Akademik Veri Yönetim Sistemi
Yağdı K. (Yürütücü)
TÜBİTAK Projesi, 1001 - Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Projelerini Destekleme Programı, 2016 - 2019
Türkiye’de olduğu gibi tüm dünyada hızla çoğalan nüfusa ve gelişen endüstriye paralel olarak artan enerji tüketimi, hali hazırda rezervleri sınırlı sayıda olan ve git gide azalan fosil kaynakların kullanılması yerine yenilenebilir enerji kaynaklarından faydalanılmasını ve bu teknolojilerin geliştirilmesini zorunlu kılmaktadır. Dünya genelinde senelik enerji tüketimi 400 EJ olarak hesaplanırken bunun yaklaşık olarak %80’i fosil kaynaklardan karşılanmakta, bu ihtiyacın da %10-15’i biyokütle kaynakları tarafından geri kazanılmaktadır. Bu nedenle, hidrolik, jeotermal, güneş, dalga gibi çok çeşitli yenilenebilir enerji kaynakları arasında biyokütle enerjisi önemli bir yere sahiptir.
Ülkemizin tarım ve hayvancılık alanlarında yüksek potansiyele sahip olması sebebiyle, bu faaliyetler sonucu oluşan ürün ve artıkların biyokütle enerjisi değeri oldukça yüksektir. Enerji bitkileri, içerdikleri yüksek organik madde miktarından ötürü anaerobik çürütücülerde kullanılan biyokütle kaynaklarının başında gelmektedir. Her sene sayıları hızla artan biyogaz tesisleri, enerji bitkilerine olan ihtiyacı ve önemi artırmaktadır. Bu enerji bitkileri arasında mısır, arpa, çavdar gibi tarla bitkileri içerdikleri yüksek karbonhidrat ve protein içerikleri ve kolay yetiştirilebilme özelliklerinden ötürü enerji üretiminde öne çıkmaktadır. Yüksek nişasta içeriğine sahip olup ve magnezyum, potasyum, kalsiyum gibi birçok minerali de içinde bulunduran bu bitkiler, anaerobik çürüme sonucu yüksek biyometan eldesine olanak sağlamaktadır. Enerji bitkilerinden anaerobik çürüme yoluyla biyometan eldesi konusunda yapılan çalışmalar, bu bitkilerin özellikle büyükbaş hayvan dışkısıyla beraber arıtımının daha yüksek enerji üretimine yol açtığını göstermiş olsa da, benzer substratlarla işletilen anaerobik çürütücülerde hidroliz probleminin azaltıp biyometan verimliliğini artırmak adına çalışmalar hala devam etmektedir. Bu ve benzeri tarla bitkilerinin ve hasat sonrası artıklarının biyoenerji üretimi için kullanılması, fosil yakıtların kullanımını ve sera etkisi yaratan gazların üretimini azaltmak için önemli bir yere sahiptir. Böylece özellikle besin bitkilerinin tarımına uygun olmayan alanlarda enerji üretimine yönelik bitkilerin yetiştirilmesi, küresel iklim değişimine ve enerji politikalarının düzenlenmesinde sürdürülebilir bir çözüm oluşturmaktadır.
Önerilen bu projede, ülkemizde yaygın olarak yetiştirilen tahıl türlerinden buğday ve çavdarın gıda endüstrisindeki öneminden ötürü sadece hasat sonrası artıkları, iki sıralı arpa ile buğdayXçavdar melezi olan tritikalenin farklı hasat dönemi ürünleri ile birlikte artıkları da çalışılacaktır. Bu çerçevede, tarla koşullarında yetiştirilen bitkilerin hasat dönemleri boyunca ve hasat sonrası artıklarında, biyometan eldesinde önemli rol oynayan lignoselülozik yapılarındaki değişimler incelenecektir. Toplanan mahsüller, sonrasında büyükbaş hayvan dışkısı ile uygun oranlarda ayrı ayrı karıştırılacak ve lignoselülozik substratların çürütülmesi sırasında hidroliz adımının hızının kısıtlanması, aerobik ve anaerobik funguslar kullanılarak sırasıyla biyolojik ön arıtma ve reaktörün içine doğrudan entegre edilmesiyle azaltılıp, hidrolizin gerçekleştirilmesi ile asidifikasyon verimi artırıldıktan sonra anaerobik çürütücülerde işletilerek biyometan potansiyelleri belirlenecektir. Çalışma boyunca farklı çürütücü kombinasyonlarındaki mikrobiyal yapı dinamikleri DNA hedefli Denaturan Gradyan Jel Elektroforezi (DGGE) ile tayin edilecek, çürütücülerdeki lignoselülozik maddelerin degradasyonunda görev alan hidrolaz ailesi 5, 6 ve 48’e ait glukozid hidrolaz, ksilanaz ve lakkaz enzimlerinin ekspresyon seviyeleri ise Gerçek Zamanlı Polimeraz Zincir Reaksiyonu (Q-PCR) ile takip edilecektir. Ayrıca anaerobik çürüme boyunca asetat ya da H2/CO2 üzerinden ilerleyen metan üretimi, sırasıyla asetil koA sentetaz ve metil koenzim redüktaz enzimlerinin ekspresyon seviyeleri Q-PCR ile ölçülecektir.
Anaerobik proseslerden çıkan çürütme çamurunun toprak uygulamaları literatürde yer alsa da, bu çamurun organik madde içeriğinin hala yüksek olduğu ve buna ek olarak bazı patojenleri bünyesinde bulundurduğu da bilinmektedir. Bu nedenle, önerilen proje kapsamında anaerobik çürütme çamurlarında son bir iyileştirmeye gidilerek komposlaştırılması, bu süreçte etkili mikrobiyal yapılardaki farklılıkların DGGE ile tayin edilmesi, olası patojen muhtevasının tespiti ve uygun kriterlerin sağlanması hedeflenmektedir. Projenin son adımında ise, her bir tarla bitkisi/artığı ve büyükbaş hayvan dışkısı ile işletilen anaerobik çürütme çamurunun kompostlaştırılması sonucu elde edilen son kompost ürünlerinin, toprak arazisine ayrı ayrı toprak şartlandırıcısı olarak uygulanması planmaktadır. Bu uygulamanın beraberinde, çalışılan toprak arazisindeki mikrobiyal yapılardaki farklılıklar, 16S rRNA gen bölgesi hedef alınarak yeni nesil dizileme analizlerinden Illumina HiSeq 2000 ile mevsimsel olarak tespit edilecek, özellikle tritikale gibi melez bir bitkinin ve beraberinde çalışılan diğer tahıl ürünlerinin incelendiği bu tarz bir çalışmanın mevcut biyoçeşitliliği nasıl değiştireceği gözlemlenecektir.
Projenin amacı ve hedefi doğrultusunda, tarım ve hayvancılık bakımından yüksek potansiyele sahip olan ülkemizde, son yıllarda düzenlenen regülasyonlar ile de desteklenen yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanım performansının artırılması yönünde önemli bir araştırma yapılmış olacaktır. Bu kapsamda elde edilen bulgular doğrultusunda, hem moleküler mikrobiyal yaklaşım ile mühendislik dizayn kriterleri birleştirilerek geniş kapsamlı bir çalışma yürütülmüş olacak hem de tarım ve hayvancılık aktiviteleri kaynaklı ürün ve artıkların en uygun şekilde değerlendirilmesine yönelik sonuçlar elde edilmiş olacaktır.