ALG yazı dizinin ilk üç bölümünde mucize ürün Spirulina hakkında bilgi sahibi olmuştuk. Çok ilgi çekti. Japonya yaklaşık 100 çeşit deniz yosununu (Macro- MicroALG) gıda olarak tüketirken, ülkemizde yaygın üretilmeyen, genelde ithal edilen, üretilmesi zor olmayan Spirulina (MicroALG) kahraman olmayı başardı. Umarım “Spirulina’yı nasıl alırdınız?” başlıklı yazımdaki ALG KAFE hayalim, genç bir girişimci tarafından yakın gelecekte her caddede “KAHVE” dükkanları gibi çoğalarak gerçekleşir. Böylelikle toplumumuzun en büyük sorunlarından; Gıda güvenliği ve Önleyici sağlık hizmetleri konusunda duyarlılık artar.
“Astranot gıdası/ Spirulina” bizim nesil tarafından yaygın ve bilindik bir besin değil. Özellikle vegan beslenenler ve gençler arasında yaygın. “Aaa baba bilmiyor muydun?” diyen kızım örnektir..!
Bu yazıda yağ oranı yüksek ALG’lerden Biyodizel veya elektrik elde etmek gibi konuları inceleyeceğiz. Ekonomik sonuçlarına girmeden, geçmişte konu hakkında yapılan çalışmalar oldukça ilginç.
Başlıktaki konu hakkında incelemelere https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3332261/ Yosun biyodizeli fizibilite raporundan alıntılarla başlayalım.
KAMU SEKTÖRÜNDE YOSUN ARAŞTIRMASI
ABD hükümetince finanse edilen en eski ALG araştırması, Carter döneminde 1978’de başlatılmış. Su Türleri Programı (ASP) olarak biliniyor ve Yakıt Geliştirme Ofisi’ne bağlı Enerji Bakanlığınca (DOE) finanse ediliyordu. ASP, ABD’de yerel olarak alternatif enerji kaynakları geliştirmeyi amaçlayan DOE altındaki daha büyük Biyoyakıt Programının sadece bir bileşeniydi ve rapor 1998’de tamamlandı.
Ayrıca küçük laboratuvar araştırma projeleri ve özel programlar dahil çok sayıda inceleme yapılmış olsa da, raporda verilerine ulaşılamadığından söz ediliyor.
*ASP programı hidrojen üretmek için ALG kullanmaya odaklanmış. 1980 sonrası ulusal enerji tüketimi üzerinde büyük ölçekli etkiye sahip olabilecek teknolojilere olan vurgusu değiştirilerek ALG biyodizel üretmesine odaklanılmış. İki araştırma bileşenine ayrılabilir;
*Kapalı- Laboratuvar çalışmaları
*Açık hava çalışmaları
Laboratuvar çalışmaları alglerin bileşimi ve yağ verimini araştırmakla ilgiliyken, açık hava çalışmaları büyük ölçekli sistemleri test etmek ve maliyet etkinliğini analiz etmekle ilgilidir. İyimser tahminler ve senaryolara göre performanslar şöyle ifade edilmiş;
Kapalı sistem biyoyakıtların galon başına maliyeti; %60 verim, sermaye maliyetlerinde %50 azalma ve %50 hekzan geri kazanımı gibi koşullarda 17,54 $’a ulaşabilir.
Açık sistemde biyoyakıtın galon başına fiyatı; %30 verim ve 0,2 $/kg CO2 varsayımıyla 1,94 $ olabilir.
Buraya kadar anlattıklarımı yorumlamak isterim.
Görüldüğü gibi en iyimser senaryoda, kapalı sistemin sermaye maliyeti yüksekliğiyle verimlilik açık sisteme göre iki kat fazla (%60) olsa da, galon başına maliyet yaklaşık 10 kat fazla.
Tabii ki günümüz koşullarında farklı maliyetlerle hesabı yeniden yapmak lazım.
Özellikle AB Yeşil Mutabakatı ve Sınırda Karbon Düzenleme Mevzuatı (SKDM) gereği, 2026’dan sonra ihracat sorunları yaşayacak sanayiciler ve OSB’ler tercihlerini yapmak zorundalar. Demek istediğim şu;
a) Yüksek maliyetli yatırımlarla, daha az riskli ve yüksek verimli kapalı sistem Fotobiyoreaktör kurarak, ekonomik kazanımları da olan; ALG Biyodizeli, Elektrik ve Tarımsal- hayvansal ürünler elde edilerek kısa sürede yatırımı amorti etmek. Yani sadece laboratuvar değil, büyük ölçekli tesisler kurmak.
b) En büyük maliyet kalemi CO2’yi bacalardan ayrıştırarak, ucuza mal edip, gıda (Spirulina) ve hayvan- bitki yemi- gübresi elde etmek üzere açık sistem yatırımı yapmak. Açık hava koşulları nedeniyle riskli olsa da, yerinde dönüşüm (dekorbanizasyon) hedefli açık ALG üretim tesisini verimliliği dikkate almadan kurarak, AB Yeşil Mutabakatı ve SKDM engelini kolay aşmak. Bu yöntem GES- RES kurmaya göre daha ekonomik olabilir.
LABORATUVAR ÇALIŞMALARI KAPSAMINDA, ARAŞTIRMA GENELLİKLE ÜÇ TÜR AKTİVİTEYE AYRILIR:
1) Alglerin toplanması, taranması ve sınıflandırılması,
2) Lipit üretimi üzerine biyokimyasal ve fizyolojik çalışmalar
3) Moleküler biyoloji ve genetik mühendisliği.
Toplama, tarama ve sınıflandırma.
1980’den 1987’ye kadar alg türlerinin toplanıp taranması için büyük operasyonlar gerçekleştirilmiş. Toplama ilk olarak Batı Kolorado, New Mexico ve Utah’ta başlatılıp, zorlu yaşam alanlarının aşırı çevre koşullarına uyum sağlayabilen ALG türleri üretileceğine inanılıyordu. Florida, Mississippi ve Alabama gibi güneydoğu bölgelerinden ALG türleri için alt yüklenicilere ödemeler yapılmış. Üniversiteler de erken toplama çabalarına katılarak, kıta ABD’si yanı sıra Hawaii’den de büyük miktarlarda ALG türü toplanmış. 1987 itibarıyla koleksiyon 3.000’den fazla alg türünden oluşturulmuş ve sınıflandırılmış.
Biyokimya ve fizyoloji
Hiçbir türün ASP’nin öngördüğü tüm nitelikleri karşılayamayacağı kısa sürede ortaya çıkınca, Hidrojen elde etmek yerine proje hedefi, petrol üretiminin biyokimyası ve fizyolojisini incelemeye yoğunlaşmış. Alglerde yağ atılımının artmasına yol açan sözde “lipit tetikleyicisi” keşfedilmiş. “Lipit tetikleyicileri”, çıkarıldığında algleri “aç bırakıp” hücreler içinde hızla yağ damlacıkları birikmesine neden olan ALG besinindeki kimyasal elementleridir. Keşiflerden ilki, azotun tetikleyici olarak tanımlanması ve azot tüketiminin birçok alg türünde bulunan yağ seviyesinde artışa yol açabileceğidir.
1986’da Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı (NREL), diatomlarda ( Cyclotella cyptica ) (Si) Silisyum tükenmesini incelerken, Si tükenmiş hücrelerin karbonu lipit üretimine daha fazla ve karbonhidrat üretimine daha az yönlendirdiğini bulmuşlar. Bu nedenle, NREL araştırmacıları alglerde yağ üretimini kontrol eden kritik faktörü belirlemek için lipit sentez yolundaki anahtar enzimleri aramaya başlamış.
Moleküler biyoloji ve genetik mühendisliği
1988’de araştırmacılar Si-tükenmesi sırasında lipid birikimiyle pozitif korelasyon gösteren Asetil CoA Karboksilaz (ACCase) enzimini başarıyla tanımlamış. 1990’larda, ASP programı ivme kazanarak genetik mühendisliği cephesine yoğun şekilde odaklanılmış. Bilim insanları lipid sentezi yerine, karbonhidrat sentezinde yer alan temel enzimleri ve bunları devre dışı bırakmanın yollarını belirlemişler.
NİYE ALG BİYODİZELİ
Birçok olası biyoyakıt hammaddesi olsa da, ALG’ler petrol yakıtlarıyla maliyet açısından rekabet edebilecek yakıt üretmek için en iyi umut gibi görünüyor. Yosun araştırmalarına çok az fon ayrılmaktadır. Biyodizel yağ üretmekte başlıca hammaddeler mısır, soya fasulyesi, kolza, sarı gres ve yağ palmiyesidir. Algler, yetiştirme alanı başına diğerlerinden 20- 30 kat daha fazla yağ üretme kapasitesine sahiptir (Tablo-1).
Hayvansal ve bitkisel yağlardan (restoran pişirme yağı ve diğer yağlar) kullanılan sarı yağ da biyodizel için uygundur. Diğer geri dönüştürülmüş yağlar gibi, sarı yağ biyodizel üretimi için düşük maliyetli olsa da, büyük ölçekli üretime uygun değildir.
Biyodizel üretimi için yağ hammaddeleriyle (geri dönüştürülmemiş) ilgili sorun, hepsinin yoğun tarıma dayalı olmasıdır. Mısır ve soya gibi bitkiler gübrelenmeli, sulanmalı ve bakımı yapılmalıdır. Tüm bu süreçler değerli kaynakları tüketir, toprak erozyonu sorunları yaratır, sera gazları yayar vb şekillerde kirletir (örneğin su kaynaklarına azot akışı). Bazı bilim insanları, biyoyakıt için mısır yetiştirmede petrol yakıtları kullanmaktan daha fazla karbon yoğunluğuna sahip olduğunu iddia etmektedir. Ancak bu tartışılmaktadır ve çiftçilik ve gübre üretim maliyetlerinin nasıl hesaplandığına bağlıdır. Ancak ALG için böyle maliyetler yoktur.
Bir diğer sorun, gıda ürünlerinin biyoyakıt amaçlı kullanılmasıyla fiyatlarının artmasıdır. 2007’deki gibi daha yüksek dünya gıda fiyatlarına yol açabilir. Mısır, çok fazla enerji ve su gerektiren bir ürün olduğu için kötü bir üne sahip olsa da, tüm hammaddelerin enerji ve maliyet girdileri ile çıktıları açısından benzer sorunları vardır.
ALG- YOSUN ÜSTÜN TARAFLARI VE AVANTAJLARI
*Yosun yetiştirilmesi kolay (bazı teknik detaylar önemli) olup, birçok çiftlik ürününün yaptığı gibi ek gübre veya böcek ilacı gerektirmez. Sadece CO2 ve güneşe ihtiyaç duyar.
*Gri veya atık suda bile yetiştirilebilir.
*Azot açısından zengin atık havuzları yosun yetiştirmek için en iyi yerlerdendir.
*Marjinal arazilerde de yetiştirilebilir. Gıda için çiftçilikte kullanılan araziden yer kaplamaz.
*Enerjisini güneşten aldığı için çiftlik ürünleri gibi, yosun biyoyakıtlarından elde edilen enerji çıktısı, diğer kimyasal enerji biçimlerinin doğrudan girdisini gerektirmez. Dahası, biyodizel yanması ile salınan karbon, fotosentez yoluyla CO2 gazından sabitlenmiştir. Yosun biyodizeli karbon nötrdür.
*Yosunlar şu anda araştırılan diğer tüm hammaddelerden çok daha yüksek bir yağ verimine sahiptir.
*Henüz tam olarak araştırılmamış potansiyel ek faydaları da vardır. Karbon kredisi satma, fabrika bacalarından yayılan CO2’yi satın alma örnektir. Bu genel sera gazı emisyonlarını daha da azaltır.
*Yosun/ ALG’den kalan besin açısından zengin biyokütle, hayvancılık için yem olarak satılabilir. Kalan biyokütle tesisi çalıştırmak veya şebekeye geri satmak için elektrik üretmek amaçlı değerlendirilebilir.
AÇIK HAVADA YOSUN ÇALIŞMALARI
Açık hava çalışmalarında da araştırmalar üç kategoriye ayrılır:
1) Atık su arıtımı,
2) Gölet çalışmaları,
3) Sistem analizi ve kaynak değerlendirmesi.
Atık su arıtımı
1980’den önce Atık su arıtması teknolojileri kullanılmaya başlanmış. ALG bazlı atık su arıtımının fark yaratan diğer kazancı, son ürün olarak elde edilen- biyoyakıt hammaddesi- olan ALG biyokütlesidir.
Açık havada ALG üretimi belirli iklim koşullarında mümkün. ABD için en uygun güney batı bölgeleri olduğu anlaşılmaktadır. Ancak CO2 hammadde kaynağı kömür santralleri kuzeyde bulunmaktaydı.
Türkiye için de benzer durum var. Bacalı sanayi Marmara ve Ege bölgesinde yoğundur. Açık havada üretim için Akdeniz ve Güneydoğu uygun. Havuzlar güneyde yapılıp, CO2 taşınırsa maliyet yükselir. Karbon yakalama sonrası depolamada, sıfır santigrat ve 31 atmosfer basınçta sıvı hale gelmesi gerekir (Tablo-2). Yerinde tüketim mümkün olmazsa tanklarda taşınarak Tuz gölü veya güneydoğudaki eski boş petrol kuyularında saklanabilir. Nakliye ve depolama maliyetleri yükselir.
Yosun gölet çalışmaları
Kitle üretimi için alg araştırmaları çoğunlukla mikroalg odaklıdır. Bunun nedeni mikroalglerin daha basit bir yapıya, hızlı bir büyüme oranına ve yüksek yağ içeriğine sahip olmalarıdır.
1980’den 1987’ye kadar ASP, mikroalglerin büyük ölçekli kitle kültür sistemlerini geliştirmek için iki çabayı finanse etti. a) UC Berkley’de geliştirilen “Yüksek Oranlı Gölet” (HRP) tasarımı. b) Hawaii Üniversitesi tarafından geliştirilen “Alg Yarış Pisti Üretim Sistemi”.
HRP tasarımı Açık Hava Test Tesisi” (OTF), New Mexico, Roswell’de terk edilmiş bir su arıtmasında inşa edildi. 1988 ile 1990 arasında %90’ın üzerinde CO2 kullanımına ulaştı. En iyi sonuçlar, kendi iklimlerinde en hızlı büyüme oranına sahip yerel alg türlerinde elde edildi. OTF ayrıca laboratuvar çalışmalarından hem nitrojen hem de silikon tükenmesi stratejilerini kullanarak artan miktarda alg yağı üretiminin yapıldığını gösterdi. Genel verimlilik, test sahasındaki soğuk sıcaklık günleri nedeniyle başlangıçta beklenenden çok daha düşüktü. Tesis 1990 yılında kapatıldı. Program boyunca diğer açık hava projeleri de finanse edildi; Fairfield, California’daki Güneş Enerjisi Araştırma Enstitüsü ile alt sözleşmeli bir proje ve İsrail’de üç yıllık bir proje yer almaktadır.
Kaynak değerlendirmesi
Kaynak bulunabilirliği ve kullanımı sorununu ele alır: Bu tür teknoloji maksimum potansiyele nerede ulaşabilir? Çeşitli kaynak analizleri, büyük ölçekli yosun çiftçiliği için en uygun konumu sağlayan güneybatı ABD’de önemli arazi, su ve CO2 potansiyeli olduğunu göstermiştir.
1995’te DOE, Biyoyakıt Programı kapsamındaki alg araştırmaları için fonlamayı kaldırdı. Bütçeleri azaltma baskısı altında kalan Bakanlık, sınırlı kaynaklarını bir veya iki önemli alana daha dar bir şekilde odaklama stratejisini seçti, bunların en büyüğü biyoetanolün geliştirilmesidir.
KAPALI SİSTEM FOTOBİYOREAKTÖRLER
Yosun büyümesi oksijen ve karbondioksit gibi çözünmüş gaz seviyelerine karşı hassastır. Hava doygunluk değerlerinden çok daha yüksek oksijen konsantrasyonları fotosentezi engelleyerek güneş ışığıyla birlikte çok yüksek seviyelerde hücrelere zarar verebilir. Yosun büyümesi pH’a duyarlıdır, bu önemli bir husustur. Çünkü fotosentez süreci oksijen verildiğinde çözeltiden daha fazla miktarda çözünmüş CO2 uzaklaştırıldıkça tüp pH’ının doğal olarak yükselmesine neden olur. Açık sistemden farklı olarak, ortam tüplerin içinde olduğundan, gazın normal koşullarda kaçması imkansızdır. Tüp reaktörlerini sürekli çalıştırmak imkansızdır, çünkü tüpler havalandırma ve gaz giderme için periyodik olarak boşaltılmalıdır. Açık ve kapalı sistemler (Tablo-3).
Çeşitli açık havuz, fotobiyoreaktör tipleri ve biyokütle çıktılara ait resimler aşağıdadır.
YAZARIN NOTU;
Bu çalışmalar yapıldığında AB Yeşil Mutabakatı, Sınırda Karbon Düzenleme Mevzuatı (SKDM) yoktu. Bugün İklim değişikliği ve 2053 Karbon nötr hedefleri, TBMM’de imzalanan Paris İklim Anlaşması, Kurumsal şirketler ile Belediyelerin hedeflere ulaşmak için hazırladıkları SÜRDÜRÜLEBİLİRLİK VE HEDEFLERE ULAŞABİLME RAPORLARI gibi birçok yeni kavramlarla baş başayız.
İhracatımızın çoğunu AB ülkelerine yapıyorsak, “bize ne senin koyduğun kurallardan” deme lüksümüz yok. Global dünyada rekabet koşullarını sağlamak ve iyi bir oyuncu olmak istiyorsak, diğer ülkeler için de üretimde önlemlerimizi almak zorundayız.
İşte bu gerekçelerle OSB yöneticileriyle, ihracat odaklı çalışan sanayi kuruluşları, devlet teşviki ve/ veya destekleri yanında, iç kaynaklar yaratarak gerekli önlemleri almak zorundadırlar. Aslında bunu yapıyorlar. Örneğin; Ağaç dikip, GES- RES santralı yaparak, kaçırdığı CO2 yerine nötr olmak için yenilenebilir enerjiye yatırım yapmak gibi. Ben bunu çok pasif ve yetersiz buluyorum. Özellikle “BİZ GLOBAL ŞİRKETİZ” iddiasında olanların hazırladıkları SÜRDÜRÜLEBİLİRLİK RAPORLARINI okuyunca, bu yazıdaki kadar bile konuya hakim olmadıklarını görmek beni kaygılandırıyor. Danışmanlar mı yetersiz?
İşte bu yazı belki de çoğu belediye, OSB ve sanayi şirketinin Sürdürülebilirlik raporlarında göz ardı ettiği, hammaddesi CO2 ve güneş olan ALG bazlı gıdalar ile enerji/ biyodizel elde edilmesi fikrini ortaya koyarak, daha sürdürülebilir şekilde, yerinde karbon dönüşümü yapılarak, AB tarafından da tercih edilen Dekarbonizasyon modelini gerçekleştirmek amacıyla yazılmıştır.
ABD NE GİBİ ÖNLEMLER ALDI? DESTEKLER VE TEŞVİKLER VERDİ?
2008 Gıda, Koruma Ve Enerji Yasası
Çevre Koruma Ajansı tarafından yönetilen Yenilenebilir Yakıt Standardı (RFS), 2005 Enerji Politikası Yasası ile oluşturulmuş ve 2007 Enerji Bağımsızlığı ve Güvenlik Yasası ile genişletilmiştir. RFS, tüm ulaşım yakıtlarının biyoetanol ve biyodizel dahil olmak üzere belirli bir miktarda yenilenebilir yakıtla karıştırılmasını gerektiren hükümdür. 2008’de benzine 9 milyar galon yenilenebilir yakıt karıştırmak gerekiyordu ve kotalar her yıl artarak 2022’de 36 milyar galona çıkarılacaktı. Özellikle, genişletilmiş RFS, bu yenilenebilir yakıtın bir miktarının, petrol yakıtından en az %50 daha düşük yaşam döngüsü sera gazı emisyonuna sahip mısır dışı hammaddelerle üretilen biyoyakıt olarak tanımlanan “ileri biyoyakıtlar” olması gerektiğini zorunlu kılıyor. Örneğin, 2022’de zorunlu kılınan 36 milyar galonun en az 21 milyar galonu ileri biyoyakıt olmalı. Algleri daha uygulanabilir hale getirmek için, RFS doğrudan üretimini teşvik etmez. Ancak, gelişmiş biyoyakıt kategorisinde olmasıyla alg biyodizeli için bir pazarı garanti eder.
İleri biyoyakıtlar için biyoenerji programı
2008 Gıda, Koruma ve Enerji Yasası tarafından oluşturulan bir diğer program olan İleri Biyoyakıtlar için Biyoenerji Programı, ileri biyoyakıt üreticilerine ödemeler sağlar. Program, 2012 mali yılına kadar yıllık fon almıştır:
2009 mali yılı için 55 milyon dolar,
2010 mali yılı için 55 milyon dolar,
2011 mali yılı için 85 milyon dolar,
2012 mali yılı için 105 milyon dolar,
2009-2012 mali yılları arasında her yıl ek 25 milyon dolar için yetki verilmiştir.
Biyorafineri yardımı
2008 Gıda, Koruma ve Enerji Yasası ile tanıtılan ve ABD Tarım Bakanlığınca yönetilen Biyorafineri Yardım programı, ileri biyoyakıtların üretiminde uzmanlaşmış tesisler olan biyorafinerilerin inşası için kredi garantileri ve hibeler sunmaktadır. Program, 2009 mali yılı için 75 milyon dolar ve 2010 mali yılı için 245 milyon dolar zorunlu finansman almıştır. Ayrıca, 2009-2012 mali yılları için yıllık 150 milyon dolar yetkilendirilmiştir. Bu finansmanın ne kadarının, yosun biyodizelinin üretimi için önerilen, açık sistem tesisin inşasına ayrılacağı belirsizdir, ancak bir miktar hibe kesinlikle mümkündür.
Ayrıca diğer destekler;
*Küçük Tarımsal Biyodizel Üreticisi Kredisi
*Biyodizel vergi kredisi
*Yenilenebilir yakıt standardı
Bu programların sağladığı teşvikler, yosun biyodizelinin karlı hale gelmesini sağlayabilecek politika türleri için bir şablon sunmaktadır.
2024 yılında hala bu konularla ilgili Türkiye’de destek paketi dahil çalışma olmaması, son açıklanan HİT- 30 destek programında 8 Alanda 30+ Öncelikli Yatırım konusuna 31- ALG yetiştiriciliği eklenerek programın revize edilmesini umuyor ve petrole karşı en güçlü Biyodizel kaynağı olarak kabul görmesi açısından, bütçe ve cari açığa olası katkısı nedeniyle öneriyorum.
Belediyeler ve OSB yöneticileri, sorularını abgrisk@gmail.com adresime e-posta olarak gönderebilirler.
Saygılarımla.