Araştırma Programı 3

Proje 3.1 Mikro/Nanoyapılar ve Nanoformülasyonlar ile Kontrollü Besin Salımı ve Takibi

Yürütücü Kuruluş: SUNUM

Proje 3.1 Özeti:

Tarım sektörünün artan dünya nüfusu için çevre güvenliğini etkilemeden gıda güvenliğini sağlama konusunda yaşadığı zorlukların önümüzdeki yüzyılda giderek artması beklenmektedir. Bu nedenle kimyasal gübrelemenin çevresel zararlarını ortadan kaldırırken yeterli gıda sağlamak için modern teknolojilerin kullanılması gerekmektedir. Bununla birlikte, tarımsal atıkların yanlış bertarafı veya yetersiz yeniden kullanımından kaynaklanan çevre üzerindeki olumsuz etkileri son yıllarda dikkat çeken konular arasındadır. Gelişmiş biyoteknolojik ve nanoteknolojik araçlar tarımsal sistemlerde mevcut ve gelecekte karşımıza çıkacak sorunlara çözümler sunma potansiyeline sahiptir. Önerilen projede, tarımsal atıklardan elde edilen lignoselülozik malzemeleri kullanarak kontrollü/gecikmeli salım özellikli akıllı gübre sistemleri geliştirilmesi ve bitki beslemede yüksek verim ve düşük çevresel riskler sunan çözümler üretilmesi hedeflenmektedir. Böylece sürdürülebilirlik ve döngüsel ekonomi yaklaşımları benimsenerek topraktan gelenin katma değerli ileri malzemelere dönüşerek tekrar toprağa dönmesi sağlanacaktır.

Proje kapsamında, bitki besleme konusunda bütüncül bir yaklaşım benimsenerek;

• bitkilere yapraktan uygulanacak kontrollü salım özellikli mikro element gübre formülasyonları,
• bitkilere topraktan uygulanacak, yüksek su tutma özelliğine sahip süperabsorban polimer tabanlı makro element gübre formülasyonları,
• bitkilere topraktan uygulanacak gecikmeli/yavaş salım özellikli, nanokompozit jel tabanlı mikro element gübre formülasyonları

geliştirilmesi amaçlanmaktadır.

Proje 3.2 Tarıma Yönelik Nitrat Konsantrasyonlarının Gerçek Zamanlı Tespit ve Takibi İçin Prob Geliştirilmesi

Proje Yürütücü Kuruluş: TÜBİTAK MAM

Proje 3.2 Özeti :

Yaşadığımız dünyanın yaşamsal faaliyetlerimizin devamı ve mevcut gıda üretim sistemi, kaynak kullanımı, üretkenlik ve çevresel etkiler açısından sürdürülebilirliği için önlemlere ihtiyacı vardır. Bu bağlamda, temiz, döngüsel bir ekonomiye geçerek, iklim değişikliğini durdurarak, biyolojik çeşitlilik kaybını geri döndürerek, kirliliği azaltarak ve atıkları katma değerli ürünler haline getirerek ekonomiye kazandırmak ve kaynakların verimli kullanımını artırmak amaçlanmaktadır.  

Aşırı ve bilinçsiz kimyasal gübre kullanımı tarım arazilerinin verimsizleşmesine, yüzey ve yeraltı sularının özellikle nitrat ile kirlenmesine yol açmaktadır. Dünya Bankası 2016 yılı verilerine göre, ortalama olarak ekilebilir arazi hektarı başına bitki besin maddesi bazında gübre kullanımı; Avrupa Birliği ülkelerinde 152,6 kg/ha, dünyada 140,6 kg/ha, Türkiye’de ise 137,7 kg/ha olmuştur. Türkiye bitki besin maddesi bakımından toplam azot fosfat potasyum (Nitrogen-Phosphate-Potassium - NPK) verileri incelendiğinde, 2017 yılında %67 ile en fazla azotun tüketildiği dönem olduğu görülmektedir. Yanlış gübre kullanımının irdelenmesi 2 hususta önem taşımaktadır: 1) Tarım 2) Çevre. Gübrenin aşırı uygulanması tarımsal anlamda maddi kayıplara neden olmakta, eksik uygulanması ise verim kaybına yol açmaktadır. Her iki durumda da tarımsal işletmeler ve çiftçiler ekonomik anlamda zarara uğramaktadır. Öte yandan, gübreleme ile besin elementlerinin toprak profilinin alt kısımlarına doğru taşınması ile yüzey ve yeraltı sularının nitratça kirlenmesi söz konusu olmaktadır. Çevre hususunda, ülkemizde de uyumlaştırılan AB Nitrat Direktifi ve Su Çerçeve Direktifleri, kirlilik girdilerini azaltmayı hedefleyerek Avrupa'da su kalitesini korumak için tasarlanmış ana yasama araçlarıdır. Bu direktifler, zorunlu olarak veya teşvik edilerek iyi tarım uygulamalarının kullanılmasıyla tarımsal besin maddelerinin azaltılmasını hedeflemektedirler. Ayrıca,‘’Türkiye Yeşil Mutabakat Eylem Planı"nda da tarımsal üretimde kimyasal gübre kullanımının azaltılmasına katkı sağlayacak çözümler geliştirilmesi hedeflenmektedir. Bu kapsamda, toprak nitrat seviyelerini doğru bir şekilde ölçebilen gerçek zamanlı bir nitrat sensörünün geliştirilmesi, hem gübre uygulama oranlarının mahsul ihtiyaçları ile daha uyumlu olmasına sebep olacak hem de kimyasal gübrelerin çevre üzerindeki etkilerini azaltabilecektir.

Günümüzde nitrat ölçümü için elektroanalitik yöntemler diğer yöntemlere göre farklı avantajlar sağlamaktadır. Bu yöntemler kromatografik ve spektroskopik yöntemlere göre daha kolay ve ucuzdur. Analitlerin indirgeme/oksidasyon aşamaları belirlenebilir. Numune hazırlama adımları çok kolaydır ve çok daha az numune hacmi ile çalışma imkânı sunar.

Tüm bu hususlar dikkate alınarak bu projede de lignoselülozik atıklardan üretilmiş altlıklar üzerinde yüksek iletkenliğe sahip karbon elektrotların farklı teknikler kullanılarak geliştirilmesi ile sensörler oluşturulması ve nitrat algılayacak fonksiyonel yüzeylerle kaplanarak toprakta nitratı tespit edecek taşınabilir bir prototip geliştirilmesi hedeflenmektedir. Elektroanalitik yöntemler yüksek doğruluk, kesinlik, duyarlılık ve seçiciliğe sahip olduğundan dolayı bu proje kapsamında çalışılması hedeflenmiştir. Bu prototipin hem sentetik ortamlarda hem de belirlenen bir saha ortamında çalışabilirliğinin ispatının yapılması hedeflenmektedir.

Proje kapsamında önerilen nitrat sensörü; Lignoselülozik atık biyokütleden üretilen altlık ve yine bu biyokütleden üretilecek grafiti karbonun kullanılmasıyla geliştirilecektir. Geliştirilecek olan bu nitrat sensörü, yeşil mutabakat kapsamında toprakta nitratın izlenmesi için kullanılacağından platformun amacına, ülkemize ve çevreye vereceği katkı açısından çok önemidir.