Kaynağında ayrı toplanmış insan idrarında mikroalg yetiştirilmesi

Günümüzün en büyük problemlerinin başında doğal kaynakların yanlış kullanılması ve bunun sonucunda doğal kaynakların yetersizliği ve iklim değişikliği gelmektedir. Doğal kaynakların büyük bir kısmı enerji üretimi ya da bunu destekleyecek şekilde kullanılmaktadır. Doğal kaynakların son yıllarda hızlı bir şekilde tüketilmesi yeni enerji kaynakları arayışına ya da mevcut kaynakların daha sürdürülebilir bir şekilde yönetilmesi ihtiyacını doğurmuştur. Sürdürülebilir sistemlerin en önemli özelliği döngüsel olmasıdır. Bunun en güzel örneği olarak atıkların yeniden değerlendirilerek enerji kaynağı olarak kullanılması gösterilebilir. Mikroalgler yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan biyokütle enerjisi için önemli yere sahiptir. Hızlı çoğalma oranları ve düşük alan ihtiyacı ile tarımsal elde edilen biyodizel kaynaklarına kıyasla daha avantajlı olarak görülmektedir. Ayrıca mikroalgler, sentetik ortamlarda yetiştirilmesinin dışında atık su ortamlarında da çoğalabilmektedir. Bu durum mikroalg yetiştirilmesi için gerekli ek besin kaynağı problemini çözmekle kalmayıp aynı zamanda arıtma sağlayarak çevreye katkıda da bulunmaktadır. Biyodizel, petrol kaynaklı dizele eşdeğer olarak kullanılabilir bir yakıttır. Günümüzde, biyodizel büyük çoğunlukla yağ içeriği yüksek kültür bitkilerinden elde edilir. Ayrıca mikroalgal ve selülozik bir biyokütleden de biyodizel üretimi vardır. Fakat bunlardan yapılan üretim daha çok pilot ölçekli olup, toplam biyodizel üretimi içindeki hacmi %1'den azdır. Yağ içeriği yüksek kültür bitkilerinin biyodizel üretiminde kullanılması yukarıda bahsedilen sorunlara çözüm olmasına rağmen yeni bir sorun ortaya çıkarmaktadır. Bu sorun, gıda kaynağı olarak kullanılan ürünlerin yakıt olarak kulanılmasıdır. Dahası Dünya genelinde sadece taşımacıklıkta kullanılan yakıta eşdeğer biyodüzelin üretimi için, Dünya'daki bütün tarım alanlarının kullanılması halinde bile mevcut kapasite yetersiz gelmektedir. Dolayısıyla yağ içeriği yüksek kültür bitkilerinin biyodizel üretiminde kullanılması karşılaştığımız sorunu çözmekte yetersizdir. Fakat biyodizel üretiminde mikroalgal biyokütlenin kullanılması durumunda bu sorunun ortadan kalkma potansiyeli vardır. Ayrıca mikroalglerin kültür bitkilerinden çok daha hızlı çoğalma yeterliliğine sahip olması, yetişitirilmesinde verimli tarım alanlarına ihtiyaç duyulmaması, atık sularda büyüyebilme yetenekleri gibi karakteristik sahip olduğu birçok faklı özellikten dolayı mikroalgal biyokütleden biyodizel üretimini çok daha verimli hale getirmektedir. Bu kapsamda, bu çalışmada kaynağında ayrı olarak toplanmış insan idrarı kullanılarak mikroalg yetiştirilmiştir. %5, %10, %20 ve %40 seyreltmeli insan idrarında denemeler yapılmış olup en iyi çoğalmanın %5 seyreltmede olduğu bulunmuştur. 30 ila 35 gün çoğalma süresi boyunca 0,5 g/L'lik biyokütleye ulaşılmıştır. Karışık kültür ile yapılan çalışmaların aksine Chlorella protothecoides, Gloeotilopsis planctonica ve Pandorina morum türleri ilede yapılan çalışmalarda %1,5 ve %5'lik idrar seyreltmeli setlerde çalışmalar yürütülmüştür. Chlorella protothecoides ve Gloeotilopsis planctonica türlerinde %5'lik seyreltmelerde çoğalma gözlemlenirken Pandorina morum türünde %5'lik seyreltme oranında klorofil-a ve OD değerlerine göre bir artış gözlenmemiştir. %1,5 seyreltme oranında tüm saf kültür mikroalgler hızlı bir çoğalma göstermiştir. %10'luk karışık kültür çalışmalarda ise biyokütle başlangıçta bir miktar artmış ancak kısa sürede ölüme geçmiş ve beklenen çoğalma gözlemlenememiştir. Üretilen biyokütle miktarları kıyaslandığı zaman karışık kültür mikroalglerde saf kültür mikroalglere kıyasla 2 kat biyokütleye ulaşılmıştır. Ancak karışık kültür mikroalglerin aksine Chlorella protothecoides, Gloeotilopsis planctonica ve Pandorina morum türleri daha hızlı çoğalma göstermiş olup 7 günde çoğalmalarını tamamlamış ve içsel solunuma geçmişlerdir. Çoğalma süreleri kıyaslandığı zaman saf kültürde yetiştirilen mikroalgler karışık kültüre göre dörtte bir sürede çoğalmalarını gerçekleştirmişlerdir. Bu nedenle çoğalma hızı ve üretilen biyokütle orantılandığı taktirde saf kültür mikroalglerin daha iyi çoğaldığı görülmüştür. Ancak açık sistemde işletilmesi ve havalandırmaya bağlı olarak mikroalg türlerinin birbiri ile karıştığı tahmin edilmiştir. Bu nedenle açık sistemlerde karışık mikroalg türünün tercih edilmesi daha verimli olacaktır. Karışık kültür mikroalgler fotobiyoreaktör sistemleri ile çoğaltıldığı takdirde açık sistem karışık kültür mikroalg biyokütle üretiminden daha verimli olacaktır ancak ilk yatırım ve işletme maliyetlerinin de kıyaslanması ve detaylı bir biçimde incelenmesi gerekmektedir. Üretilen karışık ve saf kültür mikroalglerin lipid içeriği incelendiğinde en yüksek lipid yüzdesi %35 ile Chlorella protothecoides türündedir. Saf kültür açısından üretim hızı da göze alındığında idrarda biyodizel üretimi için en ideal tür olarak bu tür gösterilebilir. Karışık kültür mikroalglerde ise bu değer ortalama %23 civarındadır. Amonyak azotu konsantrasyonlarında %90'ın üzerinde ve fosfor konsantrasyonlarında %80'in üzerinde giderim verimlerine ulaşılmıştır. Yapılan çalışmlar daha ilerdeki çalışmalara bir temel oluşturması açısından öneme sahiptir. İleriki yapılan çalışmalarda farklı pH aralıklarında yapılacak denemeler uçan amonyak azotu sorunun çözümünde önemli bir çözüm olabilir ancak pH ayarının çoğalmayı baskılayarak biyokütle miktarında azalmaya sebebiyet vermeside muhtemeldir. Ayrıca kontaminasyon problemi için de kapalı sistemlerde yapılabilecek denemeler mikroalg üretim veriminin arttırılması açısından önemli olacağı düşünülmektedir. Atık su arıtma tesislerinin en büyük yüklerinden biri olan idrarın mikroalgler ile arıtımı ve elde edilen mikroalglerin enerji üretiminde kullanılması, hem ekonomik hemde çevresel olarak gelecekteki sürdürülebilir enerji ve çevre anlayışı açısından geleceğe ışık tutar niteliktedir.