecekte en önemli enerji kaynaklarından biri haline gelecektir. Mikrobiyal Yakıt Hücreleri yenilenebilir enerji kazanımı için kullanılan yeni bir yöntemdir. MYH sistemleri, atıksu arıtmının yanında eş zamanlı olarak elektrik enerjisinin üretildiği arıtma teknolojisi olarak bilinmekte olup klasik sistemlere nazaran birçok avantajı bulunmaktadır. MYH'nin en temel üstünlükleri; (1) anaerobik bir sistem olduğundan nispeten daha az çamur üretimi, (2) temiz ve yenilenebilir olması, 3) sıfır kirletici olması şeklinde sıralanabilir. Bu sistemlerin sahip olduğu avantajlara karşın MYH'de üretilen enerji miktarının yeterli düzeylere henüz ulaşmaması ve kullanılan malzeme fiyatlarının yüksek olması büyük ölçekte uygulanabilirliğini kısıtlamaktadır. MYH'nin ticari olarak uygulanabilir olması için daha düşük maliyetli ve daha verimli, elektrot ve ayırıcı maddelerin geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Elektrot malzemelerinde ihtiyaç duyulan gereksinimler yüksek elektrik iletkenliği, yüksek yüzey alanı/hacim oranı, biyolojik uyumluluk, korozyona karşı direnç ve büyük ölçekli uygulamalara uygunluk olarak belirlenmiştir. Bu ancak malzeme bilimi, elektrokimya, biyomühendislik, mikrobiyoloji, moleküler biyoloji ve atıksu arıtımı gibi bilim dallarının kombinasyonu ve eş zamanlı ilerlemesiyle sağlanabilir. Anot ve katot bölmeleri arasında kullanılan ayırıcıların da iyileştirilmesi gerekmektedir. Ayırıcılar proton transferini desteklemeli ve katottan anota doğru oksijen difüzyonunu engellemelidir. Bu tez kapsamında MYH'nin katot kısmında kullanılmak üzere Grafen destekli Pt ve ikili Pt-M alaşımları grafen oksit ile metal iyonlarının eş zamanlı NaBH 4 ile indirgenmesiyle hazırlanmıştır. Farklı şartlarda hazırlanan elektrotların elektrokimyasal özellikleri, yakıt hücresi testlerinden önce, Döngüsel Voltametri, Döner Disk Elektrot, Lineer Tarama Voltametri ve Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi yöntemleri ile belirlenmiştir. Fiziksel özellikler ise SEM, TEM, XRD, XPS, TGA ve FT-IR gibi güçlü karakterizasyon yöntemleri ile incelenmiş ve istenilen özellikleri sağlayan elektrotlar MYH'de katot elektrodu olarak kullanılmıştır. Düşük maliyetli en iyi katot malzeme modifikasyonu ile yakıt hücresi testi yapılmış ve yakıt hücresi verimi test edilmiştir. En iyi malzeme konfigurasyonu ile MYH sisteminde üretilen enerji depolanmıştır. Tez kapsamında 3 farklı aşı çamuru ve 4 farklı atıksu denenmiş ayrıca, farklı elektrot malzemeleri üzerinde biyofilm büyümesi ve mikrobiyal tür çalışmaları yapılmıştır. Tez sayesinde, elektrik enerjisi üretimi için potansiyel atıksu kaynakları belirlenmiş, bu atıksuların elektrik üretim potansiyelleri test edilerek MYH'lerde bu atıksuların arıtımı için optimum şartlar tespit edilmiştir.