PROF. DR. AHMET SAMSUNLU
İTÜ İnşaat Fak. Çevre Müh. Böl. Öğretim Üyesi
44. Hükümet İmar ve İskân Bakanı

Su ve Çevre Teknolojileri dergisinin Mayıs 2018 sayısında, “2018 Stockholm Su Ödülü Prof. Rittmann ve Prof. Mark van Loosdrecht’e verildi” başlıklı yazımda, Prof. Dr. Bruce Rittmann’ın atıksudan enerji elde edilmesi konusundaki çalışmaları ile bu ödüle layık görüldüğünü sizlerle paylaşmıştım. Kendisinin bu konuyla ilgili olarak yazdığı “The Energy Issue in Urban Water Management” başlıklı uzun makalesinin konuyla ilgili kısmı aşağıda özetlenerek tercüme edilmiştir.

1. GİRİŞ
Atıksu arıtımından enerji kazanımı için kullanılan birkaç yöntem Şekil 1’de verilmiştir. Enerji (yenilenebilir enerji), metan gibi yararlı biçimlerde doğrudan elde edilebilir. Dolaylı olarak da, arıtmanın enerji maliyetinin düşürülmesiyle besin veya ısı geri kazanımıyla gerçekleştirilebilir (Rittmann, 2013). (Rittmann, 2013). 

Atıksudaki besi maddelerine dayalı yakıt üretme fikri oldukça yenidir. Fotosentez yoluyla petrol yerine geçebilecek yakıt molekülleri üretme üzerine çalışmalar yapılmış olup, özellikle fotosentetik bakterileri modifiye (değiştirme) ederek uzun zincirli yağ asitleri üretme ve salgılama yetenekleri geliştirilmiştir. Bu yağ asitleri yakıt ihtiyacını karşılayan öncüler olarak kabul edilebilir. Potansiyel olarak bu keşif petrolün yerini tutabilir. Mavi-yeşil renklerinden dolayı siyanobakteri olarak adlandırılan fotosentetik bakteriler güneş ışığı enerjisini emer ve CO2’i organik karbona dönüştürürler. Daha sonra organik karbonu yakıtın ana bileşenleri olan yağ asitlerine dönüştürürler. Kısacası, yenilenebilir taşıt yakıtı üretmek için güneş ışığı, CO2 ve siyanobakteriler kullanılmaktadır (Rittmann, 2011).

2. KÜRESEL ENERJİ ELDESİ HEDEFİ
Dünya genelinde günde yaklaşık 13 TW (birincil enerji) enerji tüketilmektedir (Rittmann, 2008), (Goldenberg ve Johansson, 2004). Dünya nüfusu yaklaşık 6,5 milyar olarak alındığında kişi başı 2.000 W’lık bir tüketime denk gelmektedir. Fiili enerji kullanım aralığı, en fakir ülkede kişi başı günlük <400 W (örn. Bangladeş, Haiti ve Kongo), gelişmiş batı ülkeleri için 5.000 W ve ABD’de 10.000 W ve BAE’nde 14.000 W seviyelerindedir. 2.000 W hedefine ulaşıldığında ve dünya nüfusunun 9 milyarda dengelenmesi halinde toplam 18 TW’lık bir enerjiye ihtiyaç duyulacaktır. Bugün kullanılan 13 TW’dan yaklaşık 11 TW’ı (~ %84’ü) fosil yakıtlardan sağlanmaktadır. Fosil yakıt kullanımının bu yüksek oranı, hızla artan CO2 konsantrasyonunun temel nedenidir. Atmosferdeki CO2 seviyesini bugünkü seviyelerinde tutmak için (~390 ppm) günümüz fosil yakıt kullanım 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 alternatif 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 ihtiyacımız olacaktır. Mevcut durumda, bu ikameyi sağlamak için gerekli olan teknobilgisel araçlara sahip olmadığımızdan doğru politika ve hedefi belirleyerek karar vermek için 20 veya 30 yıl geçmesi gerekecektir. 

Ayrıca toplumlar, enerji tüketimi konusunda önlemler almak zorundadırlar. Gelişmiş ülkeler kişi başına enerji tüketimlerini 2.000 W indirmeleri ve gelişmekte olan ülkelerin ise bu seviyeyi aşmadan yaşam standartlarını iyileştirmeleri gerekmektedir (Rittmann, 2013).

3. YENİLENEBİLİR ENERJİ 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 şekillerde yakalayabiliriz; yeryüzüne düşen su, rüzgâr, okyanus akıntıları, fotovoltaikler, güneş ısısı ve biyokütle. Atıksu arıtma, son kategori, yani biyokütle içinde değerlendirebilir. 

4. FOTOSENTEZ, BİYOKÜTLE VE BOİ 
Bitkiler, algler ve bakteriler bir dizi moleküler anten ve fotosistemler kullanarak görünür ve yakın kızıl ötesi radyasyonu yakaladıklarında fotosentez yapabilirler (Madigan ve diğ., 2003). Kendilerini sentezlemek ve devam ettirmek için enerjiyi kullanırlar. Fotosentez stratejilerinin detayları 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. Organizmalar elektronların transferinden enerji toplarlar ve bu enerjiyi büyümek için kullanırlar. Oksijenik fototrofların elektron vericileri, elektronları çok düşük enerjili bir halde sağlayan H2O’dur. Böylece, fototroflar, elektronların (e-1) enerji düzeylerini, protonlardan (H+) ayırdıklarında ve oksijen (O2) üretirken enerji seviyesini artırmak için güneş ışığında yakalanan enerjiyi kullanırlar.

Yazının devamını e-dergi'den okumak için lütfen tıklayınız...