Bitkiler, büyümek ve yaşamsal faaliyetlerini sürdürmek için fotosentezle kendi besinlerini ve ihtiyaç olan enerjiyi üretiyorlar. Fotosentezle aynı zamanda kendi besinlerini üretemeyen başka organizmaların da besin ve enerji ihtiyacını karşılıyorlar. İstanbul Bilgi Üniversitesi Genetik ve Biyomühendislik Bölümü mezunu Ömer Yıldız ile BİLGİ Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü öğrencisi Ege Uras’ın ortak çalışmasıyla bitki gelişiminden sürdürülebilir elektrik enerjisi üretilebiliyor. BİLGİ Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü Öğr. Üyesi ve Yüksek Enerji Fiziği Uygulama ve Araştırma Merkez Müdürü Prof. Dr. Serkant Ali Çetin ile BİLGİ Genetik ve Biyomühendislik Bölüm Başkanı Prof. Dr. Hatice Gülen’in yürütücülüğündeki proje, gıda amaçlı üretim sırasında da elektrik enerjisi üretimine imkan veriyor. Çift yönlü fayda sunan proje, geniş çaplı tarımsal üretim yapılan alanlar ile küçük ev veya çiftlik bahçelerinde uygulanabiliyor. Bu sistem endüstriyel kirliliği önlemenin yanı sıra verimsizlik gibi olumsuzluklar sebebiyle tarımsal üretimin yapılamadığı topraklarda gıda dışındaki amaçlarla (süs bitkisi, park/bahçe/çim gibi) bitki yetiştirilerek ıslah edilmesi sürecinde elektrik enerjisi üretilmesi için kullanılıyor. Bununla birlikte bir saksı boyutunda kullanıma hazır bitkiler ticari bir ürüne dönüştürüldüğü durumlarda ev veya ofislerde de kullanım potansiyeline sahip olabiliyor.
Çevreci ve ekosistemle uyumlu üretim
Projede tasarlanan sistem bitkiye ve doğaya zarar vermiyor. Sistem, bitkilerin büyüme ve ürün verme süreci devam ederken aynı zamanda elektrik enerjisi üretilebilmesine imkan sağlıyor. Bitki ürettiği şekerin bir kısmını doğrudan veya başka moleküllere dönüştürerek büyüme ve gelişmesi için kullanılırken bir kısmını da kökleri aracılığıyla toprağa veriyor. Topraktaki mikroorganizmalar ise, bitkilerin toprağa saldıkları şekeri enerji kaynağı olarak kullandıklarında karbondioksit (CO2) ve hidrojen (H2) gibi gazlarla birlikte elektron salınımı yapıyorlar. Proje kapsamında ortama salınan elektron ve hidrojenin toprağın içine yerleştirilen anot ve katot plakalarda elektriksel potansiyel fark yaratması sayesinde elektrik enerjisini toplayarak elde edilen voltaj ve akım değerleri ölçülebiliyor. Günümüzde dünya genelinde toplam enerji ihtiyacının yüzde 80’i kömür, petrol ve doğalgaz gibi fosil yakıtlardan karşılanıyor. Karbonun yakılarak kullanılması, çağımızın en büyük sorunlarından biri olan çevre kirliliğinin ana sebeplerinden biri olarak dikkat çekiyor.
Projeyle yakıt hücreleri enerjiyi, kristal yapıda olan karbon paneller ile topluyor. Bu süreçte yaşamın kendisine zarar vermiyor. Elektrik üretimi için özel alana, tesis veya üretim ünitesi kurulmasına gerek duyulmuyor.
İlk kez mısır ve kenevir denendi
Sistemin temeli 1911 yılında botanik Prof. M.C. Potter tarafından atıldı. Potter bakteri kolonisini şeker ile besleyip çıkan tepkiyi elektrik enerjisine çeviriyor ve bu sisteme mikrobiyal yakıt hücresi adını veriyor. Günümüzde ise birçok araştırmacı bu sistemi sürdürülebilir bir şekilde bitkiler kullanarak uygulamaya geçiriyor. Kurulan sistem ise ilk kez tarımsal bitkilerle enerji üretimini daha verimli hale getirmeyi sağlıyor. Bu anlamda proje kapsamında tasarlanan sistem, ilk kez mısır ve kenevir gibi gerek kök yapısı gerekse toprağa verdiği glikoz miktarıyla büyüme ve gelişme hızı bakımından etkili tarımsal bitkilerle denendi. Proje, mikroorganizma olarak bitki kökleriyle ortak yaşama özelliğine sahip fungus türünün bu amaçla ilk kez kullanılmış olması yönüyle de özgünlük taşıyor.
Elektrik gücünün 200 katına ulaşıldı
Proje kapsamında her iki bitkinin büyütme sistemiyle ölçüm ve gözlemlere devam ediliyor. Şu ana kadar yapılan ölçüm ve değerlendirmelerde, bitkisel yetiştiriciliğe dayanmayan sadece mikrobiyal yakıt hücrelerinin kullanıldığı çalışmalarda elde edilmiş en yüksek elektrik gücünün yaklaşık 200 katına ulaşıldı. Yine benzer şekilde yapılan ve farklı glikoz uygulamalarıyla elektrik üretiminin artırılmasına yönelik literatürde yer alan bir diğer çalışmada elde edilmiş en yüksek voltaj değerinin ise neredeyse 10 katı sonuçlar elde edildi.
Proje iki yönüyle öne çıkıyor
Mühendislik bilgisini temel bilimlerden gelen bilgiyle birleştirerek bir tasarım ortaya koymayı önemsediklerini söyleyen Prof. Dr. Hatice Gülen “Bu proje iki yönüyle öne çıkıyor. Birincisi farklı mühendislik bölümlerinden öğrencileri bir araya getirerek çok disiplinli takımlarda çalışabilme becerisini kazandırıyoruz. İkincisi ise öğrencilerin mühendislik tasarımlarında doğayla dost teknolojiler geliştirmelerini ve sürdürülebilir biyo-çözümler üretmelerini özendiriyoruz. Bu durumla öğrenciler karmaşık mühendislik problemlerine bütünsel bakış açısı ve bütünleşik yaklaşım geliştirebiliyorlar. Bunun yanı sıra projenin TÜBİTAK desteğine hak kazanmış olması, öğrencilerin bir araştırma fikrini belli bir bütçe ile belli bir iş planlaması dahilinde tasarıma ve hatta protatip üretimine dönüştürme sürecini deneyimlemelerine ve tüm bu aşamaları raporlayıp sunma becerisini kazanmalarına olanak sağlaması bakımından da ayrıca önem taşıyor. Yukarıda bahsettiğim sebeplerle projenin bir ilk olması diğer öğrenciler için de bir motivasyon kaynağı oluyor” dedi.
Çözüm üreten mühendisler yetiştiriyoruz
Bağımsız gözlem yapabilen, problem belirleyebilen ve çözüm üretebilen mühendisler yetiştirmek hedefliyoruz diyen Prof. Dr. Serkant Ali Çetin, şu şekilde devam etti: “Bu çerçevede tamamen öğrencilerimizin merakı ve soruyu ortaya koymaları ile tetiklenmiş olan bu proje beni çok heyecanlandırdı. İki farklı programdan öğrencilerin birlikte çalışması da projenin önemli bir unsuru. Aslında gerek Enerji Sistemleri Mühendisliği gerekse Genetik ve Biyomühendislik programları doğaları gereği disiplinlerarası alanlar. Bu proje ile bu çok disiplinliliğin daha da genişletilmiş çok güzel bir örneği oluştu. Her iki programdaki danışmanlar olarak, bizim de kendi araştırmalarımızda deneysel çalışmalar yapmamız öğrencilerimize deneysel metodoloji hakkında geniş bir bilgi aktarımını sağladı. Bu çerçevede süreç bana da deneysel çalışmalardaki farklı yaklaşımları tecrübe etme fırsatı verdi. Projenin hedef çalışmasının, bilimsel literatüre katkı yapabilecek nitelikte olması da ayrıca bir kıvanç kaynağı.”