MİKROALGLERDEN BİYODİZEL ELDESİ. Merve DEMİR YÜKSEK LİSANS TEZİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1

2 MİKROALGLERDEN BİYODİZEL ELDESİ Merve DEMİR YÜKSEK LİSANS TEZİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ HAZİRAN 2015

3 Merve DEMİR tarafından hazırlanan MİKROALGLERDEN BİYODİZEL ELDESİ adlı tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından OY BİRLİĞİ ile Gazi Üniversitesi Kimya Mühendisliği Anabilim Dalında YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir. Danışman: Prof. Dr. Bekir Zühtü UYSAL Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum... Başkan: Prof. Dr. Afife GÜVENÇ Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı, Ankara Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum... Üye: Prof. Dr. Tahir ATICI Biyoloji Eğitimi Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum... Tez Savunma Tarihi: 15/06/2015 Jüri tarafından kabul edilen bu tezin Yüksek Lisans Tezi olması için gerekli şartları yerine getirdiğini onaylıyorum... Prof. Dr. Şeref SAĞIROĞLU Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü

4 ETİK BEYAN Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tez Yazım Kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalışmasında; Tez içinde sunduğum verileri, bilgileri ve dokümanları akademik ve etik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi, Tüm bilgi, belge, değerlendirme ve sonuçları bilimsel etik ve ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu, Tez çalışmasında yararlandığım eserlerin tümüne uygun atıfta bulunarak kaynak gösterdiğimi, Kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı, Bu tezde sunduğum çalışmanın özgün olduğunu, bildirir, aksi bir durumda aleyhime doğabilecek tüm hak kayıplarını kabullendiğimi beyan ederim. Merve DEMİR

5 iv MİKROALGLERDEN BİYODİZEL ELDESİ (Yüksek Lisans Tezi) Merve DEMİR GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Haziran 2015 ÖZET Enerji, tüm ülkelerde ekonomik ve sosyal kalkınma ile yaşam kalitesinin gelişmesi için temel bir ihtiyaçtır. Tüm dünyada ülkelerin giderek kalkınmasıyla ortaya çıkan enerji talebindeki artış ve bu talebin giderek azalan fosil enerji kaynakları ile karşılanamıyor olması, insanlığı yeni ve yenilenebilir enerji kaynakları aramaya yöneltmektedir. Dünyada ve ülkemizde alternatif enerji kaynakları arasında değerlendirilen ve son zamanlarda önemi oldukça artan yenilebilir enerji kaynaklarından birisi biyodizeldir. Biyodizel, bitkisel ve hayvansal yağlar ile atık yağlar gibi yerli ve yenilenebilir kaynaklardan üretilen bir dizel alternatifidir. Üretiminde kullanılan temel hammaddenin bitkisel yağlar olması ve bu yağların özellikle tarım ürünü ağırlıkta olması, biyodizel üretimine kısıtlama getirmektedir. Bu sebeplerle, biyodizel üretiminde tarım ürünleri dışında farklı kaynaklar bulmak, hem biyodizel üretiminde devamlılığı sağlayacak hem de gıda bitkilerinin enerji sektöründe heba edilmesinin önüne geçecektir. Bu kapsamda; son yıllarda dünya çapında yapılan araştırmalar; gıda sektöründe kullanılan bitkisel yağlar kadar mikroalglerin de biyodizel üretimi için elverişli olduğunu ortaya koymaktadır. Bu çalışmada Chroococcus sp. mikroalg türünden elde edilen yağ biyodizel üretiminde hammadde olarak kullanılmıştır. Karbondioksit ve hava verilen iki farklı deney düzeneği kullanarak karbondioksitin mikroalg büyümesindeki etkisi irdelenmiştir. Mikroalgler BG-11 besiyeri içeren kültür ortamlarında yetiştirilmiş, yeterli yoğunluğa ulaştığında hasat edilmiş ve ekstraksiyon işlemi neticesinde bünyesindeki yağ alınmıştır. 260 L mikroalg kültür çözeltisinden yaklaşık 45 g kuru mikroalg elde edilmiştir. Kuru alg hücreleri ekstraksiyona tabi tutulmuş ve bünyelerindeki yağ alınmıştır. Kuru alg hücrelerinden yaklaşık % 62 yağ verimi elde edilmiştir. Elde edilen bu mikroalgal yağdan transesterifikasyon reaksiyonu ile biyodizel üretilmiştir. Biyodizelin standartlara uygunluğunun değerlendirilmesi için iyot değeri deneyi yapılmıştır. Üretilen biyodizelin miktarının yaklaşık 7,2 ml olması sebebiyle çalışmada, yalnızca iyot değeri tespit edilebilmiştir ve bu değer 98,7 g/100 g biyodizel olarak hesaplanmıştır. Bu sebeple, üretilen biyodizelin iyot değeri bakımından TS EN standartlarına uygun olduğu görünmektedir. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler : Yenilenebilir enerji, biyodizel, mikroalg, yağ Sayfa Adedi : 99 Danışman : Prof. Dr. Bekir Zühtü UYSAL

6 v BIODIESEL FROM MICROALGAE (M. Sc. Thesis) Merve DEMİR GAZİ UNIVERSITY GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES June 2015 ABSTRACT Energy is an essential requirement for economic and social development in all countries and improvement of life quality. Increase in energy demand all around the world and failing to satisfy the demand with gradually decreasing fossil energy source lead people to prospect new and renewable energy source. In the World and our country, the biodiesel is a renewable energy source and its importance is increasing recently. The biodiesel is a diesel alternative that is produced from local and renewable sources such as vegetable lipid, animal fat and waste oil. The production of biodiesel is restricted because the raw material is generally vegetable oils especially agricultural crops. Therefore, providing different source apart from agricultural crops both supplies the durability of production and prevents loosing of food plants. In this scope, in recent years, research results from all around the World reveal that the microalgae are convenient for biodiesel production. In this study, the lipid obtained from Chroococcus sp. microalgae species is selected as raw material for biodiesel production. Two different testing apparatus with carbon dioxide and atmospheric air have been used in order to scrutinize impacts of the gas to microalgae cultivation. The microalgae have been grown in BG-11 medium. It has been harvested when reached sufficient population. 260 L mikroalg kültür çözeltisinden yaklaşık 45 g kuru mikroalg elde edilmiştir. The obtained dry algae from 260 L wet microalgae cultivation is approximately 45 g. The lipid of dry algae has been taken with solvent extraction. The lipid efficiency has been determined as 62%. Biodiesel has been produced from this microalgal lipid with transesterification reaction. After that, biodiesel quality has been investigated with iodine number study. The quantity of produced biodiesel is approximately 7,2 ml. Hence, only iodine number value has been determined and this value is in accordance with TS EN standards. Science Code : Key Words : Renewable energy, biodiesel, microalgae, oil Page Number : 99 Supervisor : Prof. Dr. Bekir Zühtü UYSAL

7 vi TEŞEKKÜR Lisansüstü öğrenim hayatım boyunca engin bilgi ve tecrübeleri ile bana yardımcı olan ve hiçbir zaman desteğini benden esirgemeyen tez danışmanım Prof. Dr. Bekir Zühtü UYSAL a (Gazi Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü) ve Prof. Dr. Ö. Murat DOĞAN a (Gazi Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü), mikroalg numunelerinin temini ve çoğaltılması konusunda bana destek veren Prof. Dr. Tahir ATICI ya (Gazi Üniversitesi, Eğitim Fakültesi, Biyoloji Eğitimi Anabilim Dalı), laboratuvar çalışmalarım süresince deney düzeneklerimin kurulmasında bana yol gösteren Arş. Gör. Duygu UYSAL a (Gazi Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü),yüksek lisans eğitimim devam ederken aynı zamanda kimya mühendisi olarak görev yaptığım EN-ÇEV Enerji Çevre Yatırımları ve Danışmanlığı Haritacılık İmar İnşaat A.Ş. ye ve geçirdiğim bu süreçte bana maddi/manevi destek veren eşim Mustafa DEMİR e ve çok değerli aileme sonsuz teşekkürlerimi sunarım.

8 vii İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET... ABSTRACT... TEŞEKKÜR... İÇİNDEKİLER... ÇİZELGELERİN LİSTESİ... ŞEKİLLERİN LİSTESİ... RESİMLERİN LİSTESİ... SİMGELER VE KISALTMALAR... iv v vi vii x xi xiii xiv 1. GİRİŞ KURAMSAL TEMELLER VE LİTERATÜR ARAŞTIRMASI Enerji İhtiyacı ve Yenilenebilir Enerji Biyodizel Nedir? Biyodizel Üretimi Biyodizel üretim reaksiyonlarında kullanılan katalizörler Biyodizel üretiminde kullanılan hammaddeler Mikroalgler Nedir? Mikroalglerin tanımı ve genel özellikleri Mikroalglerin yetiştirilmesi için kullanılan sistemler Mikroalg yetiştirme ortamının fiziksel özellikleri Mikroalglerin lipit içeriği Mikroalglerin biyodizel üretiminde kullanılması MATERYAL VE METOT... 27

9 viii Sayfa 3.1. Algal Kültürler Alg Besi Kültürünün (BG-11) Hazırlanması Algal Kültürlerin Besiyerine Aşılanması (İnokülüm) Alglerin Yetiştirilmesi (Kültür Sistemleri) Stok çözeltiler L hacimdeki sarmal sistem L hacimdeki sistem Mikroalglerin Sayımı Mikroalg Hücrelerinin Besi Ortamından Ayrılması (Hasat) Stok çözeltilerin besi ortamından ayrılması L hacmindeki sistemin besi ortamından ayrılması L hacmindeki sistemin besi ortamından ayrılması Alg Hücrelerinin (Hasat Ürününün) Kurutulması Mikroalglerden Yağ Ekstraksiyonu Mikroalg Yağı Asitleri Tayini Mikroalg Yağından Biyodizel Üretimi Sodyum metoksit çözeltisinin hazırlanması Transesterifikasyon reaksiyonu ile biyodizel üretimi Transesterifikasyon reaksiyonu sonrası faz ayrımı Biyodizelin Standartlara Uygunluğunun Değerlendirilmesi İyot değerinin tayini BULGULAR VE TARTIŞMA Farklı Mikroalg Türlerinde Gelişimin İncelenmesi Seçilen Mikroalg Türünde Fiziksel Şartların Gelişime Etkisinin İncelenmesi... 54

10 ix Sayfa Algal kültür sistemlerine ısı ve ışığın etkisinin incelenmesi Algal kültür sistemlerine karbon dioksit beslenmesinin gelişime etkisinin incelenmesi Mikroalglerin Hasadı ve Kurutulması Yağ Ekstraksiyon Sonuçları Santrifüj işlemi ile elde edilen alglerin yağ ekstraksiyonu Su filtresinden elde edilen alglerin yağ ekstraksiyonu Elektrolitik köpük yüzdürme yöntemi ile elde edilen alglerin yağ ekstraksiyonu Yağ Asitleri Tayini Mikroalgal Yağdan Biyodizel Üretimi Mikroalgal Yağ İçindeki Safsızlığın Araştırılması LC/MS-TOF analizi ve yorumlanması Biyodizelin TS EN Standardı ile Karşılaştırılması İyot değeri testi SONUÇLAR VE ÖNERİLER KAYNAKLAR EKLER EK-1. Yağ asitleri belirlenmesi için yapılan analiz sonucu EK-2. Bilinmeyen numune analizine ait kromatogram (TOF-LC/MS) EK-3. TS EN standartları ÖZGEÇMİŞ... 99

11 x ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 2.1. Bazı tarım ürünleri ve mikroalglerin yağ verimi Çizelge 2.2. Bazı mikroalglerin yağ içeriği Çizelge 3.1. BG-11 besiyeri bileşimi Çizelge 4.1. Mikroalgal yağda bulunan yağ asitleri ve kompozisyonları... 60

12 xi ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 2.1. Enerji kaynaklarının sınıflandırılması... 5 Şekil Yılları arası dünya toplam birincil enerji arzı (Mtoe)... 6 Şekil Yılları arası dünya toplam tüketimi (Mtoe)... 6 Şekil Yılları arası Türkiye enerji talebi tahmini... 7 Şekil Yılları arası Türkiye kurulu gücün birincil kaynaklara dağılımı.. 7 Şekil 2.6. Transesterifikasyon ile biyodizel sentezi Şekil 2.7. Biyodizel üretim basamakları Şekil 3.1. Thoma lamı, lameli ve lam üzerindeki kanallar Şekil 3.2. Thoma lamı üzerindeki küçük kare görünümü Şekil 3.3. Su filtresi ile ayırma yönteminin şematik gösterimi Şekil 3.4. EKY yöntemi ile ayırma işleminin şematik gösterimi Şekil 4.1. Mikroalglerin teorik büyüme eğrisi (1-alışma fazı, 2-büyüme fazı, 3- durgun faz, 4-ölüm fazı) Şekil 4.2. Chlorella vulgaris türü gelişim eğrisi Şekil 4.3. Chlorella vulgaris türü gelişim eğrisi (0-73 gün arası) Şekil 4.4. Chlorella vulgaris türü gelişim eğrisi ( gün arası) Şekil 4.5. Chroococcus sp. türü gelişim eğrisi Şekil 4.6. Phormidium sp. türü gelişim eğrisi Şekil 4.7. Isı ve sıcaklığın üremeye etkisi Şekil 4.8. Farklı sistemlerde ölçüm sonuçları Şekil L hacmindeki sistem ekstraksiyon madde denkliği Şekil Su filtresi ile elde edilen alglerin ekstaksiyonunun madde denkliği Şekil EKY yöntemi ile elde edilen alglerin ekstraksiyon işlemi madde denkliği.. 59

13 xii Şekil Sayfa Şekil Bilinmeyen maddeye ait kromatogram Şekil dakikada çıkan pike ait kütle spektrumu Şekil dakikada çıkan pike ait kütle spektrumu Şekil dakikada çıkan pike ait kütle spektrumu... 66

14 xiii RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim 2.1. Chlorella vulgaris türüne ait bir görünüm Resim 2.2. Chroococcus sp. türüne ait bir görünüm Resim 2.3. Phormidium sp. türüne ait bir görünüm Resim 3.1. Mikroalg kültürlerine ait fotoğraf Resim 3.2. Stok çözeltiler Resim L hacmindeki sistem Resim L hacmindeki sistem Resim 3.5. Kullanılan mikroskoba ait görünüm Resim 3.6. Su filtresi ile ayırma yöntemi sistem görüntüsü Resim 3.7. Mikroalg hücreleri içeren ve parçalanan filtre Resim L lik çözelti elektrolitik köpük yüzdürme işlemi başlangıcı Resim L lik çözelti elektrolitik köpük yüzdürme işlemi sonu Resim Kurutma işlemi öncesi hasat ürünü görüntüsü Resim Kurutma işlemi sonrası hasat ürünü görüntüsü Resim Ekstraksiyon işlemi Resim 3.13.Hekzan damıtma işlemi Resim Algal yağdan biyodizel üretimi (transesterifikasyon reaksiyonu) Resim Transesterifikasyon reaksiyonu sonrasında faz ayrımı Resim 4.1. İzole sisteme ait görüntü... 62

15 xiv SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklamalar GWH Mtoe MW Giga Watt saat Milyon ton eşdeğer petrol (Million Tonnes of Oil Equivalent) Mega Watt Kısaltmalar Açıklamalar EFF ESI LC LPG MS Sp. TOF Elektrolitik Köpük Yüzdürme (Elektrolitik Foam Flotation) Elektrosprey İyonizasyon (Electrospray Ionisation) Sıvı Kromatografi (Liquid Chromatography) Sıvılaştırılmış Petrol Gazı (Liquefied Petroleum Gas) Kütle Spektrometresi (Mass Spectrometry) Species Time of Flight

16 1 1. GİRİŞ Günümüzde tüm dünyayı ilgilendiren iki temel problem bulunmaktadır. Bunlar, çevre ve enerji konularıdır. Çevresel problem, küresel ısınma ve çevre kirliliğidir. Tüm dünyada kullanılan fosil yakıtlar, hem çevre kirliliğine sebep olmakta hem de atmosfere saldıkları karbondioksit ile ciddi bir sorun olan küresel ısınmayı günden güne artırmaktadır. Bu sebeple küresel ısınmaya sebep olan karbondioksitin doğaya salınımının azaltılması için fosil yakıtların yenilenebilir temiz enerji kaynakları ile değiştirilmesi gerekmektedir. Diğer problem ise, artan ham petrol fiyatlarının etkisi ile yaşanan enerji krizidir. Bu konuyu aşmak için de yenilenebilir enerjinin geliştirilmesi gerekmektedir [1]. Önemli bir çevresel tehdit haline gelen küresel ısınma, atmosferdeki sera gazları konsantrasyonunun artması sonucu ortaya çıkmaktadır [1, 2]. Küresel ısınmayı tetikleyen temel etken karbondioksittir ve bu gazın atmosferdeki artışını indirgemek için aşağıda sıralanan üç temel metot uygulanmalıdır [1, 3]. Fosil yakıt kullanımını azaltılması. Atmosferdeki karbondioksiti azaltılması. Fosil yakıtların yanması sonucu açığa çıkan karbondioksitin, atmosfere verilmeden önce tutulması ya da değerlendirilerek faydalı hale getirilmesi. Yukarıda sıralanan metotların dünya üzerinde pek çok uygulaması mevcuttur. Örneğin fosil yakıtlı termik santraller yerine rüzgar ve güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynakları kullanılarak enerji üretimi yapmak ilk metodun bir uygulamasıdır. Atmosferdeki karbondioksitin, geliştirilen yapay yapraklar ile tutularak fotosentezde kullanılması sonucu enerji üretilmesi ikinci metodun bir uygulamasıdır ve hala araştırmageliştirme aşamasındadır. Jeotermal enerji santrallerinden açığa çıkan ve yoğuşmayan gazların temel bileşeni olan karbondioksitin atmosfere verilmeden tutularak depolanması ve kuru buz üretiminde kullanılması ise üçüncü metodun bir uygulamasıdır. Uygulamalar gün geçtikçe artsa da, hızla ilerleyen küresel ısınma ve enerji yetersizliği sebebiyle bu sorunlar temel olarak çözülememektedir. Bu sebeple, enerji üretirken atmosfere sera gazı salınımı yapmayan ve hatta mevcut karbondioksiti de kullanan proseslerin hızla

17 2 geliştirilmesi gerekmektedir. Bu proseslerin en temel uygulamalarından biri ise mikroalglerden biyodizel üretim prosesidir. Teknik olarak biyodizel; bitkisel ve hayvansal yağların uzun zincirli yağ asitlerinin monoalkillerinden oluşan ve Amerikan Malzeme ve Test Derneği D-6751 gerekliliklerini sağlayan yakıt anlamına gelmektedir [4]. Biyodizel, bir yenilenebilir enerji kaynağı olup, yakıt olarak kullanımı, temiz ve çevre dostu bir enerji kaynağı olması ve yabancı kaynaklı petrole olan bağımlılığı azaltarak ülke ekonomisine katkı sağlaması gibi özellikleri sayesinde gün geçtikçe önem kazanmaktadır. Biyolojik yağların biyodizele dönüştürülmesi için yıllardan beri kullanılan en yaygın metottur transesterifikasyondur [5]. Transesterifikasyon reaksiyonlarında temel substrat alkoldür. Genel olarak kullanılan alkoller, metanol, etanol, propanol, bütanol ve amil alkoldür; ancak düşük maliyeti ve fiziksel avantajları nedeniyle metanol daha geniş kullanıma sahiptir. Reaksiyonda; alkali, asit ve enzim katalizör kullanılabilir [6, 7]. Asit katalizörler, kullanımı yüksek yağ asidi içeren hammaddelerin biyodizele dönüşümü için kullanışlıdır; ancak trigliseritlerin metil esterlere dönüşüm reaksiyon hızı çok yavaştır [6, 8]. Alkali katalizörler ise trigliseritlerin transesterifikasyonu için asit katalizörlerden daha yüksek dönüşüm oranına ve reaksiyon hızına sahiptir. Alkali katalizörlü reaksiyonlar, asit katalizörlü reaksiyonlardan 4000 kat daha hızlı gerçekleşir [6, 9]. Bu sebeple alkali katalizör içeren transesterifikasyon reaksiyonları ticari olarak en sık kullanılan reaksiyonlardır. Lakin, serbest yağ asitleri alkali katalizörlerle reaksiyona girerek sabun ve su oluşturabilir. Bu durumda katalizör kaybı yaşanabilir. Bu sebeple, katalizör kaybını telafi edebilmek amacıyla reaksiyona fazla katalizör eklenmelidir. Transesterifikasyon reaksiyonlarında kullanılan bir diğer katalizör ise enzimlerdir. Ancak enzimlerin maliyeti yüksek olduğundan ve ASTM standartlarına uygun olan yakıt özelliklerini sağlayacak reaksiyon derecesini sağlayamadıklarından pek tercih edilmemektedirler [6, 9]. Biyodizel, günümüzde genellikle yağlı tohumlar, hayvansal kökenli yağlar ve atık yağlardan elde edilmektedir [11]. Ticari biyodizel kaynakları; kanola yağı, hayvansal yağlar, palm yağı, mısır yağı ve atık yemeklik yağlardır. Bu kaynakların yanı sıra; son zamanlarda mikroalgler de yüksek yağ içerikleri sayesinde biyodizel üretiminde kullanılmaya başlanılan bir diğer kaynaktır.

18 3 Mikroalglerin; soya gibi alışılagelmiş ürünlerle karşılaştırıldığında daha yüksek alan verimliliği, ekilebilir olmayan arazi üzerinde yetişme ve tarım için uygun olmayan suların da kullanılabilme becerisi, karbondioksiti ve diğer sanayi atıklarının da kullanılarak yararlı hale dönüştürülebilmesi gibi avantajları vardır [12]. Bu sebeplerle, biyodizel üretimini çevresel ve ekonomik açıdan daha yararlı hale getirebilmek adına hammadde olarak mikroalgleri kullanmak daha caziptir. Algler, fotosentez yoluyla ışığı soğurup, inorganik maddeleri organik maddelere dönüştüren, oldukça basit yapıda, canlı, sucul organizmalardır. Küçük tek hücreli türlerden; karmaşık, çok hücreli yapılara kadar çeşitlilik gösterirler [13]. Büyük (inç ölçeğinde ve daha büyük olanlar) ve çok hücreli olanlar makroalgler olup, genellikle havuzlarda yetişirler. En büyük çok hücreli alg yosun olarak adlandırılmaktadır. Küçük (mikrometre ölçeğinde) ve tek hücreli olanlar ise mikroalgler olup, bir miktar suda içinde süspansiyon olarak yetişirler [14]. Mikroalgler, kısa zamanda büyük miktarlarda yağ, protein ve karbonhidrat üreten fotosentetik mikroorganizmalardır. Mikroalgler, hücrelerinde karbon yoğunluklu molekülleri yağ, karbonhidrat ve trigliseritler şeklinde metabolik depolayabilmektedirler. Mikroalglerin yağ içeriği genellikle %20-%50 (kuru ağırlıkça) arasında değişmektedir; ancak bazı türlerin % 80 lere ulaşan yağ içeriği de olabilmektedir [5]. Algal biyodizel üretimi için suya, alana, karbondioksite, alglerin büyümesi için besin maddelerine ve prosesin işleyebilmesi için enerjiye ihtiyaç duyulmaktadır [12]. Mikroalgler, biyoyakıtların üretiminde, eczacılık uygulamalarında ve yararlı kimyasalların üretiminde kullanılırlar. Mikroalglerden biyodizel eldesi için yetiştirme (kültivasyon), hasat, yağ ekstraksiyonu, ekstrakte edilen yağın biyodizele dönüştürülmesi ve biyodizelin saflaştırılması gibi temel işlemler uygulanır. Biyodizelin, dizel motorlu sistemlerde kolaylıkla ve sorunsuz bir şekilde kullanılabilmesi için standartlara uygun olarak üretilmiş olması gerekmektedir. Bu sebeple, üretilen biyodizelde yakıt kalitesini belirleyebilmek amacıyla fiziksel ve kimyasal analizler yapılmaktadır. Biyodizel için Avrupa Birliği Standardı EN 14214, Amerikan Standardı ise ASTM D 6751 dir. Türkiye de ise Avrupa Birliği standartları aynen uygulanmaktadır.

19 4 Bu tez çalışmasında yüksek yağ içeriğine ve büyüme hızına sahip olan Chroococcus sp. mikroalg türü üç farklı deney sistemi kullanılarak yetiştirilmiştir. Bu sistemlerden elde edilen algal kütleler yağ ekstraksiyonuna tabi tutulmuş ve yağ asidi içerikleri belirlenmiştir. Algal yağlar biyodizele dönüştürülmüş ve bazı özellikleri yönünden biyodizel standardı olan TS EN standardı kapsamında değerlendirilmiştir.

20 5 2. KURAMSAL TEMELLER VE LİTERATÜR ARAŞTIRMASI 2.1. Enerji İhtiyacı ve Yenilenebilir Enerji Enerji, yaşamın ve sanayinin gelişebilmesi için temel gereksinimdir[1].bir milletin gelişmişlik derecesi, yine o milletin tükettiği enerji ile doğru orantılıdır. Çünkü enerji, tüm ülkelerde ekonomik ve sosyal kalkınma ile yaşam kalitesinin gelişmesi için temel bir ihtiyaçtır [15]. Üretiminde ve kullanımında en az çevresel ve ekolojik etkiye sebep olan, ucuz ve verimli enerjiye ulaşmak ekonomik gelişme ve gelişen ülkelerde yaşayan insanların istenilen yaşam kalitesine erişebilmeleri için en önemli faktörlerden biridir [15]. Enerjinin herhangi bir değişim ya da dönüşüme uğramamış şekline birincil (primer) enerji denilmektedir. Birincil enerji kaynakları; petrol, kömür, doğal gaz, nükleer, hidrolik, biyokütle, dalga-gelgit, güneş ve rüzgârdır. Birincil enerjinin dönüştürülmesi sonucu elde edilen enerji de ikincil (sekonder) enerji şeklinde tanımlanmaktadır. Elektrik, benzin, mazot, motorin, kok kömürü, ikincil kömür, petrokok, hava gazı, sıvılaştırılmış petrol gazı (LPG) bu tip enerji kaynaklarındandır [16]. Enerji kaynaklarının kullanılışlarına ve dönüştürülebilirliklerine göre sınıflandırması aşağıdaki şekilde verilmektedir. Enerji Kaynakları Kullanılışlarına Göre Dönüştürülebilirliklerine Göre Yenilenemez Yenilenebilir Birincil İkincil Fosil Çekirdek Hidrolik Kömür Elektrik Yakıtlı Kaynaklı Güneş Petrol Benzin Kömür Uranyum Biyokütle Doğalgaz Motorin Petrol Toryum Rüzgar Nükleer Mazot Doğal gaz Jeotermal Biyokütle İkincil kömür Dalga (gel git) Hidrolik Kok Güneş Petrokok Rüzgar Hava gazı Dalga (gel-git) Sıvılaştırılmış petrol Şekil 2.1. Enerji kaynaklarının sınıflandırılması [17]

21 6 Uluslararası Enerji Ajansı tarafından 2014 yılında yayımlanan Enerji İstatistikleri ne göre, geçmişten günümüze birincil enerji kaynakları arzı giderek artmaktadır yılları arası enerji kaynaklarına göre birincil enerji arzı aşağıdaki şekilde verilmektedir. Şekil Yılları arası dünya toplam birincil enerji arzı (Mtoe) [18] yılları arası toplam tüketim miktarı ise aşağıdaki şekilde verilmektedir. Şekil Yılları arası dünya toplam tüketimi (Mtoe) [18]

22 7 Türkiye özelinde enerji arz-talep durumu ise aşağıdaki şekillerde irdelenmektedir. Şekil Yılları arası Türkiye enerji talebi tahmini [19] Kurulu gücün birincil kaynaklara göre dağılımı ise aşağıdaki şekilde verilmektedir. Şekil Yılları arası Türkiye kurulu gücün birincil kaynaklara dağılımı [19]

23 8 Yukarıdaki şekillerde görüldüğü üzere, hem dünya hem de Türkiye de kullanılan enerjinin çoğu birincil enerji kaynaklarından üretilmektedir. Birincil enerji kaynaklarından ise kömür, doğalgaz ve petrol en büyük miktarı oluşturmaktadır. Bu kaynaklar, fosil yakıtlı enerji kaynakları arasında yer almaktadır. Ekonominin gelişmesi ve insanlığın daha fazla enerjiye ihtiyaç duyması ile birlikte, fosil enerji kaynaklarının giderek azalması ve çevre üzerinde yarattığı kirlilik; enerji tedariki, çevrenin korunması ve ekonominin gelişimi arasında ciddi bir çelişki oluşturmaktadır [20]. Enerji talebindeki artış ve bu talebin giderek azalan fosil enerji kaynakları ile karşılanamıyor olması, insanlığı yeni ve yenilenebilir enerji kaynakları aramaya yöneltmektedir. Yenilenebilir enerji genel olarak, çevreyi kirletmeyen ve doğada geri dönüştürülebilen enerji olarak adlandırılmaktadır. Yenilenebilir enerji, uzmanlar tarafından geleneksel ve yeni olarak kategorize edilmektedir. Geleneksel yenilenebilir enerji kaynakları büyük su gücü enerjisi ve direkt yanan biyokütleler iken, yeni yenilenebilir enerji kaynakları küçük su gücü enerjisi, güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi, biyokütle enerjisi, jeotermal enerji ve okyanus enerjisi gibi enerji kaynaklarıdır [20]. Türkiye deki yenilenebilir enerji arzı su gücü ve biyokütle ile sınırlıdır ancak; çevresel sorunlar ile kaynak yetersizliği endişeleri biyokütle kullanımında azalmaya sebep olmuştur. Biyokütle tedarikindeki bu azalma sebebiyle, yılları arası yenilenebilir enerji arzı da azalmıştır. Bunun sonucunda, yenilenebilir enerji anlayışı değişmiş ve rüzgar enerjisi piyasada hak sahibi olmaya başlamıştır. Hava kirliliği ve ormansızlaşmanın da etkisiyle yenilenebilir enerji kaynaklarında biyokütlenin payının giderek azalması beklenmektedir [21,22]. Gerek Türkiye, gerekse dünya ölçeğinde rüzgar, güneş ve su gücü enerjisi gibi enerji kaynaklarının toplam kurulu güç dağılımındaki yüzdesi giderek artsa da, hızla yükselmekte olan enerji talebi düşünüldüğünde, bu kaynakların da önümüzde yıllarda yetersiz kalacağı aşikardır. Bu sebeple tüm dünyada yapılan çalışmalar yeni enerji kaynakları arama konuları üzerinde yoğunlaşmaktadır. Dünyada ve ülkemizde alternatif enerji kaynakları arasında değerlendirilen ve önemi artan yenilebilir enerji kaynaklarından birisi de biyodizel enerjisidir. Biyodizelin, diğer

24 9 yenilenebilir enerji kaynaklarına göre daha kolay üretiliyor olması ve düşük maliyet gereksinimi sebebiyle tüm dünyada üretimi ve kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır Biyodizel Nedir? Biyodizel, bitkisel ve hayvansal yağlar, kullanılmış yemek yağları ve hatta algler gibi yerli ve yenilenebilir kaynaklardan üretilen bir dizel alternatifidir. Petrol içermemesine rağmen dizel ile karıştırılabilir. Biyodizel karışımları, hiç modifikasyon gerektirmeden veya çok az modifikasyon yapılarak sıkıştırmalı ateşlemeli motorlarda (dizel motorlar) kullanılabilirler. Temiz yanma, kolay kullanım, biyobozunurluk, zehirli olmama, kükürt ve aromatikler içermeme gibi özelliklere sahiptir [23]. Biyodizelin genel özellikleri ve petrol dizelinden farklı yönleri aşağıda sıralanmaktadır. Biyodizel, petrol dizeline göre daha yüksek kayganlığa sahiptir. Kayganlık, motor aşınmasını azaltacağından istenen bir özelliktir. Biyodizel, kükürt içermez. Bu sayede biyodizel kullanan motorlardan açığa çıkan kirlilik azalır. Biyodizel, petrol dizeline göre daha yüksek oksijen içeriğine (genellikle %10-12) sahiptir. Böylece kirletici emisyonlar miktarı düşer. Ancak, bu durum petrol dizeli ile ilişkilendirildiğinde pik motor gücünün çok küçük bir miktara düşmesine sebep olur. Biyodizel, düşük sıcaklıklarda jelleşme (kalınlaşma) eğilimindedir. Bu durum, soğuk kış mevsimleri için bir problem oluşturmaktadır [23]. Petrol dizeli bir fosil yakıt kaynağı iken biyodizel, yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Dizel ile her oranda karıştırılarak veya saf biyodizel olarak kullanılabilir. Saf biyodizel B100 olarak isimlendirilirken, %20 biyodizel ve %80 dizel yakıt içeren karışımlar B20 olarak isimlendirilmektedir [24]. Biyodizel üretiminde bir yan ürün olarak ortaya çıkan gliserin, kozmetik ve ilaç sanayi gibi pek çok alanda kullanılmaktadır. Biyodizel doğada %99,6 oranında biyolojik olarak parçalanabilir. Biyodizeli oluşturan C16-C18 metil esterleri kolayca ve hızla parçalanarak bozunur. Biyodizel suya bırakıldığında 28 günde %95'i bozunurken, petrol dizelinin sadece %40'ı bozunabilmektedir [24].

25 10 Biyodizel, tarımsal bitkilerden elde edilebilmesi nedeniyle, fotosentez yolu ile karbon dioksiti dönüştürüp karbon döngüsünü hızlandırdığı için, sera etkisini arttırıcı yönde etki göstermez. Bu açıdan bakıldığında biyodizel üretimi, CO 2 emisyonları için doğal bir yutak olarak nitelendirilebilir ve Dünya'nın en önemli çevresel sorunlarından olan ve fosil yakıtların geri alınamayan CO 2 emisyonlarının yol açtığı sera etkisi sonucunda ortaya çıkan küresel ısınmadan kaynaklanan olumsuzlukların indirgenmesi bağlamında önemli katkılar sağlar [24]. Biyodizel her ne kadar temiz ve yenilenebilir olsa da üretim maliyeti yüksektir. Bu yüzden farklı hammaddeler ile çalışılarak üretim maliyeti düşürülmeye çalışılmaktadır Biyodizel Üretimi Biyodizel, bitkisel ve hayvansal yağların yağ asitlerinin monoalkil esterleri olarak tanımlanır. Yağlardaki trigliseritlerin transesterifikasyonu ile üretilirler [26]. Son zamanlarda, biyodizel sentezinin en yaygın yolu triaçilgliserollerin (yağ asitlerinin gliserol esterleri) metanol ya da etanol ile alkali veya asit katalizörler varlığında transesterifikasyonudur. Bu proseste, düşük fiyatı ve kolay ulaşılabilirliği açısından en yaygın kullanılan alkoldür. Üretilen temel ürün olan yağ asitleri metil esterleri biyodizel olarak adlandırılır ve yan ürün olarak gliserin oluşur. Digliseritler ve monogliseritler ise bu prosesin ara ürünleridir [27-29]. Transesterifikasyon prosesini gösteren reaksiyon aşağıdaki şekilde verilmektedir. Şekil 2.6. Transesterifikasyon ile biyodizel sentezi

26 Biyodizel üretim reaksiyonlarında kullanılan katalizörler Biyodizel sentez reaksiyonları asit bazlı ve alkali bazlı katalizörler ile enzimler olmak üzere katalizör kullanımına göre üçe ayrılır. Alkali katalizörlü reaksiyonlar Alkali katalizörler, düşük sıcaklık ve ortam basıncında kullanılabilmeleri ile ara reaksiyon olmadan sahip oldukları yüksek dönüşüm hızı sebepleriyle biyodizel üretiminde kullanılan en ekonomik katalizörlerdir. Biyodizel üretiminde en çok kullanılan alkali katalizörler sodyum hidroksit (NaOH) ve potasyum hidroksittir (KOH). Sodyum hidroksit, hem daha ucuz olması hem de trigliseritlerin yağ asidi alkil esterlerine dönüşüm oranının yüksek olması sebebiyle kullanımı en yaygın olan alkali katalizördür. [30]. Asit katalizörlü reaksiyonlar Transesterifikasyon reaksiyonunda reaksiyonun tamlığını ve hızını artırmak için asit katalizör de kullanmak mümkündür. Ancak asit katalizörler alkali katalizörlere göre transesterifikasyon reaksiyonunda daha yavaştır ve daha fazla alkol gerektirir [24]. Asit katalizörlü transesterifikasyon reaksiyonu, reaksiyon seçiciliği yönünden zayıftır. Enerji tüketimi fazladır, ekipman korozyonu ve atık asit üretimi gibi ciddi çevresel etkilere sahiptir [31-33]. Asit katalizörlü esterifikasyon proseslerinde genellikle sülfürik asit, hidroklorik asit ve sülfonik asit gibi geleneksel asitler kullanılmaktadır [29]. Enzim katalizörlü reaksiyonlar Enzimler, esterifikasyon reaksiyonlarında sabun oluşumunu engellemesi ve saflaştırma prosesini gerçekleştirebildiği için son zamanlarda giderek cazip hale gelmektedir. Ancak;

27 12 yüksek maliyetleri ve uzun reaksiyon süreleri sebebiyle ticari olarak kullanımları azdır [34] Biyodizel üretiminde kullanılan hammaddeler Biyodizel üretiminde kullanılan temel hammaddeler atık yağlar ile yağ teknolojileri yan ürünleri (soap-stock, ağartma toprağı gibi), hayvansal yağlar ve bitkisel yağlardır. Atık yağlar Biyodizel, dizel motorlar için bitkisel ve hayvansal yağlar gibi yenilenebilir kaynaklardan üretilen alternatif bir yakıttır. Ancak, biyodizel piyasasındaki yüksek fiyatlar büyük bir engel oluşturmaktadır [35]. Bu sebeple kullanılmış kızartma yağları, atık hayvansal yağlar, soap-stock (bitkisel yağ rafinasyonu yağ ürünü) gibi ucuz ürünler biyodizel için hammadde olarak düşünülebilir [36]. Evsel kullanımlardan ve sanayi kullanımından kaynaklanan ve giderek artan atık kızartma yağları, dünya çapında giderek artan bir problem haline gelmektedir. Atık kızartma yağlarının transesterifikasyon ile biyodizele katalitik dönüşümü hem ekonomik açıdan hem de çevresel açıdan yarar sağlayacaktır [35]. Atık bitkisel yağların biyodizel üretiminde kullanımı üretim maliyetini azaltmak için etkili bir yoldur; çünkü atık bitkisel yağlar ham yağlara göre 2-3 kat daha ucuzdur [37]. Atık yemeklik yağların biyodizel üretiminde kullanımı, atık yağın bertaraf edilmesi problemini de ortadan kaldıracaktır [38]. Atık yağlar ciddi miktarlarda serbest yağ asidi ve su içermektedir. Bu durum, transesterifikasyon reaksiyonlarında homojen alkali katalizörlerin kullanımı için uygun değildir. Serbest yağ asitlerinin nötralize edilmesi fazla alkali ekleyerek gerçekleştirilir; ancak bu durumda sabun oluşumu ve faz ayırma problemleri ortaya çıkabilir [39, 40]. Hayvansal yağlar Yüksek asit değerleri ile hayvansal yağlar ve bu yağları içeren atıksu arıtma tesisleri çamurları yüksek kirletici potansiyelleri ile çevresel açıdan tehdit oluşturmaktadır. Bu

28 13 sebeple, mezbahane tesislerinde çok bulunan bu düşük kalitedeki yağların ticari biyodizele dönüşümü çevresel zararların minimize edilmesi için iyi bir fırsattır [41]. Bitkisel kaynaklı biyodizelin aksine, hayvansal yağlardan elde edilen biyodizel, yüksek kalorifik değer ve setan sayısı bakımından daha avantajlıdır. Dezavantajları ise; hayvansal yağlarda doğal antioksidanların bulunmaması nedeniyle oksidasyon kararlılığının az olması ve doymuş yağ asidi içeriğinin fazla olması sebebiyle soğuk filtre tıkanma noktasının daha yüksek olmasıdır [42, 43]. Domuz iç yağı, sığır etinden elde edilen donyağı, tavuk yağı, diğer hayvansal iç yağlar biyodizel üretiminde kullanılan farklı hayvansal yağlardır [44, 45]. Ancak, hayvansal atık Serbest yağ asidi, transesterifikasyon prosesinde bazik katalizör kullanıldığında büyük problem yaratmaktadır. Bunun sebebi, bazik katalizörlerin serbest yağ asitleriyle sabunlaşma reaksiyonuna girmesidir. Bu da katalizör ve ester ürünleri kaybına yol açarken proses maliyetini arttırır [44, 46]. Bitkisel yağlar Bitkisel yağların motor yakıtı olarak kullanılması çok eskiye dayanmaktadır. İlk olarak dizel motorunun mucidi Rudolp Diesel, 1898'de düzenlenen Paris'teki Dünya Sergisinde fıstık yağı ile çalıştırdığı dizel motorunu sergilemiştir. Bitkisel yağlar, 1920'lerin sonuna kadar kullanılmış, petrol endüstrisinin gelişmesiyle ve petrol ürünlerinden elde edilen yakıtın maliyetinin daha az olması ile birlikte, bitkisel yağlara olan ilgi azalmıştır [24]. 1970'li yıllarda yaşanan petrol krizlerinin sonucunda alternatif yakıtlar üzerine yapılan araştırmalar artmıştır. Bitkisel yağlarla yapılan birçok çalışma, bitkisel yağların kısa süreli ve acil durumlarda kullanılabileceğini göstermiştir. Çünkü bitkisel yağlar uzun kullanım süresinde enjektörlerde birikintiler, piston segmanlarının yapışması, motor yağında seyrelme gibi birçok motor problemine sebep olmuştur. Bu nedenle, bitkisel yağların yakıt özelliklerinin iyileştirilmesi gerekmektedir [24]. Bitkisel ve hayvansal yağların, fiziksel ve kimyasal özelliklerinin iyileştirilerek yakıt olarak kullanılabilmesi için mevcut birkaç yöntem bulunmaktadır. Bunlar; direkt kullanım

29 14 ile ham yağların karıştırılması yöntemi, mikro emülsiyon oluşturma yöntemi, termal parçalama yöntemi ve transesterifikasyon yöntemidir [34]. Direkt kullanım ile karıştırma yöntemi Yağ, belirli oranda dizel yakıt ile karıştırılarak seyreltilir. Dizel yakıt oranına bağlı olarak, karışımın viskozite, buharlaşma, püskürtme gibi özellikleri iyileştirilmiş olur [47]. Mikroemülsiyon oluşturma yöntemi Bitkisel yağların yüksek viskozitesini düşürmek amacı ile kullanılan bu yöntemde kısa zincirli alkoller ile mikroemülsiyon oluşturulmaktadır. Mikroemülsiyon, boyutları nm arasında olan optikçe izotropik sıvı mikro yapılarının denge dağılımı olup, normalde karışmayan iki sıvı ve bir ya da daha fazla aktif maddenin bir araya gelmesi ile oluşur. Bu yöntemle elde edilen yakıtların viskozitelerinde azalmalar ve püskürtme karakteristiklerin de iyileşmeler gibi olumlu sonuçlar kaydedilmiş olmasına rağmen, bu yakıtların bünyelerinde bulundurdukları alkol nedeni ile setan sayılarında ve ısıl değerlerinde azalmalar olmakta ve dolayısıyla motor performansları olumsuz yönde etkilenmektedir [47, 48]. Termal parçalama (kraking)-piroliz Ağır petrol fraksiyonlarındaki büyük moleküllü hidrokarbonların, katalizörlü ve katalizörsüz olarak daha düşük karbonlu moleküllere parçalanması işlemine "kraking" denilir [48]. Böylece yağ molekülleri yüksek sıcaklıkta ve oksijensiz ortamda daha küçük moleküllere parçalanır. Bu yöntemle yağların yakıt özellikleri, dizel yakıtı özelliklerine yaklaşmasına rağmen, enerji tüketiminin yüksek olması en önemli dezavantajdır [47, 48]. Transesterifikasyon Günümüzde biyodizel üretimi için en çok tercih edilen yöntem transesterifikasyon yöntemidir. Transesterifikasyon yönteminde, yağ molekülleri bir katalizör yardımı ile belirli bir sıcaklıkta alkol ile kimyasal tepkimeye girer. Bu kimyasal tepkime ile yağ asitleri bağlı bulundukları trigliseritlerden ayrılıp alkoller ile yeni esterler oluştururlar [47]. Transesterifikasyon reaksiyonu sayfa 10 da (Şekil 2.6) verilmiştir.

30 15 Biyodizel üretiminde kullanılan temel bitkisel yağlar, palm yağı, soya yağı, kolza yağı, ayçiçeği yağı, susam yağı, pirinç kepeği yağı gibi yağlardır. Ancak, besin zincirinin tehdit altında olması, geleneksel tarım dışında yapılan ekinlerin karbon emisyonlarını artırması ve yoğun ekim ihtiyacı gibi sebepler bu hammaddelerin biyodizel üretiminde kullanılmasını sıkıntıya sokmaktadır [50].Bu sebeplerle, biyodizel üretiminde gıda sektöründe kullanılan bitkisel yağlar dışında farklı kaynaklar bulmak, hem biyodizel üretiminde devamlılığı sağlayacak hem de gıda bitkilerinin enerji sektöründe heba edilmesinin önüne geçecektir. Bu kapsamda; son yıllarda dünya çapında yapılan araştırmalar; gıda sektöründe kullanılan bitkisel yağlar kadar mikroalglerin de biyodizel üretimi için elverişli olduğunu ortaya koymaktadır Mikroalgler Nedir? Mikroalgler, fotosentez yapabilen, hızlı büyüyen, tek hücreli ve çok hücreli yapısından dolayı farklı ortamlarda yaşamaya elverişli olan prokaryotik veya ökaryotik 1 mikroorganizmalardır [51]. Yapılarında büyük oranda protein, karbonhidrat ve yağ bulunmaktadır. Hücreleri selülozdan ibaret bir duvarla çevrilidir. Devamlı hareketsizlilik gösteren tek hücreli algler yanında, hareketli algler de vardır [52] Mikroalglerin tanımı ve genel özellikleri Algler, doğada kutuplardan sıcak su kaynaklarına (yaklaşık 90 C) kadar geniş bir ortam içinde ve esas bakımından suda, fakat bazı formları kara koşullarında da yaşayabilmektedirler. Ancak, güneş ışığına olan gereksinimleri alglerin suların derinliklerinde bulunmasını sınırlayan bir etkendir [52]. Algler hücre boyutlarına göre makroalgler ve mikroalgler olmak üzere ikiye ayrılır. Büyük (inç ölçeğinde ve daha büyük olanlar) ve çok hücreli olanlar makroalgler, küçük (mikrometre ölçeğinde) ve tek hücreli olanlar ise mikroalglerdir [14].İçerdikleri pigment maddeleri bakımından ise yedi büyük grup altında toplanırlar. Bu gruplar aşağıda sırlanmaktadır [52]. 1 Prökaryot: Zar ile çevrili olan gerçek organelleri bulunmayan organizmalar, bakteri ve mavi-yeşil algler Ökaryot: Zar ile çevrili gerçek organelleri bulunan hücreler [54].

31 16 Yeşil algler (Chlorophyta), Mavi-Yeşil Algler (Cyanophyta), Kamçılı Algler (Euglenophyta), Ateş Rengi Algler (Pyrophyta), Altın Rengi Algler (Chrysophyta), Esmer Algler (Phaeophyta), KırmızıAlgler (Rhodophyta) Yukarıda sıralanan alg türlerinden yeşil algler, birçok bilim adamı tarafından bitkiler alemindeki türlerin atası kabul edilmektedir [54]. Fotosentez yapmaları sonucu oluşan ürünlerin, yağ şeklinde depolanması sebebiyle biyokütle üretiminde genellikle yeşil algler ile mavi yeşil algler kullanılmaktadır. Yeşil algler (Chlorophyta) Hem tatlı hem de tuzlu sularda yaşayabilen, bir ya da çok hücreli organizmalardır. Fotosentez ürünleri, yağlar ve nişasta şeklinde depolanır. Farklı şekillerde kloroplastları, klorofil -a ve -b taşır. Yaşama ortamları ve yaşam şekilleri, büyük çeşitlilik gösterir. Büyük çoğunluğu sucul olmasına karşın, kar üzerinde, ağaç gövdelerinde ya da toprakta simbiyotik olarak yaşayan türleri de vardır [54]. Mikroskobik boyutlardan oldukça büyük boyutlara kadar değişen aralıkta yaklaşık 8000 türü bulunmaktadır [55]. Bu türler içerisinde tez çalışmasında kullanılan türler ise Chlorella vulgaris tir. Chlorella vulgaris Chlorella vulgaris, doğal şartlar altında hızlı büyüme becerisi ve kuru ağırlığının yaklaşık %30-40 ı kadar yağ üretebilmesi sebebiyle en ümit verici hammaddelerden biridir [57]. Kolayca ve bolca bulunabilen bir yeşil mikroalg türü olup, biyodizel üretme prosesi için gerekli yağları sağlayabilen pek çok mikroalg türünden biridir [58]. Chlorella vulgaris türünün çeşitli yetiştirme şartlarında yağ içeriği yaklaşık %57 lere kadar çıkmaktadır [58]. Chlorella vulgaris türüne ait görünüm aşağıdaki resimde verilmektedir.

32 17 Resim 2.1. Chlorella vulgaris türüne ait bir görünüm [54] Mavi-yeşil algler (Cyanophyta) Bu canlılar evrimsel açıdan büyük öneme sahiptir çünkü onların Dünya üzerinde ilk oksijen oluşturan fototrofik organizmalar olduğu, bu sayede de Dünya'nın atmosferinin oksijensiz halden oksijenli hale geçtiği düşünülmektedir. Gerçek bir zarla çevrili çekirdekleri bulunmaması nedeniyle bakteri, fotosentetik özellikte olmaları nedeniyle de bazen alg olarak sınıflandırılırlar. Hücre büyüklüğü 0,5-1 µm'den 60 µm'ye kadar değişebilir [54]. Bu türler içerisinde tez çalışmasında kullanılan türler Chroococcus sp. ve Phormidium sp. dir. Chroococcus sp. Chroococcus sp., toprak, tatlısu göllerinin tortuları, nehir dipleri ve yüksek tuzluluktaki su kaynakları gibi çeşitli habitatlarda yaşayabilirler. Tek hücreli ve koloni halinde, renksiz bir zar ile çevrili küresel hücreler içinde bulunmaları ile karakterize edilirler [59, 60] Chroococcus sp. türüne ait görünüm aşağıdaki resimde verilmektedir.

33 18 Resim 2.2. Chroococcus sp. türüne ait bir görünüm [61] Phormidium sp. Bu mavi yeşil algin termofilik özellikleri büyük ve açık havuzlarda yüksek hacimli yağ üretmeye elverişlidir [62].Keçe şeklinde bir koloni ve parlak mavi-yeşil renge sahiptir. Hücreler 1-2 μm genişliğinde, μm uzunluğundadır [63]. Phormidium sp. türüne ait görünüm aşağıdaki resimde verilmektedir. Resim 2.3. Phormidium sp. türüne ait bir görünüm [63]

34 19 Sanayide kullanılacak alglerde istenen özellikler aşağıda sıralanmaktadır. Besiyerinde homojen olarak dağılmalı ve katman oluşturmamalıdır. Üretim aşamasından sonra sıvı kısımdan kolay ayrılabilmelidir. Işıktan çok iyi yararlanabilmeli ve ışığa karşı fazla istekli olmamalıdır. Yüksek sıcaklığa dayanıklı olmalıdır [52] Mikroalglerin yetiştirilmesi için kullanılan sistemler Mikroalglerin yetiştiriciliği küçük ölçekli torbalı sistemlerden büyük açık havuzlara kadar çok geniş yelpazede yapılmaktadır. Üretim sistemleri aşağıda detaylandırılmaktadır. Mikroalg üretim sistemleri Mikroalg üretim sistemleri genel olarak açık sistemler ve kapalı sistemler olarak sınıflandırılmaktadır. Açık sistemlerde üretim; göletler, havuzlar ve tanklarda yapılırken; kapalı sistemlerde üretim, küçük ölçekli torbalar, büyük ölçekli torbalar (Big Bag Sistemler), tübüler fotobiyoreaktörler ve düz levha fotobiyoreaktörlerde gerçekleştirilmektedir [65]. Açık sistemler Açık sistemler, açık havuzlar, göller ve doğal havuzlar, kanallı havuzlar şeklinde sınıflandırılabilir. Açık havuz sistemlerinde alg kültürleri basit yöntemlerle tasarlanmaktadır. Açık havuzların iki önemli avantajı bulunmaktadır. Bunlar kolay inşa edilmeleri ve işletmelerinin kolay olmasıdır. Temel dezavantajı ise iklime bağlı üretimden dolayı işletme giderlerinin karşılanmasındaki sorunlardır. İklimsel değişimlere bağlı ideal su seviyesinin yüksekliği ayarlanmalıdır. Ekonomik açıdan bakıldığında, bu sistemler, kapalı sistemlere oranla daha avantajlıdır. Gerek malzeme, gerekse ışık kaynağı açısından daha ucuz olan bu sistemler, sadece ekolojik toleransı yüksek ve kontaminasyonlara az duyarlı olan alglerin üretimleri için uygundur [66].

35 20 Fotobiyoreaktörler Fotobiyorektörlerde yapılan üretimler, mikroalg kültürünün dış ortamla gaz alışverişini keserek kontaminasyon riskini engellemektedir. Ticari üretim için tasarlanan ve işletilen fotobiyorektörlerde amaç yüksek biyokütle konsantrasyonunda ve kontrollü işletme şartları altında tek hücre eldesi sağlamaktır [66]. Açık sistemlerin kapalı sistemlere göre en önemli ve en belirgin farkı, alg kültürlerinin doğrudan çevre etkilerine maruz bırakılmasıdır. Kapalı sistemler, daha fazla teknolojik bilgi ve altyapı gerektirmekte, bu nedenle daha maliyetli olmaktadır. Buna rağmen, açık sistemlerde alg kültürünün kirletici etmenlerle kontamine olması sebebiyle, az sayıda alg türü bu sistemlerde yetiştirilebilmektedir. Mikroalg yetiştiriciliğinde alg hücrelerinin beslenmesi, fotosentez yapması ve hızla çoğalması için kültür ortam şartlarının uygun olması gerekmektedir. Alg hücrelerinin büyümesini ve çoğalmasını etkileyen başlıca parametreler aşağıda açıklanmaktadır Mikroalg yetiştirme ortamının fiziksel özellikleri Alglerin üretimleri ışık, sıcaklık, besin ve ph gibi çevresel faktörlere bağlıdır. Bu faktörlerin değişmesi ortamda bulunan mikroalg hücrelerinin üremesini artırmakta veya azaltmaktadır. Bu sebeple en uygun şartlar sağlanarak mikroalg çoğalmasında süreklilik sağlanabilir. Çoğalmada etkili olan fiziksel faktörler aşağıda detaylandırılmaktadır. Sıcaklık etkisi Sıcaklık suların biyolojik yapısı ve fiziko-kimyasal evolüsyonunda rol oynayan önemli bir fiziksel faktördür. Su sıcaklığı mevsimlere, coğrafik konuma, akıntı rejimine, derinliğe, sudaki madensel tuzlara ve absorplanan güneş ışınlarına göre değişir. Mevsimsel sıcaklık farkı derinlik arttıkça azalmaktadır [52]. Alglerin büyük çoğunluğu mezofilik sıcaklık şartlarını severler. Alg türlerinin dayandığı maksimum sıcaklık, 56 o C civarındadır [66].

36 21 Işık etkisi Işık yaşam için gerekli bir faktör olduğu gibi, yaşamı sınırlayıcı bir çevre koşulu olarak da rol oynar. Işığın dalga boyu ve miktarı deniz canlılarının özellikle alglerin derinlere doğru dağılımında önemlidir. Deniz suyundaki cansız partikül maddeler ve canlı planktonik organizmalar deniz suyunun ışık geçirgenliğinin azalmasına neden olur ve ışık nicel ve nitel yönden değişime uğrar. Güneş ışınları dalga boylarına göre de denizin derinliklerinde emilime (absorbsiyon) uğrarlar ve nitel yönden değişirler. Mavi ve mor ışık en fazla derine ulaşabilen ışınlardır. Farklı nitelikteki ışık dalgaları deniz alglerindeki çeşitli fotosentetik pigment maddeleri tarafından değerlendirilir [52]. Alg yetiştirilmesinde en önemli etkenlerden bir diğeri de ışıktır. Alglerin istediği ışık dalga uzunlukları görülen ışık alanına yakın ve A arasındadır. Yeryüzüne ulaşan solar radyasyonun yaklaşık % 40'ı fotosentez ve alg gelişmesi için kullanılabilir [52]. Besin etkisi Algler fotosentetik canlılar olduğundan, beslenmeleri için ortamda karbon kaynağı olarak CO2'in bulunması yeterlidir. Işık kaynağı da CO2 kadar önem taşır. Bu temel gereksinimler yanında alglerin besin maddesi bakımından istekleri çok değişik olduğundan, birçok hallerde MnCl2, ZnSO4, CuSO4, (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 ve NaNO 3 gibi bileşikler de besiyerine ilave edilir. Besiyerinin ph'ı arasında bulunur [52]. Alglerin yetiştirilmesinde kullanılan farklı besiyeri tipleri mevcuttur. Bu besiyerler, içerdikleri farklı besin maddelerine göre çeşitlilik göstermektedirler. En çok kullanılan besiyerler BG-11, F/2, Walne gibi besiyerlerdir. ph etkisi Birçok su ve akvaryum bitkisi, ph değişimlerine karşı yüksek tolerans gösterirler. Tercih edilen genel aralık arasında değişmektedir [68]. Fotosentez boyunca kullanılan karbondioksitin ortamdan azalması sonucu ortamdaki alkalinite artar ve ph değişir. Değişen ph ayarlanarak üretime ortamı stabil tutulmalıdır.

37 22 Hijyen etkisi Algler zooplanktonlar tarafından besin olarak kullanılmaktadır. Bu sebeple, zooplankton oluşmasına imkan vermemek için alg yetiştiriciliğinde sterilizasyon çok önemlidir. Sistemde kullanılacak tüm araç ve gereçlerin steril edilmiş olması gerekmektedir. Oluşması muhtemel parazit ve bakteriler için dezenfektan banyoları kullanılabilir [68] Mikroalglerin lipit içeriği Yağlar ve yağ asitleri, tüm bitki hücrelerinin bileşenleridir. Mikroalglerin yağ içeriği kuru ağırlıkça %1 ile %40 arasında değişmektedir ve hatta belirli koşullar sağlandığında bu oran %80 lereulaşmaktadır. Mikroalglerden biyodizel üretimi prosesinin toplam etkinliği yağ üretim verimliliğine bağlıdır. Mikroalglerin kuru bazda yağ içeriklerinin yeterli besin ve kontrollü şartlar altında %20-30 arasında değiştiği tespit edilmiştir [69]. Bazı mikroalgler bitkilerle karşılaştırıldığında yüksek yağ verimliliğine sahiptir ve mikroalglerin; besin ürünleri ile rekabette olmama ve karbondioksit ile atıksuyun faydalı hale getirilmesi gibi ek avantajları bulunmaktadır [70-72]. Algal yağlar karbon sayıları 12 ile 22 arasında değişen yağ asitlerinin gliserol, şekerler ve bazlar ile birleşimi şeklindedir. Algal yağlar doymuş veya doymamış olabilirler. Ökaryotik algler ağırlıklı olarak doymuş ve tekli doymuş yağ asitleri içerirler, trigliseritler ise en yaygın depo yağlarıdır ve toplam yağ fraksiyonunun %80 ine varan oranlarda bulunur [69,66]. Bazı tarım ürünleri ile mikroalglerin yağ içerikleri aşağıdaki çizelgede gösterilmektedir.

38 23 Çizelge 2.1. Bazı tarım ürünleri ve mikroalglerin yağ verimi [73] Ürün Yağ verimi (galon/acre) Mısır 18 Soya 48 Kanola 127 Hindistan Cevizi 287 Palmiye 636 Mikroalg (Yağ içeriği kuru ağırlıkça %30- %70 arasında değişmektedir.) Bazı alg türlerinin yağ verimi ise aşağıdaki çizelgede verilmektedir. Çizelge 2.2. Bazı mikroalglerin yağ içeriği [74] Mikroalg Yağ İçeriği (%, kuru ağırlıkça) Botryococcus branii Chlorella protothecodies Chlorella vulgaris Crypthecodium cohnii 20 Cylindrotheca sp Dunaliella salina Phormidium sp.[75] Mikroalglerin biyodizel üretiminde kullanılması Yağ üreten mikroalgler, diğer enerji bitkilerine göre daha yüksek fotosentez verimi, biyokütle üretimi ve yetişme hızı gibi sahip oldukları avantajlar sayesinde yakıt üretimi için potansiyel adaydırlar. Ek arazi kullanımına ihtiyaç duymazlar, karbondioksit kullanarak sera gazı azaltırlar ve minimum miktarda su kullanımına gereksinim duyarlar [76-78].

39 24 Mikroalglerden biyodizel üretim prosesi; biyokütle yetiştirme, hasat, kurutma, yağ ekstraksiyonu, ekstrakte edilen yağların biyodizele dönüştürülmesi, üretilen biyodizelin saflaştırılması basamaklarından oluşur. Biyodizel üretim basamakları gösterir akım şeması aşağıdaki şekilde verilmektedir. Mikroalg stok çözeltisi Yetiştirme (Kültivasyon) Hasat Kurutma Yağ ekstraksiyonu Transesterifikasyon Faz Ayrımı / Saflaştırma Şekil 2.7. Biyodizel üretim basamakları Mikroalg stok çözeltisi Mikoalgler yetiştirme ortamına aşılama yapılmadan önce konsantre stok çözeltiler temin edilir. Yetiştirme (kültivasyon) Stok çözeltisinden alınan numuneler; besin, ışık, sıcaklık gibi şartları sağlanan yetiştirme ortamına ilave edilir. Böylece istenilen hacimde mikroalg yetiştirme ortamları hazırlanabilir. Mikroalg kültür ortamında zamana bağlı olarak yapılan sayımlar sonucu üreme miktarı ve hücre yoğunluğu tayin edilir. Kültür ortamında istenilen konsantrasyona ulaşıldığı düşünüldüğünde hasat basamağına geçilir.

40 25 Hasat Hasat basamağında, mikroalg hücreleri sulu çözelti ortamından ayrılırlar. Yağ ekstraksiyonu ve biyokütlenin susuzlaştırılması mikroalgal biyodizel üretiminde yoğun olarak enerji harcanan proseslerdir [78]. Mikroalglerden biyodizel üretimindeki temel zorluklar, yetiştirilen biyokütlenin yetişme ortamından ayrılması ve hasat edilen biyokütleden yağ ekstraksiyonudur. Mevcut biyokütle ayırma yöntemleri santrifüj, çöktürme ve yüzdürmedir. Bu yöntemlerin etkili olduğu ispatlanmış olsa da bu yöntemler, toplam biyokütle üretim maliyetinin %20-35 ini oluşturacak kadar yüksek maliyetlidirler [69,79]. Kurutma Kurutma basamağı yağ ekstraksiyonundan önce gerekli olan bir basamaktır. Güneşte kurutma en yaygın olan yöntemdir; güneşte kurutma yönteminde kuruma hızı temel problem olduğundan kuruma işleminin tamamlanması için uzun süreler gerekmektedir. Daha hızlı prosesler enerji harcayan proseslerdir ve/veya bu proseslerde yağ ve protein yapısı değişir. Kurutma işleminin enerji girişinin %89 unu oluşturduğu tespit edilmiştir [69,80]ve bu da toplam proses maliyetinin %70-75 ine tekabül etmektedir [69,81]. Yağ Ekstraksiyonu Mikroalglerden biyodizel üretiminin sanayi ölçeğinde yapılabilmesi için aşılması gereken çeşitli teknik ve ekonomik engeller bulunmaktadır [70, 82]. Etkin ve büyük ölçekli mikroalg yetiştirme sistemi için giderek artan zorluklarla birlikte, etkili ve ekonomik yağ ekstraksiyonu ile mikroalglerin biyodizele dönüşüm prosesinin geliştirilmesi de başarılı bir ölçeklendirme için kritiktir [70,82]. Transesterifikasyon Bu basamak yağ asitlerinin bir alkolle tepkimeye girerek o alkolün esterlerini oluşturduğu basamaktır. Bu basamakta da enerji harcanması söz konusudur.

41 26 Faz Ayrımı/Saflaştırma Transesterifikasyon reaksiyonu sonucu oluşan, biyodizel ve gliserin fazlarının birbirinden ayrıldığı basamaktır. Ayrılan biyodizel yıkanarak saflaştırılır.

42 27 3. MATERYAL VE METOT 3.1. Algal Kültürler Çalışmada üç farklı mikroalg kültürü kullanılmıştır. Kullanılan türler Chlorella vulgaris, Chroococcus sp. ve Phormidium sp. türleridir. Bu türler, Gazi Üniversitesi Eğitim Fakültesi Mikroalgal Kültür Koleksiyonu ndan (Gazi MACC-Gazi Microalgae Culture Collection) temin edilmiştir. Mikroalg kültürlerine ait fotoğraflar aşağıdaki resimde verilmektedir. Resim 3.1. Mikroalg kültürlerine ait fotoğraf 3.2. Alg Besi Kültürünün (BG-11) Hazırlanması Çalışılan mikroalg türlerinin gelişme ortamı için yeşil algler ile mavi-yeşil alglerde sıklıkla kullanılan BG-11 besiyeri tercih edilmiştir. Bu besiyerin tercih edilirken kullanılan üç mikroalg türüne uygun olan bir besiyer olmasına özen gösterilmiş ve besiyer seçiminde yardım alınmıştır [84]. Besiyere ait reçete aşağıdaki çizelgede verilmektedir.

43 28 Çizelge 3.1. BG-11 besiyeri bileşimi REAKTİF NaNO 3 K 2 HPO 4 MgSO 4 7H 2 O CaCl 2 2H 2 O Sitrik asit Ferric amonyum sitrat EDTA (disodyum tuzu) NaCO 3 Eser metal karışımı A5 ESER METAL KARIŞIMI A5 H 3 BO 3 MnCl 2 4H 2 O ZnSO 4 7H 2 O NaMoO 4 2H 2 O CuSO 4 5H 2 O Co(NO 3 ) 2 6H 2 O g/l 1.5 g 0.04 g g g g g g 0.02 g 1.0 ml g/l 2.86 g 1.81 g g 0.39 g g 49.4 mg Besiyeri içerisine her bir bileşen tek tek eklenerek, bileşenlerin su içerisinde çözünmesi sağlanır. Besiyeri çözeltisi istenilen hacme çoğaltılır Algal Kültürlerin Besiyerine Aşılanması (İnokülüm) Steril olarak temin edilen algal kültürler hazırlanan yaklaşık 1,5 L hacimdeki besiyerlerine eklenmiştir. 1,5 L hacmindeki stok çözeltilerdeki mikroalgal artış takip edilerek artış hızı en yüksek olan Chroococcus sp. türü 26 L ve 260 L çözeltilere çoğaltılmıştır.

44 Alglerin Yetiştirilmesi (Kültür Sistemleri) Stok çözeltiler Bu sistemler sıcaklık ayarlaması yapabilmek için akvaryum içerisinde yerleştirilmiştir. Su dolu akvaryum içine sıcaklığın 26ºC de sabit tutulabilmesi amacıyla bir akvaryum ısıtıcısı yerleştirilmiştir. Mikroalglerin fotosentez yapabilmeleri için gerekli olan ışık ise 10 W gücünde bir akvaryum aydınlatması ile sağlanmıştır. Bu sistem, aşağıdaki resimde gösterilmiştir. Resim 3.2. Stok çözeltiler L hacimdeki sarmal sistem Alglerin büyüdüğü ortamın hareketli olmasının olumlu etki yaptığı bilindiğinden ve pilotendüstriyel sistemlerde de kullanıldığından, bu kısımda sarmal sistem kullanılmıştır. Bu sistem 30 L boyutunda bir tank, renksiz polietilen hortumdan oluşan sarmal bir sistem, karbondioksit tüpü ve bir adet pompadan oluşmaktadır. Sıcaklık ayarlaması tank içine yerleştirilmiş bir akvaryum ısıtıcısı ile yapılmıştır. Aydınlatma da yine tank içine

45 30 yerleştirilmiş bir ısıtıcı ile yapılmıştır. Sarmal sistemin bir ucu tank girişine bir ucu da tank çıkışına yerleştirilmiştir. Pompanın çalışması ile birlikte tank içerisindeki mikroalg çözeltisi sarmal sistemi dolaşmakta ve daha sonra tank içine geri dönmektedir. Aynı zamanda sarmal sistem girişine yerleştirilmiş bağlantı ekipmanı vasıtasıyla sisteme karbondioksit gazı verilmiştir. Bu sisteme karbondioksit haftada 3 kez günde 3 er saat boyunca verilmiştir. Bu sistem, aşağıdaki resimde gösterilmektedir. Resim L hacmindeki sistem L hacimdeki sistem Alglerin büyümesi yavaş olduğundan ve biyodizel üretiminde gerekli miktarı makul olan kısa sürede üretebilmek için büyük hacimlerle de çalışılmak zorunda kalınmıştır. Bu sistem 300 L boyutunda bir tank içinde 260 L hacminde bir mikroalg çözeltisi içermektedir. Sisteme bir hava kompresörü ve havalandırma taşı vasıtasıyla sürekli olarak hava verilmektedir. Sistemin aydınlatması beyaz ışık veren bir floresan ile sıcaklık

46 31 ayarlaması da akvaryum ısıtıcısı ile yapılmaktadır. Bu sistem, aşağıdaki resimde gösterilmektedir. Resim L hacmindeki sistem 3.5. Mikroalglerin Sayımı Hazırlanan sistemlerin mikroalg üreme miktarlarının belirlenmesi amacıyla periyodik olarak ölçümler alınmış, sayımlar yapılmıştır. Bu sayımlar, mikroskop altında gerçekleştirilmiştir. Kullanılan mikroskop aşağıdaki resimde gösterilmektedir.

47 32 Resim 3.5. Kullanılan mikroskoba ait görünüm Yukarıda gösterilen mikroskopta, mikrobiyoloji laboratuvarlarında hücre sayımı için sıklıkla kullanılan Thoma lamı ve lameli kullanılarak sayım yapılmıştır. Thoma lamı, lameli ve lam üzerindeki kanalların temsili şekli aşağıda verilmiştir. Şekil 3.1. Thoma lamı, lameli ve lam üzerindeki kanallar Thoma lamının esası 0,1 mm 3 hacminde sayım yapmasıdır. Lam üzerinde çukur bir kısım vardır. Kültür bu kısım üzerine aktarılıp lamel kapatıldığında bu çukurda 0,1 mm yüksekliğinde bir sıvı kalır [85]. Bu hacim yukarıda şekilde gösterildiği gibi 16 büyük

48 33 kare, her büyük karede 25 küçük kare olmak üzere toplam 400 küçük kare üzerine dağılır. Böylece sıvın kaplayacağı 0,1 mm3 lük hacim sağlanmış olur. Hücre sayımı belirtilen kareler içinde yapılır. Aşağıdaki şekilde küçük bir kare gösterilmektedir. Şekil 3.2. Thoma lamı üzerindeki küçük kare görünümü Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi küçük kare şeklinde ifade edilen gerçekte bir kare prizmadır. Derinlik boyutu, şekilde verilen çukurun derinliğinin göstermekte olup, 0,1 mm dir. 1 küçük kare olarak ifade edilen kare prizmanın hacmi; 0,05 mm x 0,1 mm x 0,05 mm = 0,00025 mm 3 tür. Bir sayım alanında 16 x 25 = 400 küçük kare olduğuna göre toplam sayım hacmi 0,1 mm 3 tür. Thoma lamında sayım sonucu aşağıdaki denklem ile hesaplanır. Hücre adedi = A SF (3.1) Burada A, 16 büyük karede sayılan hücre adedi, SF, seyreltme faktörü ve ise 0,1mm 3 deki sayım sonucunu 1 ml deki sonuca dönüştürmek için kullanılan bir sabittir. Yapılan hesaplamalar sonucunda elde edilen değer toplam çözelti hacmine oranlanır Mikroalg Hücrelerinin Besi Ortamından Ayrılması (Hasat) Mikroalg hücrelerinin besi ortamından ayrılması için farklı yöntemler geliştirilmiştir. Bu yöntemler aşağıda detaylandırılmaktadır.

49 Stok çözeltilerin besi ortamından ayrılması Bu sistemdeki mikroalglerin besi ortamından ayrılabilmesi için santrifüj yöntemi tercih edilmiştir. Bunun sebebi çözelti hacminin az oluşudur. Çözelti santrifüj cihazında 5000 rpm hız ile 10 dakika boyunca santrifüj edilmiştir. Santrifüj edilen çözeltiler etüv cihazında 55ºC sıcaklıkta hücreler suyundan arındırılana kadar (su yoğunluğuna bağlı olmakla birlikte yaklaşık 72 saat) kurutulmuştur. Kuruyan hücreler kapalı kaplarda muhafaza edilmiştir L hacmindeki sistemin besi ortamından ayrılması Bu sistemdeki mikroalglerin besi ortamından ayrılabilmesi için dinlendirme ile çöktürme ve santrifüj yöntemleri tercih edilmiştir. Çözelti hacmi çok olduğundan yalnız santrifüj işleminin yapılması, hem ekonomik açıdan hem de zaman açısından uygun görülmemiştir. Bu sebeple çözeltinin besi ortamından ayrılmasına karar verildiğinde, çözeltiye 3 gün gaz verilmeden beklenmiş, böylece çözeltinin karışmadan dinlendirme yoluyla çöktürülmesi sağlanmıştır. Çöktürme sağlanmasıyla 26 L lik bir çözeltide mikroalg hücresi içeren kısım yaklaşık 5 L hacmine azaltılmıştır. 5 L hacmindeki çözeltiye ise santrifüj yapılarak ayırma işlemi uygulanmıştır. Çözelti santrifüj cihazında 5000 rpm hız ile 10 dakika boyunca santrifüj edilmiştir. Santrifüj edilen çözeltiler etüv cihazında 55ºC sıcaklıkta hücreler suyundan arındırılana kadar (su yoğunluğuna bağlı olmakla birlikte yaklaşık 72 saat) kurutulmuştur. Kuruyan hücreler kapalı kaplarda muhafaza edilmiştir L hacmindeki sistemin besi ortamından ayrılması Bu sistem diğer sistemlere göre çok büyük bir hacme sahip olduğundan, ayırma için santrifüj işlemi uygun değildir. Bu sebeple mikroalglerin besi ortamından ayrılması farklı yollarla gerçekleştirilmiştir. Bu ayırma işlemleri aşağıda verilmektedir. Su filtresi kullanarak ayırma Bu işlem için çözeltinin bulunduğu tankın musluğuna bir su filtresi ve bir sirkülasyon pompası eklenmiştir. Sistemin şematik gösterimi aşağıdaki şekilde verilmektedir.

50 35 Şekil 3.3. Su filtresi ile ayırma yönteminin şematik gösterimi Sistem çalıştırıldığında tank girişindeki vana açılır ve çözeltinin su filtresinden geçmesi sağlanır. Filtreden geçerek mikroalg hücrelerinden arındırılan çözelti pompa vasıtasıyla çekilerek tanka geri boşaltılmaktadır. Bu işlemde kullanılan su filtresi Sufil marka, kartuşlu modeldir. Kartuş seçiminde Chroococcus sp. mikroalg türünün tanecik boyutu dikkate alınmıştır. Oluşturulan sistemin görüntüsü aşağıdaki resimde verilmektedir.

51 36 Resim 3.6. Su filtresi ile ayırma yöntemi sistem görüntüsü Yukarıdaki sistem tüm çözeltinin verimli bir şekilde filtre edilebilmesi amacıyla 3 saat boyunca çalıştırılmıştır. Daha sonra su filtresi sistemden ayrılmış ve 55ºC sıcaklıkta kurutulmuştur. Kurutma işlemi tam olarak gerçekleştiğinde, mikroalg hücrelerinin filtreden ayrılmadığı kartuşun içindeki lifli dokuya tamamen tutunduğu gözlenmiştir. Bu sebeple mikroalg hücrelerini içeren filtre bir bıçak vasıtasıyla küçük parçalara ayrılmıştır ve yağ ekstraksiyonu için muhafaza edilmiştir. Mikroalg hücreleri içeren filtrenin görüntüsü aşağıdaki resimde verilmektedir.

52 37 Resim 3.7. Mikroalg hücreleri içeren ve parçalanan filtre Yukarıda bahsedilen ayırma işleminin ardından tank tekrar BG-11 çözeltisi ile doldurulmuş ve yeni bir aşılama yapılarak ikinci üreme işlemi başlatılmıştır. Bir taraftan mikroalglerin zamanla üremesi devam ederken, diğer taraftan da bir önceki süzme işleminin verimli gerçekleşmemesi nedeniyle, ayırma işlemi için yeni yollar aranmaya başlanmıştır. Bunun için, çözeltiye uygulanacak ikinci ayırma işlemi bir diğer yöntem olan Elektrolitik Köpük Yüzdürme İşlemi ile yapılmıştır. Elektrolitik köpük yüzdürme yöntemi ile ayırma Su filtresi ile ayırma işleminde mikroalglerin filtreden ayrılmasındaki zorluk bu yöntemin uygulanmasına vesile olmuştur. Bu yöntemde, sistemden doğru akım (DC) geçirilerek alglerin bir köpük oluşturarak çözelti yüzeyinde toplanması sağlanmaktadır. Sistemin şematik gösterimi aşağıdaki şekilde verilmektedir.

53 38 Şekil 3.4. EKY yöntemi ile ayırma işleminin şematik gösterimi Sistemin kurulumu esnasında, anot çözelti tabanına, katot ise çözeltinin en üst noktasına gelecek şekilde tanka yerleştirilmiştir. Anot ve katot olarak 1 mm lik bakır teller kullanılmıştır. Yaklaşık 1 m uzunluğunda iki bakır tel, rezistans şeklinde sarmal bir yapı oluşturacak şekilde kıvrılmıştır. Bu tellerden biri anot, diğeri katot görevi yapmıştır. Sistemde kullanılacak anodun bir ucu yine bakır teller vasıtasıyla doğru akım kaynağının negatif çıkışına, katot ise pozitif çıkışına bağlanmıştır. Anot ve katot kurulumu tamamlandığında, çözelti içine 30 V ve 3 A verecek şekilde doğru akım kaynağı çalıştırılmıştır. Yukarıda bahsedilen sistem, ilk olarak yaklaşık 2 L lik numune üzerinde denenmiş ve başarılı sonuç verdiği tespit edilince 260 L lik çözeltiye uygulanmıştır. 2 L lik oluşturulan deneme sistemine ait görüntüler aşağıdaki resimlerde verilmektedir.

54 39 Resim L lik çözelti elektrolitik köpük yüzdürme işlemi başlangıcı Resim L lik çözelti elektrolitik köpük yüzdürme işlemi sonu

55 40 Elektrolitik köpük yüzdürme işleminin verimli bir ayırma işlemi sağladığı tespit edildiğinden, aynı işlem 260 L hacimdeki sisteme de uygulanmıştır. Sistem tüm çözeltinin verimli bir şekilde köpük oluşturabilmesi amacıyla 5 saat boyunca çalıştırılmıştır. Daha sonra akım kaynağı sistemden ayrılmıştır. Bunun yanı sıra sistemdeki elektik kuvvetinin etkisiyle çözeltiden ayrılan ve köpük şeklinde alınamayan mikroalgler, akım kaynağının çekilmesiyle birlikte yer çekimi ivmesi ile hız kazanarak tank dibinde çökelmişlerdir. Böylece net bir katı-sıvı faz ayrımı gerçekleşmiş ve mikroalglerin sistemden kolaylıkla ayrıldığı görülmüştür. Bu yöntem (EFF), gayet verimli ve ekonomik olduğundan bundan sonraki tüm ayırma işlemlerinin bu yöntem ile yapılmasına karar verilmiştir Alg Hücrelerinin (Hasat Ürününün) Kurutulması Hasat işlemleri sonunda kültür çözeltilerinden ayrılan mikroalg hücreleri, petri kaplarına alınmış ve etüv içerisinde 55ºC sıcaklık altında kurumaya bırakılmıştır. Petri kaplarına alınmış hasat ürünü mikroalglerin kurutma işleminden önceki görüntüsü aşağıdaki resimde verilmektedir. Resim Kurutma işlemi öncesi hasat ürünü görüntüsü

56 41 Hasat ürününün kurutma işleminden sonraki görüntüsü ise aşağıdaki resimde verilmektedir. Resim Kurutma işlemi sonrası hasat ürünü görüntüsü 3.8. Mikroalglerden Yağ Ekstraksiyonu Kurutulmuş mikroalg kütleleri, Soxhlet Ekstraksiyon metoduna göre yağ ekstraksyonuna tabii tutulmuştur. Bu işlem için yeterli miktarda mikroalg kütlesi Soxhlet Cihazı içindeki kartuşa yerleştirilmiştir. Soxhlet cihazı altındaki cam balona ise 200 ml kadar hekzan eklendikten sonra, yaklaşık 1,5 saat boyunca ekstraksiyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Ekstraksiyon işlemi aşağıdaki resimde gösterilmektedir.

57 42 Resim Ekstraksiyon işlemi Ekstraksiyon sonucunda hekzan damıtılarak ayrılmış ve böylece cam balon içinde sadece mikroalg yağının kalması sağlanmıştır. Tüm sistemlerden elde edilen katı mikroalg kütleleri, aynı işlemle ekstrakte edilmiştir. Hekzan damıtma işlemi aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.

58 43 Resim 3.13.Hekzan damıtma işlemi 3.9. Mikroalg Yağı Asitleri Tayini Mikroalg yağında bulunan yağ asitlerinin belirlenmesi işlemi için yaklaşık 1,5 g yağ numunesi TÜBİTAK-MAM Gıda Enstitüsü ne gönderilmiştir. Gönderilen yağ numunesi IUPAC IID19 Yöntemi ile Gaz Kromatografi Cihazı kullanılarak analiz edilmiştir Mikroalg Yağından Biyodizel Üretimi Sodyum metoksit çözeltisinin hazırlanması 20 ml metanol içinde g (alg yağının ağırlıkça % 0,1 i) NaOH çözdürülerek metoksit çözeltisi hazırlanmıştır. NaOH, transesterifikasyon reaksiyonunda alkali katalizör görevi üstlenmiştir Transesterifikasyon reaksiyonu ile biyodizel üretimi Biyodizel üretim reaksiyonu Şekil 2.6 da verilmektedir. Bu reaksiyonun gerçekleşebilmesi için, 12 g (20 ml) yağ numunesi tabanı düz bir balona konulmuştur. Hazırlanan metoksit

59 44 çözeltisi balon içindeki yağa eklenmiştir. Tabanı düz balon bir manyetik karıştırıcılı ısıtıcı üzerine konulmuştur. Balon üzerine geri soğutucu sistemi ile bir termometre yerleştirilmiştir. Önce su açılarak geri soğutucu çalıştırılmış, daha sonra da ısıtıcı ve karıştırıcı çalıştırılarak reaksiyon başlatılmıştır. Sisteme ait görüntü aşağıdaki resimde verilmiştir. Resim Algal yağdan biyodizel üretimi (transesterifikasyon reaksiyonu) Biyodizel üretimi reaksiyonunun 55ºC de gerçekleştiği bilindiğinden, sıcaklık zamanla artırılmıştır [86]. Ancak, balon içindeki karışım 46 C de kaynamaya başladığından, sıcaklık bu noktada sabit kalmıştır. İki saat boyunca kaynama devam etmiş ve sıcaklık değişmemiştir. İki saatlik sürenin ardından karışım ayırma hunisine alınmış ve dinlenmeye bırakılmıştır.

60 45 Balon içindeki karışımın metanol, NaOH ve mikroalgal yağdan oluşuyor olması, metanolün kaynama noktasının yaklaşık 64 C olması ve mikroalgal yağın kaynama noktasının, sahip olduğu yüksek karbon sayılı yapısından ötürü metanolden yüksek olacağının beklenmesi sebebiyle; bu karışımın 46 C de kaynamış olması mikroalgal yağ içinde yabancı bir bileşen olabileceği şüphesini doğurmuştur. Böyle bir maddenin varlığı yapılan LC-MS-TOF analizi ile araştırılmış ve Bölüm 4.6 da verilmiştir Transesterifikasyon reaksiyonu sonrası faz ayrımı Transesterifikasyon reaksiyonu sonrasında 3 günlük bir dinlenme süresinin ardından ayırma hunisi içindeki çözeltinin fazları birbirinden ayrılmıştır. Zamanla birbirinden ayrılan biyodizel fazı (üst faz) ve gliserin fazı (alt faz) ayırma hunisi yardımıyla birbirinden ayrılmıştır. Faz ayrımının gözlendiği görüntü aşağıdaki resimde verilmektedir. Resim Transesterifikasyon reaksiyonu sonrasında faz ayrımı

61 46 Faz ayrımının tamamlanmasının ardından alt faz olan gliserin içindeki fazla metanolün ve suyun ayrılması için tekrar bir damıtma işlemi yürütülmüştür. Fazla metanol ve suyun da ayrılması sonucu damıtma işlemi sonlandırılmıştır Biyodizelin Standartlara Uygunluğunun Değerlendirilmesi Mikroalglerden üretilen biyodizelin TS EN Standartlarına uygun olup olmadığının tespit edilebilmesi için bazı analizler yapılmaktadır. Ancak, üretilen biyodizel miktarının çok düşük olması sebebiyle yalnızca yoğunluk belirlenmiş ve iyot değerinin tayini yapılmıştır İyot değerinin tayini İyot değeri yağda doymamışlık derecesinin ölçüsüdür. 100 g yağda kullanılan iyot miktarı (g) olarak tanımlanır. İyot değeri, TS EN Standardına belirlenmektedir. Deneyin temel prensibi şudur; biyodizel numunesi, deneyde Hanus reaktifi kullanılırsa IBr ile Wijs reaktifi kullanılırsa ICl ile reaksiyona sokulur. Reaksiyona girmeyen IBr daha sonra KI ile reaksiyona sokulur. Reaksiyon sonunda serbest kalan iyot, sodyum tiyosülfat ile titre edilir. Harcanan titrant miktarından iyot sayısı tespit edilir. Denklemler aşağıdaki gibi özetlenebilir. I 2 + Br 2 2 IBr Biyodizel + IBr Halojenlenmiş Biyodizel + Reaksiyona Girmemiş IBr KI + Reaksiyona Girmemiş IBr I 2 + KBr I Na 2 S 2 O 3 2 NaI + Na 2 S 4 O 6 Deneye başlamadan önce, deneyde kullanılacak çözeltilerin hazırlanması gerekmektedir. Çözeltilerin hazırlanması şöyledir:

62 47 Potasyum iyodür 100 g KI ün 1 L distile suda çözünerek hazırlanmıştır. Nişasta çözeltisi 5 g nişasta 30 ml suda çözdürülmüştür. Bu karışım 1 litre kaynamış suya ilave edilmiştir ve 3 dakika kaynatmaya devam edilmiştir. Sodyum tiyosülfat 0,1 mol /L olarak hazırlanması gerekir. Bunun için, 24,82 g sodyum tiyosülfat, 1 L suda çözdürülmüştür. Bu aşamadan sonra tiyosülfat çözeltisinin ayarlanması işlemi yapılmıştır. Bu işlem için primer bir standart olan potasyum iyodat kullanılmıştır. 0,15-0,20 g KIO3, 50 ml suda çözdürülmüştür. Bu çözeltiye 50 ml %10 luk KI çözeltisinden eklenmiştir. Ardından 1 ml HCL eklenmiştir. Yaklaşık dk sonra hazırlanan çözelti sodyum tiyosülfat çözeltisi ile iyodun sarı rengi yok olana kadar titre edilmiştir. Renk değişimi gözlenince 4-5 damla nişasta çözeltisi eklenmiş ve oluşan mavi renk kaybolana dek tekrar titrasyon yapılmıştır. İşlem boyunca harcanan tiyosülfat hacmi kaydedilmiştir. Çözücü Eşit hacimlerde Siklohekzan ve Glacial Asetik Asidin karıştırılmasıyla elde edilmiştir. Hanus reaktifi Hanus reaktifi hazırlanmamış, hazır olarak temin edilmiştir. Yukarıda sıralanan tüm çözeltilerin hazırlanmasının ardından deneye başlanmıştır. Deneyde bir erlene alınan 0,15 g biyodizel numunesi üzerine 20 ml çözücü eklenmiştir. Üzerine 25 ml Hanus reaktifi ilave edilmiş ve erlenin ağzı kapatılmıştır. Aynı işlemler biyodizel içermeyecek şekilde bir diğer erlene hazırlanmış ve böylece kör çözelti (tanık çözelti) de hazır hale getirilmiştir. Biyodizel içeren erlen ve kör çözeltiyi içeren erlen, ağızları kapatılarak, karanlık ortamda yaklaşık 1,5 saat bekletilmiş ve bu süre zarfında

63 48 reaksiyonun gerçekleşmesi sağlanmıştır. Bekleme süresi sonrasında, erlenlerin kapakları açılarak üzerlerine 20 şer ml KI çözeltisi ve 150 ml su eklenmiştir. Her iki çözelti de iyodun sarı rengi gidene kadar tiyosülfat çözeltisi ile titre edilmiştir. Daha sonra nişasta çözeltisinin ilave edilmesinden kaynaklanan mavi renk gidene kadar tekrar titrasyon yapılmıştır. Her erlen için harcanan toplam tiyosülfat çözeltisi ayrı ayrı kaydedilmiştir. Aşağıda verilen formül kullanılarak iyot değeri hesaplanmıştır. Titrasyon reaksiyonuna göre 1 mol iyot molekülü 2 mol sodyum tiyosülfat ile raksiyona girmektedir. Bu sebeple aşağıdaki denklemler yazılabilir; 2 n iyot = n sodyumtiyosülfat 2 n 2 n iyot,test iyot,kör = C = C sodyumtiyosülfat sodyumtiyosülfat V V sodyumtiyosülfat,test sodyumtiyosülfat,kör n iyot C = sodyumtiyosülfat (V 2 kör V test ) m iyot C = sodyumtiyosülfat 2 (V kör V test ) 253,8mg mmol m iyot = C sodyumtiyosülfat (V kör V test ) 126,9

64 49 4. BULGULAR VE TARTIŞMA 4.1. Farklı Mikroalg Türlerinde Gelişimin İncelenmesi Mikroalglerin teorik büyüme eğrisini gösterir genel şekil aşağıda verilmektedir [87]. Şekil 4.1. Mikroalglerin teorik büyüme eğrisi (1-alışma fazı, 2-büyüme fazı, 3-durgun faz, 4-ölüm fazı) Farklı mikroalg türlerinde gelişimin incelenmesi işlemi yalnızca 1,5 L lik çözeltilerde alınan ölçümlerle yapılmıştır. Mikroalglerin sayımı Thoma Lamı kullanılarak ışık mikroskobu ile gerçekleştirilmiştir. Çözeltilerdeki mikroalg sayısı arttıkça mikroskop altında sayım yapmak zorlaşmıştır. Bu sebeple sayılacak numunelerde seyreltme işlemi uygulanmıştır. Yapılan sayımlar sonucunda, türlere göre oluşturulan gelişim eğrileri aşağıdaki şekillerde verilmektedir.

65 50 Şekil 4.2. Chlorella vulgaris türü gelişim eğrisi Chlorella vulgaris türünün gelişim eğrisi, mikroorganizmaların teorik gelişim eğrisi ile beraber değerlendirildiğinde iki ayrı gelişim süreci olduğu söylenebilir. Bu gelişimlerden ilki, üremenin ilk günü ile 73. günü arasıdır. Bu zaman zarfında çözeltilere ilave besiyer verilmemiştir. Burada amaç, mikroalglerin zamanla gelişme profillerini görebilmektir. Yukarıda verilen grafik bu iki gelişim sürecine göre bölünmüş ve iki ayrı grafik halinde aşağıdaki şekillerde verilmiştir.

66 51 Şekil 4.3. Chlorella vulgaris türü gelişim eğrisi (0-73 gün arası) Yukarıdaki şekilde verilen alglerin gelişim eğrisinde ise, ilk 20 günlük süreç uyum fazı olarak düşünülebilir. Bu süreden sonra, 20 günle 38. gün arası mikroalg sayısında hızlı bir artış yaşandığı görülmektedir. 38. gün ile 66. gün arası durgun faz olarak değerlendirilmekte ve bu sürenin sonunda mikroalg sayısında hızlı bir düşüş olmaktadır. Bu sebeple 1,5 L lik çözeltilerin, besiyer ilavesi yapılmadan yaklaşık 73 günlük bir yaşam süresi olduğu anlaşılmıştır. Bunun üzerine 73. gün besiyer ilavesi yapılmıştır.

67 52 Şekil 4.4. Chlorella vulgaris türü gelişim eğrisi ( gün arası) Yukarıdaki şekilde verilen alglerin gelişim eğrisi incelendiğinde ise, 73. günde minimuma ulaşan mikroalg sayısı, çözeltilere eklenen besiyer aracılığıyla ilk bir haftalık uyum sürecinin ardından hızla yükselmeye başlamıştır. Ölçüm sonuçlarında dalgalanmalar olsa da mikroalglerin teorik büyüme eğrisine yaklaşıldığı görülmüştür. Chroococcus sp. ve Phormidium sp. türlerine ait gelişim eğrileri ise aşağıdaki şekillerde verilmektedir.

68 53 Şekil 4.5. Chroococcus sp. türü gelişim eğrisi Şekil 4.6. Phormidium sp. türü gelişim eğrisi

69 54 Yukarıda verilen Chroococcus sp. ve Phormidium sp. türlerine ait eğriler incelendiğinde Chlorella vulgaris türüne benzer olarak iki aşamalı büyüme eğrisi oluşturdukları gözlenmiştir. Bununla birlikte, her ne kadar üç türün sayım sonuçlarında dalgalanmalar olsa da en kısa sürede en hızlı üreyen türün Chlorella vulgaris olduğu, en yüksek miktarda mikroalg içeren türün ise Chroococcus sp. olduğu görülmektedir. Chlorella vulgaris türü yaklaşık 40 günde 4,5x10 10 mikroalg sayısı/l değerine ulaşmışken, Chroococcus sp. türü yaklaşık 60 günde 5x10 10 mikroalg sayısı/l değerine ulaşmıştır. Phormidium sp. türünde ise diğer türlere nazaran önemli miktarda üreme olmadığı açıktır. Yukarıdaki bulgular değerlendirildiğinde her ne kadar en kısa sürede en hızlı üreyen tür Chlorella vulgaris olsa da, bu türün literatürde sıklıkla kullanılıyor olması sebebiyle yapılacak çalışmalarda kullanılacak türün Chroococcus sp. olmasına karar verilmiştir. Bu sebeple devam eden çalışmalar Chroococcus sp. türü üzerinden sürdürülmüştür. Böylece, bu çalışmanın orijinal ve özgün bir çalışma olması tercih edilmiştir Seçilen Mikroalg Türünde Fiziksel Şartların Gelişime Etkisinin İncelenmesi Çalışmalarda kullanılacak en uygun türün belirlenmesinin ardından fiziksel şartların mikroalg gelişimdeki etkisinin belirlenebilmesi amacıyla üç farklı ortam geliştirilmiştir. Bunlar 1 L hacimli sistem, 26 L hacimli sistem ve 260 L hacimli sistemdir Algal kültür sistemlerine ısı ve ışığın etkisinin incelenmesi Kültür ortamında mikroalg üremesinin ısı ve ışıkla nasıl değiştiğini belirlemek amacıyla ilk olarak kurulan üç sistemden yalnızca 1,5 L hacimli sisteme ısı ve ışık kaynağı yerleştirilmiştir. Diğer sistemlere yapılan müdahaleler ise şu şekildedir. 1,5 L Çözelti: Üremenin başından sonuna kadar (0-69. günler arasında) hem ısı hem ışık kaynağı altında üreme sağlanmıştır. Işık kaynağı 10 W gücünde olup, sıcaklık 26 C de sabitlenmiştir. 26 L Çözelti (Sarmal Sistem): Başlangıçtan 35. güne kadar ısı ve ışık kaynağı verilmemiştir. 35. gün yalnızca ısı kaynağı eklenmiş, 49. gün ışık kaynağı da eklenmiştir. Işık kaynağı 10 W gücünde olup, sıcaklık 26 C de sabitlenmiştir.

70 L Çözelti: Başlangıçtan 35. güne kadar ısı ve ışık kaynağı verilmemiştir. 35. gün hem ısı hem ışık kaynağı sisteme ilave edilmiştir. Işık kaynağı 10 W gücündedir. Işık ve sıcaklığın üremeye etkisini gösterir grafik aşağıdaki şekilde verilmektedir. Şekil 4.7. Isı ve sıcaklığın üremeye etkisi Sayım sonuçları yukarıdaki şekilde verilmiştir. Ölçüm sonuçları incelendiğinde, üreme başlangıcından itibaren ilk iki haftalık sürenin uyum fazı olduğu söylenebilir. Bu sürenin ardından hem ısı hem de ışık kaynağı altında üremeye bırakılan 1,5 L lik plastik şişedeki çözeltide günden güne artış gözlenmiştir. Bununla birlikte 35. güne kadar ısı ve ışıktan yoksun diğer iki çözeltide üreme yok denecek kadar azdır. Üremenin 35. gününde 260 L hacmindeki sisteme ısı ve ışık kaynağı verilmesiyle birlikte, 260 L hacimli çözeltinin üreme miktarında hızlı bir atış gözlenmiştir. Üremenin 35. gününde aynı zamanda 26 L hacmindeki sisteme yalnızca ısı kaynağı eklenmiştir. Devam eden günlerde yapılan sayım sonuçları yalnızca ısı kaynağı altında üremeye bırakılan 26 L çözeltide kayda değer bir artış yaşanmadığını göstermektedir.

71 56 Üremenin 49. gününde, yalnızca ısı kaynağı altında üremeye bırakılan 26 L hacmindeki sisteme ışık kaynağı verilmesiyle birlikte devam eden günlerde üremede artış başladığı tespit edilmiştir. Elde edilen tüm bu verilerden sonra alg üretimi için hem ısı hem de ışık kaynağının olması gerektiği sonucuna varılmıştır Algal kültür sistemlerine karbon dioksit beslenmesinin gelişime etkisinin incelenmesi 26 L kapasiteli, sarmal sistem olarak tasarlanmış alg kültür ortamı, sistem girişine yerleştirilmiş bağlantı ekipmanı vasıtasıyla sisteme, haftada 3 gün, günde 3 saat süreyle karbondioksit gazı ile beslenmiştir. 260 L kapasiteli tank sistemine ise bir hava kompresörü ve havalandırma taşı vasıtasıyla sürekli olarak hava verilmiştir. Alglerin büyümesi, havanın içindeki karbon dioksit ile sağlanmıştır. İki sistem de aynı zamanda çalıştırılmış ve mikroalg artış miktarını belirleyebilmek adına aynı zaman aralıklarında ölçümler yapılmıştır. Ölçüm sonuçları aşağıdaki şekilde verilmektedir. Şekil 4.8. Farklı sistemlerde ölçüm sonuçları

72 57 Yukarıda verilen şekilde görüldüğü üzere26 L kapasiteli sarmal sistemdeki artış, 260 L kapasitedeki sisteme göre daha fazladır. 26 L sarmal sistem hem hacminin diğer sistemin onda biri olması, hem de karbondioksit ile beslenmesi sebebiyle daha hızlı bir atış sergilemiştir. Ancak; bu sayılan iki durum sebebiyle iki sistem arasındaki farkın çok daha fazla olması beklenmiştir. Aradaki farkın birbirinden çok uzak olmaması, alglerin fotosentez işlemini havadan aldıkları karbondioksitle de gayet iyi yapabildiklerini ortaya koymaktadır. 26 L lik sisteme verilen karbondioksitten dolayı kültür ortamında artan asiditenin, alg hücrelerinin çoğalmasındaki artış ivmesini yavaşlatmış olabileceğini düşündürmektedir Mikroalglerin Hasadı ve Kurutulması Mikroalglerin hasadı, verimliliği artırmak için farklı yöntemlerle denenmiştir. Besiyeri ortamından alg hücrelerinin en fazla alınabildiği yöntemin; elektrolitik köpük yüzdürme yöntemi olduğu görülmüştür. Neredeyse askıdaki tüm katı mikroalg hücrelerinin, kültür çözeltisine elektrik akımı uygulama ve çöktürme işlemlerinden sonra tank dibine çöktüğü gözlenmiştir. Bu yöntem sonunda 260 L hacmindeki kültür çözeltisinden65 gün sonra yaklaşık 45 g kuru mikroalg elde edilmiştir Yağ Ekstraksiyon Sonuçları Santrifüj işlemi ile elde edilen alglerin yağ ekstraksiyonu Santrifüj yöntemi kullanılarak elde edilen alglerin ekstraksiyon işlemi madde denkliği aşağıdaki şekilde verilmektedir. Şekil L hacmindeki sistem ekstraksiyon madde denkliği

73 58 Yukarıdaki madde denkliği sonucunda elde edilen yağ ve hekzan verimleri aşağıdaki gibi hesaplanmıştır. myağ 4,34 Yağ Verimi = 100 =100 = %65, 16 m 6,66 toplam mson 84,72 Hekzan Geri Kazanım Verimi = 100 =100 = %42, 36 m 200 ilk Su filtresinden elde edilen alglerin yağ ekstraksiyonu Su filtresi kullanılarak elde edilen alglerin ekstraksiyon işlemi madde denkliği aşağıdaki şeklide verilmektedir. Şekil Su filtresi ile elde edilen alglerin ekstaksiyonunun madde denkliği Yukarıdaki madde denkliği sonucunda elde edilen yağ ve hekzan verimleri aşağıdaki gibi hesaplanmıştır. myağ 11,56 Yağ Verimi= 100 =100 = %65, 68 m 17,6 toplam mson 260,67 Hekzan Geri Kazanım Verimi= 100 =100 = %35, 5 m 733,5 ilk

74 Elektrolitik köpük yüzdürme yöntemi ile elde edilen alglerin yağ ekstraksiyonu Elektrolitik köpük yüzdürme yöntemi kullanılarak elde edilen alglerin ekstraksiyon işlemi madde denkliği aşağıdaki şeklide verilmektedir. Şekil EKY yöntemi ile elde edilen alglerin ekstraksiyon işlemi madde denkliği Yukarıdaki madde denkliği sonucunda elde edilen yağ ve hekzan verimleri aşağıdaki gibi hesaplanmıştır. myağ 31,1 Yağ Verimi= 100 =100 = %60, 5 m 51,4 toplam mson 167,81 Hekzan Geri Kazanım Verimi = 100 =100 = %39,3 m 427 ilk 4.5. Yağ Asitleri Tayini Mikroalg yağında bulunan yağ asitlerinin belirlenmesi işlemi için yaklaşık 1,5 g yağ numunesi TÜBİTAK-MAM Gıda Enstitüsü ne gönderilmiştir. Gönderilen yağ numunesi IUPAC IID19 Yöntemi ile Gaz Kromatografi Cihazı kullanılarak analiz edilmiştir. Analiz Raporu EK-1 de verilmektedir.

75 60 Gaz kromatogramı incelendiğinde, mikroalglerden elde edilen yağda bulunan serbest yağ asitleri ve yağ içindeki kütlesel kompozisyonları aşağıdaki çizelgede verilmektedir. Çizelge 4.1. Mikroalgal yağda bulunan yağ asitleri ve kompozisyonları Yağ Asidi Formülü Yağ Asidi Adı Kompozisyonu (%) C4:0 Bütirik Asit ND C6:0 Kaproik Asit ND C8:0 Kaprilik Asit ND C10:0 Kaprik Asit ND C11:0 Undekanik Asit ND C14:0 Miristik Asit 0.22 C14:1 Miristoleik Asit ND C15:1 Cis-Pentadekanoik Asit ND C16:0 Palmitik Asit 4.60 C16:1 Palmitoleik Asit ND C17:0 Heptadekanoik Asit ND C17:1 Cis-Heptadekanoik Asit ND C18:0 Stearik Asit 2.06 C18:1n9c Oleik Asit 6.50 C18:2n6t Linolelaidik Asit ND C18:2n6c Linoleik Asit 2.87 C20:0 Araşidik Asit ND C20:1 Cis-Eikosenoik Asit (Gadoleik Asit) C18:3n6 γ-linolenik Asit C18:3n3 α-linolenik Asit 1.56 C20:2 Cis-11,14-Eikosadienoik Asit ND C22:0 Behenik Asit 0.60 C22:1n9 Erusik Asit 5.51 C20:4n6 Araşidonik Asit ND C22:2 Cis-13, 16- Dokosadienoik Asit ND C24:1 Nervonik Asit ND Tespit edilen yağ asitleri incelendiğinde pek çok yağ asid miktarının çok düşük olması sebebiyle ölçülemediği, numunede en fazla bulunan yağ asidinin de gadoleik asit olduğu görülmektedir. Tespit edilen toplam kompozisyonun % olması ve diğer yağ asitleri

76 61 miktarının ölçülemeyecek kadar küçük olması, algal yağ numunesinde yağ asitleri dışında başka bir maddenin daha bulunduğunu düşündürmektedir Mikroalgal Yağdan Biyodizel Üretimi Transesterifikasyon reaksiyonunun devamında ayrılan fazlar sonucu üstteki faz (biyodizel fazı) hacminin 7,2 ml olduğu gözlenmiştir. Alt fazda ise su ve fazla metanolün uzaklaştırılmasının ardından yaklaşık 4 ml gliserin kaldığı tespit edilmiştir. Elde edilen biyodizel, standartlara uygunluğunun tespiti amacıyla muhafaza edilmiştir. Ancak, 7,2 ml hacmindeki biyodizel miktarında buharlaşma vasıtasıyla zamanla azalma tespit edilmiştir Mikroalgal Yağ İçindeki Safsızlığın Araştırılması Mikroalglerden başlayarak biyodizel üretimine kadar olan süreçte, yağ asitleri analizinde tespit edilen kısmın yaklaşık % 45 olması ve geriye kalan yaklaşık % 55 lik kısmın belirlenememiş olması, transesterifikasyon reaksiyonunda mikroalgal yağ ve metoksit çözeltisi karışımının yaklaşık 46 C de kaynamış olması ve üretilen biyodizel miktarında azalma olması algal yağ içerisinde yabancı bir madde olduğunu düşündürmüştür. Bu yabancı maddenin tespit edilebilmesi için yeni bir deney yapılmıştır. Algal yağın özelliklerini değiştirdiği düşünülen maddenin tespiti için mikroalglerden elde edilen yağ numunesi bir damıtma balonu içerisine yerleştirilmiştir. Damıtma balonu, taş yünü ve alüminyum folyo kullanarak izole edilmiştir. İzole edilen balon, bir manyetik karıştırıcılı ısıtıcı üzerine yerleştirilmiş ve ısıtıcı çalıştırılmıştır. Sisteme ait görüntü aşağıdaki şekillerde verilmektedir.

77 62 Resim 4.1. İzole sisteme ait görüntü Isıtıcının çalıştırılmasının ardından düzenli aralıklarla sıcaklık ölçülmüş ve sıcaklığın 61 C ye ulaşmasıyla birlikte kondensat akışı başlamıştır. Kondensat akışının 72 C de tamamlanmasının ardından sitem kapatılmış ve böylece yağ ve bilinmeyen madde ayrılmıştır LC/MS-TOF analizi ve yorumlanması Mikroalgal yağ içindeki bilinmeyen maddenin ne olduğunun tespit edilebilmesi amacıyla Sıvı Kromatografi-Kütle Spektrometresi (LC-MS) analizi yaptırılmıştır. LC-MS analizi, Gazi Üniversitesi Eczacılık Fakültesi Merkez Laboratuvarı nda Waters ACQUITY Ultra Performans Sıvı Kromatografi sistemi ile kombine Micromass LCT Premier TM XE Time Of Flight -MS ve elektrosprey iyonizasyon (ESI) yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Kromatogram ve spektrumların yorumlanması için yardım alınmıştır [88].

78 63 Elde edilen kromatogramda farklı alıkonma zamanlarında üç adet temel pik gözlenmiştir. Kromatogram aşağıdaki şekilde verilmektedir. Şekil Bilinmeyen maddeye ait kromatogram Yukarıda verilen kromatogramda birden fazla pikin çıkmış olması numunenin saf olmadığını, birden fazla bileşen içerdiğini ifade etmektedir. Bu sebeple kromatogramı değerlendirerek, numunenin ne olduğunu söylemek mümkün olmamaktadır. Bununla birlikte, yukarıda kromatogramda çıkan üç farklı pik için kütle spektrumları ayrı ayrı çizdirilmiş ve sonuçları aşağıda verilmiştir. Alıkonma süresi 6,983 Dakika Olan Pikin Değerlendirilmesi dakikada çıkan pike ait kütle spektrumu aşağıdaki şekilde verilmektedir. DEMIR1_04 72 (6.983) ! G.U. Eczacilik Fakultesi Merkez Laboratuvari 1: TOF MS ES+ 1.12e5! %! ! ! !; !; ! m/z Şekil dakikada çıkan pike ait kütle spektrumu

79 64 Yukarıda verilen kütle spektrumu incelendiğinde temel pikin kütle/yük değerinde çıktığı görülmektedir. Buradan çıkarak dakikada çıkan pike ait mol kütlesinin yaklaşık olduğu söylenebilmektedir. Bunun yanı sıra bileşiğin yaklaşık karbon sayısı aşağıdaki formüllerle hesaplanmaktadır. Karbon S. = %[M +1] 1,08 + Yukarıda denklemlere göre yapılan hesaplamaların sonucu aşağıda verilmektedir. 10 %[ M + 1] + = x100 = Karbon S. = = 9,25 1,08 Yukarıdaki sonuçlara göre numunede 9-10 karbonlu maddelerin varlığından söz edilebilir. Alıkonma süresi Dakika Olan Pikin Değerlendirilmesi dakikada çıkan pike ait kütle spektrumu aşağıdaki şekilde verilmektedir.

80 65 DEMIR1_ (11.603)! G.U. Eczacilik Fakultesi Merkez Laboratuvari 1: TOF MS ES+ 1.06e5! ! %! !! ! ! !! m/z Şekil dakikada çıkan pike ait kütle spektrumu Yukarıda verilen kütle spektrumu incelendiğinde temel pikin kütle/yük değerinde çıktığı görülmektedir. Buradan çıkarak dakikada çıkan pike ait mol kütlesinin yaklaşık olduğu söylenebilmektedir. Bunun yanı sıra bileşiğin yaklaşık karbon sayısı aşağıdaki şekilde hesaplanmaktadır. 30 %[ M + 1] + = x100 = Karbon S. = = 27,7 1,08 Yukarıdaki sonuçlara göre numunede yaklaşık 27 karbonlu maddelerin varlığından söz edilebilir. Alıkonma süresi Dakika Olan Pikin Değerlendirilmesi dakikada çıkan pike ait kütle spektrumu aşağıdaki şekilde verilmektedir.

81 66 DEMIR1_ (14.659) 100! G.U. Eczacilik Fakultesi Merkez Laboratuvari 1: TOF MS ES+ 2.85e5 %! ! ! ! ! !! !! !! m/z Şekil dakikada çıkan pike ait kütle spektrumu Yukarıda verilen kütle spektrumu incelendiğinde temel pikin kütle/yük değerinde çıktığı görülmektedir. Buradan çıkarak dakikada çıkan pike ait mol kütlesinin yaklaşık olduğu söylenebilmektedir. Bunun yanı sıra bileşiğin yaklaşık karbon sayısı aşağıdaki şekilde hesaplanmaktadır. 28 %[ M + 1] + = x100 = Karbon S. = = 25,9 1,08 Yukarıdaki sonuçlara göre numunede yaklaşık 25 karbonlu maddelerin varlığından söz edilebilir. TÜBİTAK-MAM Gıda Enstitüsü nde yaptırılan yağ asitleri tayini ile yukarıdaki veriler birlikte düşünüldüğünde yüksek karbon sayılı ve yüksek mol kütleli maddelerin yağ asitleri olabileceği düşünülmektedir Biyodizelin TS EN Standardı ile Karşılaştırılması Mikroalglerden üretilen biyodizelin TS EN Standartlarına uygun olup olmadığının tespit edilebilmesi için bazı analizler yapılmaktadır. Ancak, üretilen biyodizel miktarının

82 67 çok düşük olması sebebiyle yalnızca yoğunluk belirlenmiş ve iyot değerinin tayini yapılmıştır İyot değeri testi İyot değerinin belirlenebilmesi için aşağıdaki hesaplama yapılmıştır. m iyot = C sodyumtiyosülfat (V kör V test ) 126,9 V kör = 30,2mL V test =12,7mL mi 2 (g) = (30,2 12,7) 0,1 0,15 m I (g) = 148,05mg 2 Yukarıda tespit edilen sonuca göre 0,15 g biyodizel numunesinde bulunan iyot değeri 0,148 g dır. 100 g biyodizel numunesinde ise bu değer 98,7 g olmaktadır. TS EN standartları ile karşılaştırıldığında bu değerin uygun olduğu görülmektedir. İyot değerinin yüksek olduğu biyodizeller, tortu oluşumuna ve aşırı karbon kalıntısı oluşumuna sebep olmaktadır. Bu çalışmada üretilenin biyodizel standartlara uygun olması, bu tarz problemlerin olmayacağını göstermektedir.

83 68

84 69 5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Tüm dünyada artan enerji ihtiyacı ve fosil enerji kaynaklarının ciddi anlamda tükeniyor olması yeni ve yenilenebilir kaynaklar aramayı küresel bir konu haline getirmiştir. Yeni enerji kaynakları araştırılırken, bu kaynakların aynı zamanda küresel ısınmayı da en az etkileyecek ve hatta azaltacak türden olması temel hedeftir. Hem enerji üretimi hem de küresel ısınmaya yol açabilecek sera gazı emisyonlarının azaltılması düşünüldüğünde, biyokütle kaynaklarından üretilen biyodizel ön plana çıkmaktadır. Bu çalışmada, bir biyokütle kaynağı olan mikroalgler kullanılarak biyodizel üretimi incelenmiştir. Çalışmaya Chlorella vulgaris, Phormidium sp. ve Chroococcus sp. olarak isimlendirilen üç farklı mikroalg türü ile başlanmış ve bu türlerden en hızlı büyüyen türün Chroococcus sp. olduğu tespit edilmiştir. Chroococcus sp. ile BG-11 besiyeri içinde uygun sıcaklık ve ışık şartları altında yetiştirilmiştir. Alg hücrelerinin eksponansiyel olarak çoğaldığı bilinse de ortam şartlarının üremeye etkisi önemli bir gerçektir. Bu sebeple, gerek besiyeri kaynağı değiştirilerek, gerekse ışık ve sıcaklık gibi fiziksel şartlar optimize edilerek üreme miktarı artırılmalıdır. Ayrıca, hijyen koşullarına da dikkat edilmesi mikroalglerle beslenen zooplankton üremesinin önüne geçecektir. Ancak; büyük ölçekli üretim yapılması söz konusu olduğunda hijyen koşulları önemsiz olmakta ve bunun için de çalışmalarda steril ortamlardan çok her ortamda üreme sağlayabilen alg türleri kullanılmalıdır. Yetiştirme şartları sonucunda alg hücreleri hasat edilmiş ve kurutulmuştur.260 L mikroalg kültür çözeltisinden 45 g kuru alg kütlesi temin edilmiştir. Kuru alg hücreleri ekstraksiyona tabi tutulmuş ve bünyelerindeki yağ alınmıştır. Kuru alg hücrelerinden ortalama % 63,7 yağ verimi elde edilmiştir. Her ne kadar kuru alg kütlelerinden yağ verimi yüksek olarak görünse de kültür çözeltisinden elde edilen kuru alg miktarı oldukça düşüktür. Mikroalglerden biyodizel üretim prosesinin büyük ölçeğe taşınması ve sürekliliğinin gerekliliği düşünülürse bu değerin kesinlikle iyileştirilmesi gerekmektedir. Literatürde Chroococcus sp. türü kullanılarak biyodizel üretimi gerçekleştirilen çalışmalara rastlanmamıştır. Bu sebeple elde edilen yağ verimi diğer türlerle karşılaştırılmıştır. Bir çalışmada Chlorococcum sp. türü kullanılarak Soxhlet yöntemi ile yapılan ekstraksiyon

85 70 sonucunda %45 yağ verimi elde edilmişken [89], bir başka çalışmada Chlorella vulgaris türü kullanılarak Bligh and Dyer yöntemi ile yapılan ekstraksiyon sonucunda % 10,6 yağ verimi elde edilmiştir [90]. Bir diğer çalışmada ise taze su ortamında yetiştirilen Chlorella vulgaris türünden % 32,6 verimle yağ elde edildiği ifade edilmiştir [91]. Bu sonuçlara göre bu tez çalışmasında kullanılan Chroococcus sp. türünün yağ verimliliği açısından gayet iyi bir tür olduğunu söylemek mümkündür. Mikroalglerden biyodizel üretiminde yaşanan en büyük zorluklardan biri susuzlaştırma prosesidir. Alg hücrelerinin çok küçük boyutlarda olması filtrasyon işleminin uygulanabilirliğini zorlaştırmaktadır. Santrifüj ile susuzlaştırma işlemi ise büyük ölçekli kültür ortamları için pek mümkün olmamaktadır. Bunun için kuru alg hücrelerinden yağ ektraksiyonu yerine, kültür çözeltisinin kurutmadan konsantre edilerek ıslak halde kullanılması denemeye değer bir alternatif olarak görünmektedir. Uygun şartlar altında yetiştirilen algal hücrelerinin, ekstraksiyon işlemi sonucu elde edilen yağlar ile transesterifikasyon reaksiyonu gerçekleştirilmiştir. Böylece, algal hücrelerin yağ asitleri, esterlerine dönüşmüş ve biyodizel üretilmiştir. Elde edilen yağın miktarının çok düşük olması, biyodizel üretim çalışmalarını da zorlamıştır. Küçük miktarda üretilen biyodizel numunesinde standartlara uygunluk testlerinin tümünün yapılmasını da imkânsız hale getirmiştir. Çalışmada, yalnızca iyot değeri tespit edilebilmiştir ve bu değer 98,7 g/100 g biyodizel olarak hesaplanmıştır. Bu sebeple, üretilen biyodizelin iyot değeri bakımından TS EN standartlarına uygun olduğu görünmektedir. Biyodizel kaynağı olarak mikroalglerin kullanılmasında pek çok avantaj sağlansa da, mikroalg yetiştirilmesi, hasat edilmesi ve kurutulması gibi proseslerin maliyetlerinin henüz yüksek olması ve bu proseslerde ciddi zorluklarla karşılaşılması ticari biyodizel üretimine geçilmesini geciktirmektedir.

86 71 KAYNAKLAR 1. Amin, S. (2009). Review on biofuel oil and gas production processes from microalgae. Energy Conversion and Management, 50, Watanabe, Y., Hall, D. O. (1996). Photosynthetic CO2 conversion technologies using a photo bioreactor incorporating microalgae energy and material balances. Energy Conversion and Management, 37 (6 8), Benemann, J. R. (1997). CO 2 mitigation with microalgae systems. Energy Conversion and Management, 38, Sarin, A. (2012). Biodiesel: Production and Properties, RSC Publishing, Cambridge, UK. 5. Spolaore, P., Joannis-Cassan, C., Duran, E., Isambert, A. (2006). Commercial applications of microalgae. Journal of Bioscience and Bioengineering, 101 (2), Huang, G., Chen, F., Wei, D., Zhang, X., Chen, G. (2010). Biodiesel production by microalgal biotechnology. Applied Energy, 87, Canakci, M., Vangerpen, J. H. (1999). Biodiesel production via acid catalysis. Trans ASAE, 42, Gerpen, J. V. (2005). Biodiesel processing and production. Fuel Process Technology, 86, Fukuda, H., Kondo, A., Noda, H. (2001). Biodiesel fuel production by transesterification of oils. Journal of Bioscience and Bioengineering, 92, İnternet: Standard specification for biodiesel fuel (b100) blend stock for distillate fuels. American Society for Testing and Materials West Conshohocken (PA): ASTM International. URL: rds%2fd6751.htm&date= , Son Erişim Tarihi: Uysal, B. Z. (2006). Biyodizel prosesi yan ürünü gliserinin saflaştırılması ve değerlendirilmesi. Bioyakıt, 2, Lohrey, C., Kochergin, V. (2012). Biodiesel production from microalgae: Colocation with sugar mills. Bioresource Technology, 108, Gezici, M., Eliçin, K., Gürhan, R. (2012). Biyoyakıt amaçlı mikroalg üretimi için bazı yetiştirme parametrelerinin belirlenmesi. Tarım Makinaları Bilimi Dergisi, 2, Chang, H. (2007). Marine Biodiversity and Systematics, Research Programmes.

87 Açıkgöz, Ç. (2011). Renewable Energy Education in Turkey. Renewable Energy. 36, Şenel, M. (2012). Rüzgar Türbinlerinde Güç İletim Mekanizmalarının Tasarım Esasları-Dinamik Davranış. Yüksek Lisans Tezi. Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun. 17. Koç, E., Şenel, M. (2013). Dünyada Ve Türkiye de Enerji Durumu-Genel Değerlendirme. Mühendis ve Makina. 639, International Energy Agency. (2014) Key World Energy Statistics. Paris: International Energy Agency. 19. Türkiye Elektrik İletim A.Ş. Genel Müdürlüğü (2014). Türkiye Elektrik Enerjisi 5 Yıllık ( ) Üretim Kapasite Projeksiyonu. Ankara: Türkiye Elektrik İletim A.Ş. Genel Müdürlüğü, APK Dairesi Başkanlığı. 20. Tükenmez, M., Demireli, E. (2011). Renewable energy policy in Turkey with the new legal regulations. Renewable Energy. 39, International Energy Agency. (2010). Energy policies of IEA countries: Turkey 2009 review. Paris: International Energy Agency (IEA) 22. Energy report of Turkey for (2010). World Energy Council Turkish National Committee. Ankara, Turkey. 23. Dahiya, A. (2015). Bioenergy. National Biodiesel Board, Alptekin, E., Çanakçı, M. (2006). Biyodizel ve Türkiye deki Durumu, Mühendis ve Makine, 561, İnternet: Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü. URL: enebilir%2fbiyodizel.aspx&date= , Son Erişim Tarihi: Van Gerpen, J. H., He, B. B. (2014). Advances in Biorefineries. University of Idaho, USA, Zhang, Y., Dube, M., McLean, D., Kates, M. (2003). Biodiesel Production From Waste Cooking Oil. Bioresource Technology, 90, Di Serio, M., Tesser, R., Pegmei, L., Santacesaria, E. (2007).Heterogeneous catalysts for biodiesel production. Energy Fuels, 22, Ullah, Z., Busta, M. A., Man, Z. (2015). Biodiesel production from waste cooking oil by acidic ionic liquidas a catalyst. Renewable Energy, 77, Guldhe, A., Singh, B., Mutanda, T., Permaul, K., Bux, F. (2015). Advances in synthesis of biodiesel via enzyme catalysis: Novel and sustainable approaches. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 41,

88 Zhang, J., Chen, S., Yang, R., Yan, Y. (2010). Biodiesel production from vegetable oil using heterogeneous acid and alkali catalyst. Fuel, 89, Zhang, Y., Dubé, M. A., McLean, D. D., Kates, M. (2003). Biodiesel production from waste cooking oil: 1. Process design and technological assessment. Bioresource Technology, 89, Canakcı, M., Van Gerpen, J. (2001). Biodiesel production from oils and fats with high fatty acids. Trans ASAE, 44, Leung, D. Y. C., WU, X., Leung, M. K. H. (2010). A review on biodiesel production using catalysed transesterification. Applied Energy, 87, Sabudak, T., Yildiz, M. (2010). Biodiesel production from waste frying oils and its quality control. Waste Management, 30, Felizardo, P., Correia, M. J. N., Raposo, I. (2006). Production of biodiesel from waste frying oils. Waste Management, 26, Morais, S., Mata, T. M., Martins, A. A., Pinto, G. A., Costa, C. A. V. (2010). Simulation and life cycle assessment of process design alternatives for biodiesel production from waste vegetable oils. Journal of Cleaner Production;18, Huynh, L. H., Kasım, N. S., Ju, Y. H. (2011), Biofels: Alternative Feedstock and Conversion Process, Elsevier, López, D. E., Suwannakarn, K., Bruce, D. A., Goodwin, J. G. (2007). Esterification and transesterification on tungstated zirconia: effect of calcination temperature. Journal of Catalysis, 247, Xu, Y. X., Hanna, M. A. (2009). Synthesis and characterization of hazelnut oilbased biodiesel. Industrial Crops and Products, 29: Cunha, A., Feddern, V., De Prá, M. C., Higarashi, M. M., Abreu, P. G., Coldebella, A. (2013). Synthesis and characterization of ethylic biodiesel from animal fat wastes. Fuel, 105, Dias, J. M., Alvim-Ferraz, M. C. M., Almeida, M. F., Díaz, J. D. M., Polo, M. S., Utrilla, J. R. (2012). Selection of heterogeneous catalysts for biodiesel production from animal fat. Fuel, 94, Dias, J. M., Alvim-Ferraz, M. C. M., Almeida, M. F. (2009). Production of biodiesel from acid waste lard. Bioresource Technology, 100, Encinar, J. M., Sánchez, N., Martínez, G., García, L. (2011). Study of biodiesel production from animal fats with high free fatty acid content. Bioresource Technology,102, Moser, B. R. (2009). Biodiesel production, properties, and feedstocks. In Vitro Cellular Development Biology-Plant, 45,

89 Lotero, E., Liu, Y., Lopez, D. E., Suwannakarn, K., Bruce, D.A., Goodwin, J.G. (2005). Synthesis of biodiesel via acid catalysis. Industrial Engineering Chemistry Research, 44, Sabancı, A., Ören, M. N., Yaşar, B., Öztürk, H. H., Atal, M. (2010). Türkiye de Biyodizel ve Biyoetanol Üretiminin Tarım Sektörü Açısından Değerlendirilmesi, Ziraat Mühendisliği VII. Teknik Kongresi Bildiriler Kitabı, Ankara. 48. Keskin, A. (2005). Tall Yağı Esaslı Biyodizel ve Yakıt Katkı Maddesi Üretimi ve Bunların Dizel Motor Performansı Üzerindeki Etkileri. Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Eğitimi, Ankara. 49. İnternet: Akaryakıt ve Analizleri. Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi. URL: me%2fwp-content%2fuploads%2fsites%2f11%2f2012%2f02%2fvizkozite-ve- Akaryak%25C4%25B1t-Analizleri.pdf&date= , Son Erişim Tarihi: Gunawan, F., Kurniawan, A., Gunawan, I., Ju, Y., Ayucitra, A., Soetaredjo, F. E., Ismadji, S. (2014). Synthesis of biodiesel from vegetable oils wastewater sludge by in-situ subcritical methanol transesterification: Process evaluation and optimization. Biomass and Bioenergy, 69, Costa, J. A. V., Morais, M. G. (2014). An Open Pond System for Microalgal Cultivation. Biofuels from algae, Pamir, H. (1985). Fermantasyon Mikrobiyolojisi Ders Kitabı. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları, Ankara. 53. İnternet: Cirik, S. Botanik Ders Notu. Tunceli Üniversitesi. URL: NGL%25C4%25B0SH%2Fakademik%2Fsuurunleri%2Fakademik%2520kardo%2 Fonderaksu%2Fdersnotlari.htm&date= , Son Erişim Tarihi: İnternet: Bilim ve Teknik Web Sitesi. Tübitak. URL: %2Fbilgipaket%2Fcanlilar%2Fsozluk.htm%23prokaryot&date= , Son Erişim Tarihi: İnternet: National Institute for Environmental Studies. Japonya. URL: o%2findex-e.html&date= , Son Erişim Tarihi: İnternet: Smithsonian National Museum of National History, Department of Botany, URL: %2Falgae%2Fclassification%2FCHLOROPHYTA.htm&date= , Son erişim tarihi:

90 Cheirsilp, B., Suwannarat, W., Niyomdecha, R. (2011) Mixed culture of oleaginous yeast Rhodotorula glutinis and microalga Chlorella vulgaris for lipid production from industrial wastes and its use as biodiesel feedstock. New Biotechnology, Volume Rattanapoltee, P., Kaewkannetra, P. (2014). Cultivation of microalga, Chlorella vulgaris under different autoeheteroemixo trophic growths as a raw material during biodiesel production and cost evaluation. Energy, 78, Chavan, A., Mukherji, S. (2008). Treatment of hydrocarbon-rich wastewater using oil degrading bacteria and phototrophic microorganisms in rotating biological contactor: Effect of N:P ratio. Journal of Hazardous Materials, 154, Randhawa, M. S., Iyengar, M. O. P., Pal, B. P., Singh, R. N., Desikachary, T. V., Venkataraman, G. S., Balakrishnan, M. S., Ramanathan, K. R. (1959). Cyanophyta, Monographs on Algae, Indian Council of Agricultural Research, Golubic, S., Pietrini, A. M., Ricci, S. (2015). Euendolithic activity of the cyanobacterium Chroococcus lithophilus Erc. International Biodeterioration& Biodegradation, 100, Karatay, S. E., Dönmez, G. (2011). Microbial oil production from thermophile cyanobacteria for biodiesel production, Applied Energy, 88, Demiriz, T. (2008). Bazı Alglerin Antibakteriyal Etkileri, Yüksek Lisans Tezi, Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara. 64. İnternet: Ohio Üniversitesi. URL: io%2fvislab%2falgaeimage%2fpages%2fphormidium.html&date= , Son Erişim Tarihi: Yılmaz, H. K. (2006). Mikroalg Üretimi İçin Fotobiyoreaktör Tasarımları, E.Ü. Su Ürünleri Dergisi, 23, Richmond, A. (2004). Handbook of Microalgal Culture: Biotechnology and Applied Phycology, Blackwell Publishing Ltd. 67. İnternet: Şakar, S. Çevre Mikrobiyolojisi-II Ders Notları. URL: Esakar%2Fdersnotlari%2Fcevremikrobiyoloji2.doc&date= , Son erişim tarihi: Cirik, S. (2004). Su Bitkileri Deniz Bitkilerinin Biyolojisi, Ekolojsi, ve Yetiştirme Teknikleri, Ege Üniversitesi Yayınevi, İzmir. 69. Taher, H., Al-Zuhair, S. Al-Marzouqi, A. H., Farid, Y. H. M. (2014). Effective extraction of microalgae lipids from wet biomass for biodiesel production, Biomass and Bioenergy, 66,

91 Park, J. Y., Park, M. S., Lee, Y. C., Yang, J., W. (2015). Advances in direct transesterification of algal oils from wet biomass, Bioresource Technology, 184, Li, Q., Du, W., Liu, D. (2008). Perspectives of microbial oils for biodiesel production. Applied Microbiology and Biotechnology, 80, Schenk, P. M., Thomas-Hall, S. R., Stephens, E., Marx, U. C., Mussgnug, J. H., Posten, C.,Kruse, O., Kankamer, B. (2008). Second generation biofuels: high efficiency microalgae for biodiesel production. Bioenergy Resources. 1, Chisti, Y. (2007). Biodiesel from microalgae. Biotechnology Advances, 25, Johnson, M. B. (2009). Microalgal Biodiesel Production through a Novel Attached Culture System and Conversion Parameters, Master of Science In Biological Systems Engineering, Faculty of Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, VA. 75. El-Ardy, O., El-Enin, S. A., El Semary, N. A., El Diwani, G. (2012). Microalgal culture in photo-bioreactor for biodiesel production: case studies from Egypt. Afinidad, 69, Dang-Thuan Tran, D. T., Chen, C. L., Chang, J. S. (2013). Effect of solvents and oil content on direct transesterification of wet oil-bearing microalgal biomass of Chlorella vulgaris ESP-31 for biodiesel synthesis using immobilized lipase as the biocatalyst. Bioresource Technology, 135, Wang, B., Li, Y., Wu, N., Lan, C., (2008). CO 2 bio-mitigation using microalgae. Applied Microbiology and Biotechnology, 79, Chen, C.Y., Yeh, K.L., Aisyaha, R., Lee, D.J., Chang, J.S., (2011). Cultivation, photobioreactor design and harvesting of microalgae for biodiesel production: a critical review. Bioresource Technology, 102, Kim, J.,Yoo, G., Lee, H., Lim, J., Kim, K., Kim, C. W., Park, M. S., Yang, J. W. (2013). Methods of downstream processing for the production of biodiesel from microalgae. Biotechnology Advances, 31, Gudin C, Thepenier C. Bioconversion of solar energy into organic chemicals by microalgae. Advances in Biotechnological Processes, 1986; Sander K, Murthy G. (2010). Life cycle analysis of algae biodiesel. International Journal of Life Cycle Assessment, Mohn, H.F. (1978). Improved Technologies for harvesting and processing of microalgae and their impact on production costs. Archiv für Hydrobiologie Beiheft Ergebnisse der Limnologie,

92 Halim, R., Danquah, M. K., Webley, P. A. (2012). Extraction of oil from microalgae of biodiesel production: a review. Biotechnology Advances, 30, Atıcı, T. (2013). Sözlü Görüşme. Gazi Üniversitesi, Eğitim Fakültesi, Biyoloji Eğitimi Anabilim Dalı, Ankara. 85. Gürgün, V., Halkman, K. (1990). Mikrobiyolojide Sayım Yöntemleri, Gıda Teknolojisi Derneği 7(2), Ankara. 86. İnternet: Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü. URL: web%2fturkce%2fyek%2fbiyoenerji%2f02- biyodizel%2fbd_uretim.html&date= , Son Erişim Tarihi: Metcalf & Eddy (1991). Wastewater Engineering, Treatment, Disposal and Reuse, McGraw-Hill, International Editions, Third Edition. 88. Yıldırır, Y. (2015). Sözlü Görüşme. Gazi Üniversitesi, Fen Fakültesi, Kimya Bölümü, Organik Kimya Anabilim Dalı, Ankara. 89. Halim, R., Gladman, B., Danquah, M. K., Webley, P. A. (2011). Oil extraction from microalgae for biodiesel production. BioresourceTechnology,102, Kim, Y., H., Choi, Y. K., Park, J., Lee, S.,Yang, Y. H., Kim, H. J. (2012). Ionic liquid-mediated extraction of lipids from algal biomass. Bioresource Technology, 109, Rodolfi, L., Zittelli, G. C., Bassi, N., Padovani, G., Biondi, N., Bonini, G. (2009). Microalgae for oil: strain selection, induction of lipid synthesis and outdoor mass cultivation in a low cost photobioreactor. Biotechnology and Bioengineering,102,

93 78

94 EKLER 79

95 EK-1. Yağ asitleri belirlenmesi için yapılan analiz sonucu 80

96 EK-1.(devam) Yağ asitleri belirlenmesi için yapılan analiz sonucu 81

97 EK-1.(devam) Yağ asitleri belirlenmesi için yapılan analiz sonucu 82

98 EK-1.(devam) Yağ asitleri belirlenmesi için yapılan analiz sonucu 83

99 EK-1.(devam) Yağ asitleri belirlenmesi için yapılan analiz sonucu 84

100 85 EK-2. Bilinmeyen numune analizine ait kromatogram (TOF-LC/MS) DEMIR1_04 90 % 0.99 G. U. Eczacilik Fakultesi Merkez Laboratuvari : TOF MS ES- TIC 2.73e DEMIR1_04 5: Diode Array Range: 8.463e e DEMIR1_04 1: TOF MS ES TIC e AU % -10 Time DEMIR1_04 72 (7.022) 100! G.U. Eczacilik Fakultesi Merkez Laboratuvari 2: TOF MS ES- 4.62e4 %! !! !! !!! m/z DEMIR1_04 72 (6.983) ! G.U. Eczacilik Fakultesi Merkez Laboratuvari 1: TOF MS ES+ 1.12e5! %! ! ! !; !; ! m/z DEMIR1_ (11.603)! G.U. Eczacilik Fakultesi Merkez Laboratuvari 1: TOF MS ES+ 1.06e5! ! %! !! ! ! !! m/z DEMIR1_ (14.659) 100! G.U. Eczacilik Fakultesi Merkez Laboratuvari 1: TOF MS ES+ 2.85e5 %! ! !! ! !! !! !! m/z

101 EK-3. TS EN standartları 86

102 EK-3.(devam) TS EN standartları 87

103 EK-3.(devam) TS EN standartları 88

104 EK-3.(devam) TS EN standartları 89

105 EK-3.(devam) TS EN standartları 90

106 EK-3.(devam) TS EN standartları 91

107 EK-3.(devam) TS EN standartları 92

108 EK-3.(devam) TS EN standartları 93

109 EK-3.(devam) TS EN standartları 94

110 EK-3.(devam) TS EN standartları 95

111 EK-3.(devam) TS EN standartları 96

112 EK-3.(devam) TS EN standartları 97

113 EK-3.(devam) TS EN standartları 98

114 99 ÖZGEÇMİŞ Kişisel Bilgiler Soyadı, adı :DEMİR, Merve Uyruğu :T.C. Doğum tarihi ve yeri : , Ankara Medeni hali :Evli Telefon :0 (531) merve.ozkul.demir@hotmail.com Eğitim Derece Yüksek lisans Eğitim Birimi Gazi Üniversitesi/F.B.E Mezuniyet tarihi Lisans Gazi Üniversitesi/Müh. Fak./Kimya Müh Lise Mamak Yabancı Dil Ağırlıklı Lisesi İş Deneyimi Yıl Yer Görev 2011-Halen EN-ÇEV Enerji Çevre Yat. ve Kimya Mühendisi Dan. Har. İmar İnşaat A.Ş. Yabancı Dil İngilizce Yayınlar Demir, M., Uysal, B. Z. (2014). Mikroalglerden Biyodizel Üretimine Yönelik Yağ Ekstraksiyonu, 11. Ulusal Kimya Mühendisliği Kongresi, Eskişekir, Türkiye. Hobiler Sinema, Kitap

115 GAZİ GELECEKTİR...