MIT Makine Mühendisliği Bölümünde Yardımcı Doçent Mathias Kolle yakın tarihte J-WAFS fonuyla ödüllendirilen yedi araştırma projesinden birini yönetmektedir. Mathias, gıda ve yakıt için büyük ölçekte mikro alga yetiştirmenin zorluklarıyla baş etmeyi ve gelecekte artan insan nüfusunu beslemek için mikro algaları sürdürülebilir ve enerji verimli bir seçeneğe dönüştürmeye yardımcı olmayı hedefliyor.

 Opening Doors, şaşırtıcı projesi ve hedefleri hakkında Profesör Kolle ile konuştu.

Araştırma projenizin başlığı nedir?

Projenin adı ‘Mikro Alga Biyoreaktörlerde Eşzamanlı Işık Yönetimi ve Sıvı Aktarımı için Çok İşlevli Işık Yayıcı Fiberler’.

Proje ne hakkında?

Hayvanlar için gıda ve besin ihtiyacı, 2050 itibarıyla önemli ölçüde artacak ve bu tarihte dünya nüfusunun 9,1 milyarı aşacağı tahmin ediliyor. Bu, Birleşmiş Milletler tahminlerine göre mevcut rakamları yüzde 25 aşan bir artış. Bu artan nüfus sağ kalmak için daha da fazla gıdaya ihtiyaç duyacak. Ancak, araştırmalar dünya nüfusunun çoğunluğunu besleyen ana tahıl mahsüllerinin düşüş gösterdiğine işaret etmekte. Ek olarak tarımın daha da yoğunlaştırılması ciddi yan etkilere sahiptir. Tarım, küresel ısınmanın ana kaynaklarından biridir ve su kaynaklarına ciddi bir baskı yaratmaktadır. Üretimi sürdürmek için büyük miktarlarda su gerekir ve önemli su kirliliği, tarımsal akıştan kaynaklanarak dünya genelinde pek çok ekosisteme büyük bir tehdit teşkil etmektedir.

Yakın tarihli mikro alglerden gıda, besin ve biyoyakıt üretimine yönelik bir araştırma, alganın palm yağı, buğday ve mısır gibi ‘geleneksel’ ürünlerden çok daha verimli bir şekilde kullanılabilir organik madde (veya ‘biyokütle’) ürettiğini önermektedir.

Bu, mikro alga yetiştirmenin dünyanın hızlıca artan popülasyonu için gıda ve yakıt güvenliğini sağlamak için gelecekteki stratejilerin önemli bir unsuru olabilir.

Alganın ne olduğunu açıklayabilir misiniz?

Mikro alga, göletlerde, göllerde, nehirlerde ve deniz kıyıları boyunca sıklıkla gördüğünüz yeşil ‘yapışkan maddedir’. Küçük organizmalardan oluşur – mikroskop altında bunları çok iyi görebilirsiniz – bunlar birkaç mikrometreden yüzlerce mikrometreye ulaşırlar. Bir mikrometre, milimetrenin onda biridir, yani oldukça küçük.

Mikro alga neredeyse her türlü suda büyüyebilir – deniz suyu, tatlı su ve acı su. Güneş ışığına ve karbondioksite (CO2) hemen erişebileceği yüzeye yakın yerde büyüme eğilimindedir, ancak suyun içine doğru yüzlerce metreye uzayabilir.

 

İrdelemeyi amaçladığınız konu nedir?

Dünya genelinde pek çok şirket alga kültürünü gıda ve yakıt için endüstriyel ölçekte geliştiriyor ve kullanıyor, ancak mevcut yöntemler henüz ekonomik olarak uygulanabilir değil. Alga suda büyüyor ve ışık ile karbondioksit ile yetişiyor. Bu sıklıkla alganın, ışık ve CO2‘nin daha az olduğu dibe yakın algaya nazaran – ışık ve CO2‘ye daha kolay erişim ile – suyun yüzeyine yakın yerde daha iyi büyüme eğilimi gösterdiği anlamına geliyor. Zaman verimli yüksek kalite alga üretimini sağlamak amacıyla, tüm kültürün ışık ve CO2‘ye maruz kalması gerekir. Şu anda, tüm alga kültürüne yeterli ışık ve CO2 tedarikini sağlamak için kullanılan yöntemler üretim maliyetlerini önemli ölçüde artıran büyük bir enerji gerektiriyor.

Projeniz bu zorlukların üstesinden nasıl geliyor?

Araştırmamız, endüstriyel ölçekte ekonomik olarak sürdürülebilir algayı büyütmeye yönelik ve büyük miktarlarda enerji gerektirmeyen yeni bir yöntemi geliştirmeyi hedefliyor.

Özünde, mikro alga kültürlerine daha etkin ve verimli biçimde ışık ve CO2‘yi dağıtmamıza yardımcı olacak yeni türde bir optik fiberdir. J-WAFS tohum aşaması yatırımıyla, optik fiberlerin farklı modellerini tasarlayacak, üretecek ve test edeceğiz. Hedefimiz, tüm algaya verilen ışık ve CO2‘yi kontrol edebilmektir. Basit bir ifadeyle, fiberler ışık ve CO2‘yi suyun yüzeyinden alacak ve alga tankının ışık ve CO2‘nin daha az erişebildiği bu kısımlara doğru yönlendirecek. Bu yöntemin şu anda gerekenden yaklaşık yüzde 50 veya daha fazla enerji tasarrufu sağlayabileceğini tahmin ediyoruz.

Bu homojen ışık dağılımı ve eş zamanlı CO2 sağlamanın basit, enerji verimli yolu, gıda, besin ve biyoyakıt üretimi için endüstriyel alga yetiştirmenin tam ekonomik ve sosyal potansiyeline ulaşmasına yardımcı olacak.

Yakıt, besin ve gıda için biyokütleyi üretmek üzere alg kullanmanın faydaları nelerdir?

Büyük ölçek alg kültürü, gıda güvenliğine katkıda bulunabilir; alg, besin ve yakıt için biyokütleyi palm yağı, buğday ve mısır gibi daha yaygın ürünlerden daha verimli biçimde üretebilir. Sonuçta, endüstriyel alg yetiştirme sadece biyoyakıtların daha verimli bir biçimde üretilmesini sağlamaz, ayrıca gıda ve besin için yapı maddelerinin oluşturulmasına da olanak sağlayabilir.

Son zamanlarda mikro alg kültür çalışmalarına artan endüstriyel ilgi daha verimli biyoyakıt üretimi olanağıyla büyük ölçüde artmıştır – alga karasal tabanlı yağ üreten bitkilerden 40 kat daha verimli olabilir – biyokütle üretimi için mikro alga yetiştirme de gıda güvenliği için güçlü olumlu etkiler yaratacaktır.

Algayı bir biyokütle kaynağı olarak kullanma konusunda artan vurgu, biyoyakıt üretimini tarımsal ürünlerden alga su kültürlerine kaydırmamıza olanak sağlayacaktır. Bunun karşılığında, daha fazla arazi yakıt yerine gıda için ürünleri yetiştirmeye hazır olacak ve nihai olarak, gıda arzı ve fiyatlarındaki baskıyı hafifletecektir.

Alga uygulamasının diğer heyecan verici faydası, alga çiftliğini bir atık su arıtma tesisinin yanına kurmak suretiyle, alganın atık sudaki yapı maddeleri ile büyümesi nedeniyle, atık su arıtma işinin bir kısmını yapabilmesidir.

Alga, elektrik santrallerindeki CO2 emisyonunu da azaltabilir. Örneğin, bir elektrik santralinin duman bulutundan, alga kültürü yoluyla atık gazları yönlendirebilirsiniz ve alga CO2‘yi temizleyecektir.

Orta Doğu ve Kuzey Afrika için bu teknolojinin yansımaları neler olabilir?

Yıl boyunca uzun saatler güneş ışığı, deniz suyuna erişim ve alga yetiştirme için tarıma elverişsiz arazinin bulunması, Orta Doğu’nun büyük bir kısmının, alga tabanlı biyoyakıtların üretilmesine ilişkin güçlü bir potansiyele sahip olduğu anlamına geliyor.

CO2‘nin elde edilebileceği ve algaya sağlanabileceği sayısız petrol rafinerisi ve elektrik santralinin varlığının yanı sıra çok sayıda kanalizasyon ve atık su arıtma tesisi de endüstriyel alga yetiştirme için Orta Doğu’yu ideal bir konum kılıyor.

Doğrusunu söylemek gerekirse, bölgede çok sayıda organizasyon alga endüstrisinde zaten aktif. Suudi Arabistan’da, King Abdulaziz Bilim ve Teknoloji Şehri mikro alg tabanlı biyoyakıt üretiminde araştırma ve eğitimi artırmak için Suudi Arabistan Alga Biyorafinerisi (SABA Projesi) adlı yenilikçi bir projeyi finanse etmektedir. Abu Dabi’de, Mazdar Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nde Alga Araştırma Laboratuvarı ve Mikrobiyal Çevre ve Kimya Mühendisliği Laboratuvarı (MECEL) havacılık endüstrisi ve jet yakıtı üretimi için alga tabanlı yakıtı değerlendirmek ve analiz etmek üzere araştırmayı üstlenirken, Dubai tabanlı Lootah Biyoyakıtları Singapur tabanlı alga yağı üreticileri, AlgaOil ile birlikte yüksek yağ içeriğine sahip alga gibi biyoyakıtlar için hammaddeleri geliştirmek üzere çalışmaktadır.

Araştırmanızı bu J-WAFS yatırımının sona erdiği Ağustos 2019 itibarıyla tamamlamayı bekliyor musunuz?

Bu teknolojinin alga kültürlerine büyük ölçekte ışık ve CO2‘yi tedarik edebildiği konsepti kanıtlamış olacağımızı umuyorum.

Bunu başardığımızda, sonraki adım araştırmamızı bir ürün olarak veya bu alana ilgisi olan mevcut şirketlerle çalışarak ürünü ticarileştirmektir. Esasen, süreçte oldukça erken bir zamanda şirketler ile konuşmaya başlamayı hedefliyoruz, böylece araştırmamızı pazarın fiili ihtiyaçlarına adapte edebiliriz.

Dünya tahmin edilen nüfus büyümesini karşılamak üzere yeni gıda ve yakıt kaynaklarını ararken, bu teknoloji yatırım için büyüyen bir endüstridir. Transparency Market Research[1] tarafından yapılan endüstri araştırmasına göre, global alga pazarı 2015’te 608 milyon ABD$ olarak kıymetlendirilmiştir ve 2024 itibarıyla 27.552 tonluk bir hacimle 1,143 milyar ABD$’ına ulaşması öngörülmektedir.

[1] http://www.transparencymarketresearch.com/algae-market.html