Sustainable microalgae biorefinery: Solid catalyst design & catalytic ceramic plate reactors
Sürdürülebilir mikroalg biyorafinerisi: Katı katalizör tasarımı ve katalitik seramik plaka reaktörleri
- Tez No: 1021660
- Danışmanlar: PROF. DR. EROL ŞEKER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Alternatif yakıtlar, Biyoyakıtlar, Heterojen katalizörler, Katalitik reaktörler, Alternative fuels, Biofuels, Heterogeneous catalysts, Catalytic reactors
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, mikroalg ve mikroalg lipitlerinden atmosferik basınç ve düşük sıcaklıkta (<90 ºC) biyorafineri ürünlerinin üretimini incelemektedir. Birinci çalışmada, mikroalg yağı ve n-bütanol kullanılarak CaO/Al2O3 katalizörleri ile transesterifikasyon yoluyla yağ asidi bütil esterleri (FABE) üretilmiştir. Farklı CaO yüklemelerine sahip katalizörler (%30, %60 ve %90) sol-jel yöntemi ile sentezlenmiştir. Temel bölgelerin orta-yüksek kuvvette (500–600 °C) artış göstermesinin, reaksiyon sıcaklığını bütil ester verimi açısından kritik bir faktör haline getirdiği bulunmuştur. Optimum koşullar; 70 °C'nin üzerindeki reaksiyon sıcaklıkları, 27:1'den büyük bütanol/yağ mol oranı ve 500–600 °C kuvvet aralığındaki bazik bölgeler olarak değerlendirilmiştir. İkinci çalışmada, deniz suyu içinde yetiştirilen mikroalgler susuzlaştırma adımı olmadan biyo-yakıt hammaddesi olarak kullanılmıştır. Katalizör tipi (Silika-Alümina-Ni, Silika-Alümina-Cu, Silika-Titanya-Ni ve Silika-Titanya-Cu), reaksiyon sıcaklığı (50–80 °C) ve reaksiyon süresinin (4–12 saat) mikroalg dönüşümü ve ürün dağılımı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Metal destekli Silika-Alümina katalizörlerin ağır yakıt ürünlerini (>C20) oluşturduğu; dönüşüm arttıkça SAF (C8–C16), yeşil dizel (C10–C20) ve biyo-benzin (C5–C12) aralığında ürün bileşiminin yükseldiği belirlenmiştir. Nikel içeren katalizörlerin uzun reaksiyon süreleri için daha uygun olduğu görülmüştür. Bakır içeren katalizörler başlangıçta yüksek dönüşüm sağlamış; ancak reaksiyon süresinin uzaması dönüşüm üzerinde sınırlı etki göstermiş ve bu durum olası katalizör deaktivasyonuna işaret etmiştir. Üçüncü çalışmada, mikroalg yağıyla FABE üretimi ve mikroalglerin hasatsız dönüşümü için bir plaka reaktör tasarımı gösterilmiştir. Plaka reaktörün hidrodinamik davranışı, kalış süresi dağılımı (RTD) deneyleriyle incelenmiş ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) simülasyonlarıyla desteklenmiştir. Yapısal reaktör, kararlı akış ve etkili karışma sağlaması sayesinde sürekli biyorafineri uygulamaları için uygunluk göstermektedir.
Özet (Çeviri)
This thesis investigates the production of biorefinery from microalgae and microalgal lipids at atmospheric pressure and low temperature (<90 ºC). Firstly, microalgae oil and n-butanol were used to produce fatty acid butyl esters (FABE) via transesterification using CaO/Al2O3 catalysts. Catalysts with varying CaO loadings (30%, 60%, and 90%) were synthesized through the sol-gel method. Increased presence of mid-to-high strength basic sites (500–600 °C) made the reaction temperature a critical factor for butyl ester yield. Optimal conditions were evaluated as reaction temperatures above 70 °C, a butanol-to-oil molar ratio greater than 27:1, and basic sites within the 500–600 °C basic strength range. Secondly, microalgae in seawater were used as the biofuel feedstock without dewatering. The effect of catalyst (Silica-Alumina-Ni, Silica-Alumina-Cu, Silica-Titania-Ni, and Silica-Titania-Cu), reaction temperature (50–80 °C), and reaction time (4–12 h) on microalgae conversion and product distribution were investigated. Silica-Alumina supported metal catalysts favor the products at the heavy fuel range (>C20), however, increasing the conversion results in an increase in product composition with lower hydrocarbon range (C5-C20). Catalysts with Ni metal were found to be more suitable for long reaction times. The Copper catalyst indicated higher initial conversion, but faster deactivation. Finally, a plate reactor design was demonstrated, microalgae and its oil conversion were carried out on the plate reactor. The hydrodynamic behavior of the plate reactor was examined using residence time distribution (RTD) experiments and computational fluid dynamics (CFD) simulations. The structured reactor offers stable flow and efficient mixing, which supports its suitability for continuous biorefinery applications.
Benzer Tezler
- Integrated biorefinery approach for wastewater treatment and resource recovery using mixotrophic microalgae
Miksotrofik mikroalgler kullanılarak atıksu arıtma ve kaynak geri kazanımı için entegre biyorafineri yaklaşımı
İREMSU KAYAN
Doktora
İngilizce
2025
Çevre MühendisliğiÇanakkale Onsekiz Mart ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN AYMAN ÖZ
- Optimized accumulation of algal lipids for bio-jet fuel production
Biyo-jet yakıt üretimi için optimize mikroyosun yağı üretimi
EMREN BORHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
EnerjiBoğaziçi ÜniversitesiÇevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BERAT ZEKİ HAZNEDAROĞLU
- Integrated waste management for sustainable livestock and aquaculturing systems using microalgae
Sürdürülebilir hayvancılık ve su ürünleri sistemleri için mikroalgler ile entegre atık yönetimi
DUYGU ÖZÇELİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
MikrobiyolojiBoğaziçi ÜniversitesiÇevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BERAT ZEKİ HAZNEDAROĞLU
- Atıksu arıtma tesisi ile entegre sürdürülebilir mikroalg biyokütle üretimi
Sustainable microalgae biomass production integrated with wastewater treatment plant
İSMAİL ŞÜKRÜ BOSTANCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
MikrobiyolojiYıldız Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EBRU AKKAYA
- Sustainable production of biological materials for food and agricultural applications
Gıda ve tarım uygulamaları için biyolojik malzemelerin sürdürülebilir üretimi
PINAR ANGÜN
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Biyoteknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
YRD. DOÇ. DR. TURGAY TEKİNAY