Biyodizel Üretim Basamakları

Mikroalgden yağ üretimi ışık, karbondioksit, su ve inorganik besin maddesi gerektiren basamaklardan oluşmaktadır. Nitrat ve fosfat türleriyle, demir ve bazı eser elementler de ikinci planda bulunması gereken bileşenlerdir. Mikroalgin biyokütle kuru ağırlığının yaklaşık olarak yarısı CO2’den türetilen karbondan oluşmaktadır. Bu nedenle

alg biyokütlesinden 100 ton üretilirse yaklaşık olarak 183 ton CO2 giderilmiş olur. CO2 az

maliyetlidir ve zaten ortamda mevcut olup giderilmesi istenen bir gazdır. Büyüme döneminde olan birçok mikroalg için optimal sıcaklık 19 0C ile 27 0C’dir. Bu aralığın dışındaki bir sıcaklık hücreleri öldürür veya zarar verebilir.

1.1.9.1. Yer Seçimi

Yer seçimi alg üretimi için önemli bir faktör olup bir alg yetiştirme yer seçiminin uygulanması ve kaynak değerlendirmesi için belirlenmiş kriterler bulunmaktadır. Su arz/talep oranı, suyun tuzluluğu ve kimyası, arazinin topografya, jeoloji ve mülkiyet durumu, iklim koşulları, sıcaklık, yalıtım, buharlaşma, yağış, besin maddeleri ve karbon kaynaklarını kolayca sağlama bu kriterleri oluşturmaktadır.

Yetiştirme şartlarına ve kullanılan besinlerin özelliklerine uygun mikroalg tür ve soyunun seçimine bilhassa dikkat edilmelidir. Biyodizel üretiminde tür ve soy seçimi genellikle lipit içeriği ve verimliliğe bağlı olarak gerçekleşmektedir. Literatür bilgileri ve kültür tesislerinin üretim birimlerinden elde edilen bilgiler kullanılabilir. Ama bazı durumlarda, tek yaklaşım yeterli bir çözüm verimi sağlamayabilir. Bu durumda daha uygun mikroalg türleri için araştırma yapılmalıdır. Genellikle mikroalg kaynakları, üniversitelerden ya da diğer ulusal ve uluslar arası kurumlardan, özellikle alg üretmek için çalışan firmalardan, farklı çevrelerden elde edilmiş su veya toprak mikroalg örnekleri ile var olan koleksiyonlarını içermektedir.

Mikroalg üretiminde özel ekipmanlara ihtiyaç duyulmaktadır. Zaman gerektiren bir iştir ancak verim söz konusu olduğundan örnekleme işleminin özenle yapılması gerekmektedir. Bu süreçte birçok strateji göz önünde bulundurulmalıdır. Büyüme oranı, sadece biyodizel üretimiyle ilgili olabilecek serbest yağ asidi ve trigliserit dağılımı anlamında lipit içeriği, değişik çevre şartlarına olan direnç, özellikle sıcaklık, besin girişi, ışık, diğer mikroalg türleri veya bakterilerle rekabet, besin durumu, biyokütle ayırma ve

işletiminin kolaylığı, diğer değerli kimyasalların elde edilebilmesi gibi etkenler dikkate alınmalıdır.

1.1.9.2. Alg Yetiştirme

Alg büyümesi için en önemli inorganik besinler azot ve fosfordur. Ortamda genel olarak nitrat, amonyak ve fosfat olarak bulunurlar. Mikroalg yetiştirmede fotosentez olayının gerçekleşmesi için ışık oranının ve karbon kaynağının yeterli miktarda olması gerekmektedir (Moheimani, 2005; Kaewpintong, 2004). Mikroalg metabolizmaları çok çeşitlidir ve çevre koşullarının değişmesi durumuna karşın metabolik değişim yetenekleri bulunmaktadır (Chojnacka vd., 2004). Mikroalgler tatlı sulardan, çok tuzlu ortama kadar birçok sucul ortamda kültürlenebilirler. Mercan kayalıklarının temel bileşeni olarak bilinirler. Bu tür ekolojik gereklilikler, ürettikleri metabolik ürünlerin tanımlanmasında önemli rol oynar.

Fotoototrofikler, enerji kaynağı olarak bir tek ışığı kullanarak fotosentetik reaksiyonlarla ışığı kimyasal enerjiye dönüştürürler. Heterotrofikler, karbon ve enerji kaynağı olarak sadece organik bileşikleri kullanırlar. Hem fotoototrofik hem heterotrofik olanlar (Miksotrofi), başlıca enerji kaynağı olarak fotosentez performansı için hem organik bileşikler hem de CO2 kullanırlar. Amfitrofi, miksotrofinin bir alt tipidir. Bu organizmalar

organik bileşikler ve mevcut olan ışığın konsantrasyonuna bağlı olarak hem ototrofik hem de heterotrofik olarak yaşayabilir. Fotoheterotrofiksel olarak, metabolizma ışık karbon kaynağı olarak organik bileşikleri kullanmak için gereklidir. Fotoheterotrofik ve miksotrofik metabolizmalar iyi fark edilmeyebilir.

Chlorella vulgaris, Haematococcus pluuialis, Arthrospira (spirulina) platensis heterotrofik fotoheterotrofik, bunların yanı sıra miksotrofik şartlar altında büyümekte olan soyların örnekleridir. Selenastrum caprycornutum ve Scenedesmus acutus gibi diğer soylar ya fotoototrofik heterotrofiksel ya da fotoheterotrofiksel olarak büyüyebilirler (Chojnacka, 2004). Sadece organik karbon veya subsrat (şeker, protein ve yağlar gibi karbon kaynakları), vitaminler, tuzlar ve besinler algleri büyütmek için değil, aynı zamanda oksijen, CO2, pH, sıcaklık, ışık şiddeti gibi işletme parametreleri arasındaki dengeler de

algleri büyütmek için de önemlidir (Williams, 2002). Deneysel çalışmalar, kötü kültür şartlarında sık sık enfeksiyonların olduğunu göstermiştir (De Pauw vd., 1984). Yeterli besin ve uygun iklim koşulları altında mikroalgler hızlı bir şekilde büyüyebilirler. Algin

büyük ölçekli yetiştiriciliğinde önemli bir engel ise seçilen türleri büyütmek için yüzlerce metreküpün yetersizliğidir. Su kültüründe kullanılan Chlorella ve Spirulina istisnalara bir örnektir.

Burada iyi tanımlanmış 5 büyüme evresi kabul edilebilir. Üssel büyüme aşaması süresince 24 saat veya 3,5 saat içinde mikroalg biyokütlesi ikiye katlanır (Chisti, 2007). Şekil 1.10’da besin konsantrasyonu ve toplu kültürde alg büyüme eğrisi gösterilmektedir.

Şekil 1.10. Bir alg kültüründe zamana bağlı olarak besin maddesi konsantrasyonu (kesikli çizgi) ile alglerin büyüme hızı (düz çizgi) arasındaki ilişki. (1) duraklama fazı, 2) üssel büyüme fazı, özel koşullar altında en yüksek büyüme oranını temsil eder, 3) doğrusal büyüme fazı, 4) sabit büyüme fazı, 5) düşüş veya ölüm fazı. Sabit faz ve sonrası boyunca kesikli eğrinin karşısındaki model besin tüketimini gösterir.

1.1.9.3. Biyokütle Konsantrasyonu ve Hasat

İstenilen katı sıvı ayrımını yapmak için çeşitli fiziksel, kimyasal ve biyolojik yollar kullanılır. Büyük alg biyokütle hacimleri ve suyun büyük miktarları için uygun hasat yöntemi bir veya daha fazla adım içerebilmektedir ancak deneysel anlamda evrensel bir hasat yöntemi bulunmamaktadır.

Alg hasadı toplam biyokütle üretim maliyetinin %20-30’unu oluşturan kültür

B ü yü m e h ız ı Zaman B it k i b es in m ad d es i k on san tr as yon u

yöntemleri sedimantasyon, santrifüj, filtrasyon, ultrafiltrasyondur. Bazı durumlarda yumaklaştırma veya yumaklaştırma-yüzdürmenin bir kombinasyonu da ilave edilmektedir. Yumaklaştırma, toplam mikroalg hücrelerinin etkili parçacık boyutunu arttırmak için

kullanılmaktadır. Böylece sedimantasyon, santrifüj, kurutma ve filtrasyonu

kolaylaştırmaktadır. Weissman ve Goebel (1987) biyoyakıt üretim amacı için ilk önce hasat yöntemi üzerinde çalışmışlardır. Mikrogergiler, cazip bir hasat metodudur. Çünkü basit mekanik aksama sahiptirler ve büyük alanlara uygulanabilmektedirler. Son zamanlarda çok ince gözenekli polyester perdelerin mikroalg hasatı için kullanılması da gündeme gelmiştir. Bazı çalışmalarda polyester perdeler mikro gergilerden önce konularak yüzen hücreler bu vasıtayla alınmıştır.

Potansiyel yoğunluğu ayarlamada optimum konsantrasyondaki nem seviyesi hasat yöntemini seçmek için temel kriterdir (Richmond, 2004; Grima vd., 2003). Yer çekimi ile çökelen çamur hasattaki ekonomiyi önemli ölçüde etkilemektedir. Toplam üretim maliyetini azaltmak için daha katı konsantre içerik hasat sonrasında biyokütleyi kolayca susuzlaştırmak için avantajlıdır. Termal kurutmanın maliyeti mekanik kurutmadan daha yüksektir ve ortalama alg biyokütle kültürünün ayrımı için (kuru ağırlığının %15 ) sadece birkaç saat sıcak havada bırakılarak hızlı işletilmesi gerekmektedir. Yer çekimiyle çökelmiş çamur genellikle santrifüjle hasat edilmiş biyokütlelerden daha iyi seyrelmiş hale gelmektedir.