Biyoelektrokimyasal taşınım mekanizmalarının çevre mühendisliği uygulamalarında farklı mikroorganizma türleri kullanılarak incelenmesi

Çevremizin mevcut durumunu düşündüğümüzde, iklim değişikliği, atık arıtma ve enerji üretimi için sürdürülebilir çözümler geliştirmek önem kazanmıştır. Biyoelektrokimya veya mikrobiyal elektrokimya, kapsamında kullanılan hücre dışı elektron transfer mekanizması ile bu hedeflerde ilerleme kaydedilebilecek bir disiplindir. Bu tez çalışmasında, sürdürülebilirlik hedeflerine katkı sağlamak amacıyla üç farklı laboratuvarda bahsedilen disiplinin alt dalları içinde kategorize edilebilecek birbiriyle ilişkili ancak bağımsız üç çalışma gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalar sırasıyla; "CO2 yakalamak için denizel sedimanda olivin mineralinin kimyasal ayrışmasında kablo bakterilerin potansiyel rolü", "Ekzoelektrojenler için karbon kaynağı olarak stabilize çamur kullanılarak mikrobiyal yakı hücresi (MYH) ile yeraltı suyunda nitrat indirgenmesi" ve "organik boya renk giderimde görünür ışık destekli biyo-foto-elektrokataliz (BPEC) sisteminin kullanılması" İlk çalışmada, cm ölçeğinde hücre dışı elektron transfer yeteneğine sahip bir mikroorganizma olan kablo bakterilerinin, sucul ortamı biyokimyasal olarak değiştirerek atmosferden karbondioksit yakalanması için potansiyel bir kullanıma sahip olduğunu gösterdik. %10 ve %20 olivin içeren numunelerde 2 hafta içerisinde pH düşüşü ve H2S tüketiminin artışı, sedimanda 2 cm'den sonra SiO2 birikimi görülmüştür. Sonuçlar bize alkalinite konsantrasyonunu arttırmak için çözünme hızının arttırılması gerektiğini göstermektedir. İkinci çalışmada, anot bölmesinde sentetik atık su ve çamur kullanımı ile sentetik yeraltı suyundan nitrat giderimi sağlanmıştır. Katot bölmesinde nitratın birinci dereceden reaksiyon ile giderilmiştir. Ekzoelektrojenlerin varlığını ve aktivitesini gösteren elektrik potansiyeli tüm reaktörlerde gözlenmiştir. Üçüncü ve son çalışmada, mikrobiyal elektron üretimi ile desteklenen elektrokatalizin, tek başına fotokataliz ve fotoelektrokataliz destekli boya gideriminden daha yüksek performans gösterdiğini görülmüştür. TiO2 katalizörü, renk giderim etkinliği anlamlı ölçüde kaybolmadan 5 kez yeniden kullanılmıştır. Literatürdeki Fe3O4/TiO2 kompozit çalışmaları ile karşılaştırıldığında, düşük ışık şiddeti altında daha düşük orada TiO2 kullanarak aynı performansın elde edildiği gösterilmiştir. Yukarıda bahsedilen tüm sonuçlar, hücre dışı elektron transfer mekanizmalarının biyoelektrokimyasal uygulamalarda yaygın bir kullanım alanına sahip umut vadeden bir teknoloji çözümü olduğunu göstermektedir.