Su ve Çevre Teknolojileri Dergisi 123. Sayı (Ekim 2018)

suvecevre.com 29 10 / 2018 • SU VE ÇEVRE TEKNOLOJİLERİ YORUM ve dünya nüfusunun 9 milyarda den- gelenmesi halinde toplam 18 TW’lık bir enerjiye ihtiyaç duyulacaktır. Bu- gün kullanılan 13 TW’dan yaklaşık 11 TW’ı (~ %84’ü) fosil yakıtlardan sağlanmaktadır. Fosil yakıt kullanı- mının bu yüksek oranı, hızla artan CO 2 konsantrasyonunun temel ne- denidir. Atmosferdeki CO 2 seviyesini bugünkü seviyelerinde tutmak için (~390 ppm) günümüz fosil yakıt kul- lanım oranının ~1/3’üne indirilmesi gerekmektedir. Diğer bir deyişle, fosil yakıt kullanım oranının 11 TW’dan 4 TW’a düşürülmesi sağlanmalıdır. Aradaki 7 TW fosil enerji için alter- natif enerji kaynakları olan güneş kaynaklı fotovoltaikler, fotosentetik mikroorganizmalar, rüzgâr ve diğer imkânlarla sağlanabilecektir. Eğer talep 18 TW’a yükselirse, o zaman 14 TW ikame enerjiye ihtiya- cımız olacaktır. Mevcut durumda, bu ikameyi sağlamak için gerekli olan teknobilgisel araçlara sahip olma- dığımızdan doğru politika ve hedefi belirleyerek karar vermek için 20 veya 30 yıl geçmesi gerekecektir. Ayrıca toplumlar, enerji tüketimi konusunda önlemler almak zorun- dadırlar. Gelişmiş ülkeler kişi başına enerji tüketimlerini 2.000 W indir- meleri ve gelişmekte olan ülkelerin ise bu seviyeyi aşmadan yaşam stan- dartlarını iyileştirmeleri gerekmekte- dir (Rittmann, 2013). 3. YENILENEBILIR ENERJI KAYNAKLARI Yenilenebilir enerjinin tüm ana kaynağı, dünyanın yüzeyinde bol olan güneş ışığıdır. Güneş enerjisi, dünyaya 173.000 TW ya da fosil yakıt kullanımından yaklaşık 16.000 kat daha fazla oranda ulaşır. Güneş ışığı enerjisini çeşitli şe- killerde yakalayabiliriz; yeryüzüne düşen su, rüzgâr, okyanus akıntıları, fotovoltaikler, güneş ısısı ve biyokütle. Atıksu arıtma, son kategori, yani bi- yokütle içinde değerlendirebilir. 4. FOTOSENTEZ, BIYOKÜTLE VE BOİ Bitkiler, algler ve bakteriler bir dizi moleküler anten ve fotosistem- ler kullanarak görünür ve yakın kızıl ötesi radyasyonu yakaladıklarında fotosentez yapabilirler (Madigan ve diğ., 2003). Kendilerini sentezlemek ve devam ettirmek için enerjiyi kul- lanırlar. Fotosentez stratejilerinin de- tayları ile fotosentez türleri arasında az fark olsa da temel şekil (pattern) aynıdır. En bilinen fotosentez türü oksijenli fotosentez olup, temel şeklin iyi bir örneğidir. Tüm yaşam, elektronların yüksek enerjili durumdan düşük enerjili bir duruma aktarılmasına bağlıdır. Or- ganizmalar elektronların transferin- den enerji toplarlar ve bu enerjiyi büyümek için kullanırlar. Oksijenik fototrofların elektron vericileri, elekt- ronları çok düşük enerjili bir halde sağlayan H 2 O’dur. Böylece, fototrof- lar, elektronların (e -1 ) enerji düzeyle- rini, protonlardan (H + ) ayırdıkların- da ve oksijen (O 2 ) üretirken enerji se- viyesini artırmak için güneş ışığında yakalanan enerjiyi kullanırlar. H 2 O + radyasyon enerjisi ➞ 2H+ +2e -1 + 0.5 O 2 O 2 üretimi, oksijenli fotosentezin ismi olup, bu reaksiyon atmosferdeki O 2 ’nin %21 seviyesinde bulunmasın- dan sorumludur. Bu yüksek enerjili e - ve H + üre- timi, fotosentetik organizmaların, çevresel besinleri (esas olarak CO 2 ) oksidasyonla indirgerken iç enerji taşıyıcılarını (örn. ATP) ve elektron taşıyıcılarını (örn. NADH ve NA- DPH) kullanmalarını sağlar ve yeni hücreleri inşa eden makromolekül- leri belirler ve birleştirir (Rittmann ve McCarty, 2001), (Madigan ve diğ, 2003). Aşağıda biyokütlenin orijinal olarak çevresel besinlerin ve elekt- ronların oluşturduğu H 2 O’dan tü- retilen bir yarı reaksiyon örneği (C 5 H 7 O 2 NP 0.1 ile çok basit olarak temsil edilen) verilmiştir. 5HCO 3 - + NO 3 - + 0.1H 2 PO 4 - + 28.5e - + 34.6H + ➞ C 5 H 7 O 2 NP 0.1 + 16.4O 2 Bu sentez reaksiyonunda gereken 28.5 e - oksijen reaksiyonundan gelir. Genel fotosentez reaksiyonları aşağı- da olduğu gibidir. 5HCO 3 - + NO 3 - + 0.1H 2 PO 4 - + 6.1H ++ energy ➞ C 5 H 7 O 2 NP 0.1 + 2.15H 2 O + 14.25O 2 Fotosentetik biyokütle bir gıda ürünü olduğu zaman, insan besin sistemine ya doğrudan bir gıda gir- disi olarak ya da hayvanlara yem şeklinde girmeye başlar. İnsanlar tarafından tüketilen bazı yiyecekler bir şekilde evsel atıksuya karışır. Bi- yokütlenin evsel atıksuya girip gir- mediği veya ayrı bir atık akımında olup olmadığı, fotosentez sırasında kendisine sabitlenmiş elektronlara (ve bunların enerjisi) bağlıdır. Be- sin olarak değerlendirilen bu “atık elektronlar” BOİ (Biyolojik Oksijen İhtiyacı) denilen kirletici kaynak ha- line gelir. Bu durumda, BOİ “yanlış elektronlar” ya da bir kaynak olarak değerlendirilir. Yapmamız gereken tek şey, yan- lış elektronların enerji değerini geri kazanmaktır. Daha sonra BOİ kirli- likleri, başlangıç (orijinal) BOİ enerji kaynağına geri döner. Ancak atıksu, atıksu çamuru, hayvan dışkısı ve gıda işleme atıksularında BOİ, bu form- larda kullanılamaz. Amaç, BOİ için- deki elektronların kimyasal formlara