Optimization of bioethanol fuel production from lignocellulosic biomass
Lignoselülozik biyokütleden biyoetanol yakıtı üretiminin optimizasyonu
- Tez No: 425906
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NİLGÜN CILIZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Çevre Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 123
Özet
Bu çalışmanın amacı seçilmiş olan lignoselülozik biyokütleden (mısır sapı ve buğday samanı) biyoetanol yakıtı üretim prosesi veriminin arttırılmasıdır. Bu kapsamda en yüksek şeker dönüşüm verimi sağlayan seyreltik asit/buharlı patlama ön arıtma koşulunun tespit edilmesi için optimizasyon çalışması gerçekleştirilmiştir. Ön arıtımı yapılan katı malzemede yüksek glukan verimi sağlayabilmek için, Cellic®CTec2 selülaz enziminin kullanıldığı enzimatik hidroliz prosesinin sıcaklığı 50°C' nin altına düşürülmeye çalışılmıştır. İki farklı enzim dozunda (30 ve 45 FPU g/selüloz) gerçekleştirilen enzimatik sakkarifikasyon işlemi ile elde edilen şekerlerin etanol dönüşüm verimi, rekombinant S. cerevisiae ATCC® 20618™ ve S. cerevisiae mayaları ile değerlendirilmiştir. 32°C' de geçekleştirilen“eş zamanlı sakkarifikasyon ve kofermantasyon”ile 50°C' de ön-hidroliz ve 30°C' deki fermantasyon aşamalarını içeren“ayrı hidroliz ve kofermantasyon”reaktörlerinin etanol verimi karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre seçilmiş olan lignoselülozik atıklar %46-48 fermente edilebilir şeker seviyesine sahiptir. Belirlenmiş olan optimum ön arıtma şartlarının uygulandığı hammaddelerin selüloz içeriğinde yaklaşık iki kat artış tespit edilmiştir. Hidroliz sıvısındaki ksilan kayıpları ve yan ürün konsantrasyonlarının, ön arıtma şiddeti ile doğru orantılı olduğu gözlemlenmiştir. Eş zamanlı sakkarifikasyon ve kofermantasyon reaktörünün etanol veriminin, ayrı hidroliz ve kofermantasyon reaktöründe elde edilen verim ile benzer olması (Pearson's r= 0.99), bu çalışmada elde edilen optimum şartların uygulanabilir olduğunu göstermiştir. Farklı lignoselülozik biyoetanol yakıt karışımlarının (E10; %10 biyoetanol/%90 benzin ve E85; %85 biyoetanol/%15 benzin, hacimsel olarak) çevresel ve ekonomik avantajlarının benzin yaktı ile karşılaştırılması için Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi (YDD) ve Çevresel Yaşam Döngüsü Maliyet Analizi (ÇYDM) 1 km' lik taşıma mesafesine göre gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre; E10 ve E85 küresel ısınma potansiyelinde benzine göre sırası ile %4.7 ve %47.1 azalma sağlamıştır. Ayrıca ÇYDM hesaplamaları ile E85 yakıtının sürüş maliyetinin benzine göre %23 daha az olduğu tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
The aim of this research was to enhance the process of bioethanol fuel production from selected lignocellulosic residues – corn stover and wheat straw. In order to obtain a high conversion yield of sugars, dilute sulfuric acid/steam explosion pretreatment was applied, and the process conditions were optimized. After the optimization studies, the pre-treated residue was subjected to enzymatic hydrolysis using Cellic®CTec2 enzyme in order to decrease the optimum temperature of 50°C while still achieving a high glucan recovery. The sugars released by enzymatic saccharification using the selected enzyme loads of 30 and 45 FPU g/cellulose were fermented by recombinant S. cerevisiae ATCC® 20618™ and S. cerevisiae to increase the ethanol yield. The ethanol yields of different batch reactors were also examined, including“separate hydrolysis and co-fermentation (SHCF)”at 50°C for pre-hydrolysis and at 30°C for fermentation, as well as“simultaneous saccharification and co-fermentation (SSCF)”at 32°C. The results indicated that the selected feedstocks contain fermentable sugars at a level of approximately 46-48%. The optimum conditions for dilute sulfuric acid/steam explosion pretreatment of the selected feedstocks almost doubled the cellulose content, indicating efficient sugar hydrolysis. Xylan loss and concentrations of by-products from the pretreatment hydrolysate were found to be linear with pretreatment severity. The ethanol yield for SSCF was similar to SHCF (Pearson's r= 0.99), demonstrating the applicability of the optimum conditions found in this study. After the laboratory studies, the environmental and economic performance of bioethanol fuel compared to conventional gasoline (CG) was evaluated using Life Cycle Assessment (LCA) and Environmental Life Cycle Cost (ELCC) Analysis for a 1-km travel distance functional unit (FU). The selected ethanol blends were E10 (10% ethanol/90% gasoline by volume) and E85 (85% ethanol/15% gasoline by volume). The results showed that E10 and E85 fueled vehicles can reduce the global warming potential by 4.7% and 47.1% with respect to CG, respectively. According to the ELCC calculations, E85 provided a 23% lower driving cost compared to CG.
Benzer Tezler
- Karbon içerikli atıkların yeni nesil yakıt üretiminde kullanım potansiyelinin kemometrik metotlarla araştırılması
Investigation of the utilization potential of carbon containing wastes in new generation fuel production by the chemometric methods
SEZER GÖYCINCIK
- Bioethanol production from lignocellulosic biomass
Lignoselülozik atıklardan biyoetanol üretimi
ÖZNUR YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MAHMUT ALTINBAŞ
PROF. DR. BESTAMİ ÖZKAYA
- Biyoetanol üretim prosesinin enerji optimizasyonu yaklaşımı
Energy optimization approach of bioethanol production process
MEHMET AKİF İLKHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
EnerjiHarran ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET AZMİ AKTACİR
- Bioethanol production from fungal sources using low-cost agro-industrial waste products
Düşük maliyetli tarımsal sanayi atıkları kullanarak küflerden biyoetanol üretimi
EZGİ EVCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Bilim ve Teknolojiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BANU ÖZEN
DOÇ. DR. CANAN TARI
- Farklı immobilizasyon yöntemleri ile etanol üretimi
Ethanol production with different immobilization methods
SEYEDEH HELIYA HASSANI
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
BiyoteknolojiAkdeniz ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İRFAN TURHAN