Mikroalgal büyümenin nitrat sensörüyle takibi

Abstract

Mikroalgler yeni nesil hammadde kaynakları olup, özellikle son yıllarda küresel ısınma ve asit yağmurları gibi çevresel sorunlara neden olan fosil kaynaklara alternatif olarak biyodizel, biyoetanol ve biyochar gibi çeşitli biyoyakıtların eldesinde kullanılmaya başlanmıştır. Ayrıca mikroalgler, içerdikleri değerli biyoaktifler sayesinde; ilaç, gıda, yem ve kozmetik gibi farklı alanlarda da değerendirilmektedirler. Mikroalgler sadece uygun koşullarda büyüyebilen mikroorganizmalardır. Mikroalglerin yetiştirilmesinde pH, sıcaklık, ışık şiddeti, nutrient solusyonundaki makro (azot, fosfor, karbon) mikro (kalsiyum, demir, silika, kükürt, kalsiyum, magnezyum, sodyum, potasyum ve klor, bazı vitaminler ve iz elementler) elementlerin oranları önemli parametrelerdir. Bu parametrelerin hassas takibi çok önemlidir. Son yıllarda bu parametrelerin büyümeyle eş zamanlı olarak hassas takibi için özel olarak cihazlar ve sensörlerin geliştirilmesi üzerine çalışılmaktadır. Chlorella minutissima bir mikroalg türüdür. Chlorella minutissima hızlı bir büyüme oranına sahip ökaryotik hücreli bir alg olup, özellikle yağ içeriğinin yüksekliğinden dolayı biyodizel başta olmak üzere, biyoetanol gibi farklı tipteki biyoyakıtlarında üretiminde değerlendirilmektedir. Bu tez çalışmasında, Chlorella minutissima türü mikroalgin biyokütle verimi üzerine nitrat, karbonat ve fosfat miktarının etkisi Box behnken tasarım metotu kullanılarak istatistiksel olarak incelenmiş ve mikroalgin en yüksek biyokütle verimi için optimum koşullar belirlenmiştir. Bu çalışma için özel olarak iyon seçici potansiyometrik nitrat sensörü üretilmiş ve böylece çalışmada mikroalg üretimi boyunca nutrient solüsyonundaki nitrat konsantrasyonundaki değişim hassas olarak ölçülerek gerçek zamanlı olarak takip edilmiştir. Ayrıca mikroalg büyümesi boyunca pH, sıcaklık, çözünmüş oksijen, tuzluluk, iletkenlik, direnç ve toplam çözünmüş katı madde ölçümüde yapılmış ve mikroalg büyümesiyle bu değerlerin değişimi birbiriyle ilişkili olarak yorumlanmıştır. Mikroalg biyokütle veriminin nitrat, karbonat ve fosfat miktarındaki artışla arttığı görülmüştür. Ayrıca mikroalg büyürken besin solusyonundaki nitrat konsantrasyonunun azaldığı, toplam katı madde, iletkenlik, tuzluluk, çözünmüş oksijen değerlerinin zamanla azaldığı ve direnç değerinin ise arttığı görülmüştür.

Microalgae are new generation feedstocks for the production of various biofuels such as biodiesel, bioethanol and biochar which are alternative for fossil fuels that cause environmental problems such as global warming and acid rains. Besides, microalgae are utilized in different usage areas like food, animal feed, pharmaceutical and cosmetic industry because of their valuable bioactive compounds. Microalgae are microorganisms that can grow only in the optimum conditions. The proportions of macro (nitrogen, phosphorus, carbon) and micro (calcium, iron, silica, sulfur, calcium, magnesium, sodium, potassium and chlorine, some vitamins and trace elements) elements in nutrient solution and pH, temperature, and light intensity are significant parameters for the growth of microalgae. Sensitive measurement of these elements is very important. In recent years, the development of devices and sensors has been studied specifically for sensitive measurement of these parameters during microalgal growth.Chlorella minutissima are fast growing microalgae species used for the production of different biofuels such as biodiesel and bioethanol because of their high lipid and carbohydrate content. In this study, effect of nitrate, carbonate and phosphate levels in the growth medium on biomass yield of microalgae were investigated statistically by using Box-Behnken design method, and optimum conditions are determined for the highest biomass yield of microalgae. An ion selective potentiometric nitrate sensor was specially produced for this study and nitrate concentration in the nutrient medium was measured sensitively during microalgal growth simultaneously. In addition to this, pH, temperature, dissolved oxygen, salinity, conductivity, resistance and total dissolved solids were measured and relationship between these parameters and microalgal growth was evaluated.It was seen that biomass yield increased with the increase in the amounts of nitrate, carbonate and phosphate. Also it was found that, as nitrate amount decreased, dissolved oxygen, salinity, conductivity, and total dissolved solids increased during microalgal growth.