Enhancement of biogas production from microalgae by enzymatic pretreatment
Enzimatik ön arıtım ile mikroalglerden biyogaz üretiminin arttırılması
- Tez No: 591897
- Danışmanlar: PROF. DR. AYŞENUR UĞURLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 255
Özet
Yenilenebilir enerji kaynakları, küresel enerji ihtiyacının artması ve fosil yakıtlardan kaynaklı çevresel endişelerin artması sebebiyle kaydadeğer bir dikkat kazanmıştır. Anaerobik çürütme yenilenebilir enerji teknolojilerinden bir olup çeşitli biyokütlelerden gaz enerjisi üretmeye olanak sağlamaktadır. Mikroalgler, anaerobik çürütme için güzel bir adaydırlar, fakat sert hücre duvarı yapısına sahip mikroalglar anaerobik bakterinin mikroalg biyokütlesini parçalamasını engellemekte ve metan üretiminde limitleyici olmaktadır. Mikroalglerden metan üretimini geliştirmek için, ön arıtım yöntemlerinin anaerobik çürütme öncesinde uygulanması, sert hücre duvarı yapısının parçalanmasını ve biyokütle çözünürlüğünün artmasını sağlamaktadır. Sonuç olarak, iyileştirilmiş metan üretim potansiyelleri elde edilebilmektedir. Bu tezin ana amacı, anaerobik çürütme öncesinde mikroalg biyokütlesine enzimatik ön arıtım uygulayarak metan üretiminin geliştirilmesidir. Enzimatik ön arıtım, iki farklı mikroalg türü (Scenedesmus sp. ve Porphydium cruentum) kullanılarak enzim (selülaz, proteaz, karbohidraz karışımı, enzim karışımı) enzim dozu (0.1-0.5 mL/ g biyokütle), sıcaklık (25-55°C) ve zaman (1-24 saat) gibi farklı koşullarda gerçekleştirilmiştir. Enzimatik ön arıtımın etkisini belirleyebilmek için enzimatik ön arıtım sonrasında organik madde çözünürlüğü ve hücre duvarının parçalanması incelenmiştir ve ön arıtım uygulanmış biyokütlenin metan üretim potansiyelleri biyokimyasal metan potansiyel testleri ile hem mezofilik hem de termofilik sıcaklık aralığında incelenmiştir. Scenedesmus sp. için selülaz (8.8-12.3% çözünürlük artışı), proteaz (14.6-17% çözünürlük artışı), karbohidraz (8.2-16% çözünürlük artışı) ve enzim karışımı (22.5-37.8% çözünürlük artışı), hücre duvarının parçalanması ve biyokütlenin çözünürlüğü açısından etkili olmuştur. P.cruentum için ise, proteaz (14.9-32.3% çözünürlük artışı), karbohidraz karışımı (27-30.4% çözünürlük artışı) ve enzim karışımı (22.3-30.53% çözünürlük artışı) etkili olmuştur. Enzimatik ön arıtım sonrasında en yüksek metan gelişim potansiyelleri Scenedesmus sp. için mezofilik sıcaklıkta, enzim karışımı (0.5 mL doz) ile yapılan ön arıtım sonrasında 109 %, termofilik sıcaklıkta ise proteaz (0.5 mL doz) ön arıtımı sonrasında 71.4% artış göstermiştir. P.cruentum için ise mezofilik sıcaklıkta, proteaz (0.5 mL doz) ile yapılan ön arıtım sonrasında 71.7 %, termofilik sıcaklıkta ise proteaz (0.5 mL doz) ön arıtımı sonrasında 100 % artış göstermiştir. Her iki mikroalg türü için de termofilik çürütmede daha yüksek metan üretim potansiyelleri elde edilmiştir ve en yüksek metan iyileştirme değerleri her iki mikroalg türü için de enzim karışımı ve proteaz ön arıtımı ile elde edilmiştir. Kinetik model sonuçlarına göre modifiye edilmiş Gompertz modeli birinci derece reaksiyon kinetik modeline göre deneysel datalar ile daha iyi uyuşmuştur. Enerji değerlendirmesi sonuçlarına göre, ham mikroalg için enerji oranı 1 den daha yüksek çıkmıştır. Fakat, bu oranlar enzimatik ön arıtım ile düşürülmüştür.
Özet (Çeviri)
Renewable energy sources have gained considerable attention due to increasing global energy demand and environmental concerns on fossil fuels. Anaerobic digestion is one of the renewable technologies that can produce gaseous energy from several types of substrates. Microalgal biomass is a good candidate for anaerobic digestion, however; rigid cell wall characteristics prevent accessibility of anaerobic bacteria to degrade microalgal biomass and limits methane production from microalgae. To enhance methane production from microalgae, application of pretreatment methods prior to anaerobic digestion provides rigid cell wall disruption and cell membrane solubilization. As a result, enhanced methane production potentials could be achieved by increasing the accessibility of microalgal biomass for hydrolytic bacteria. Main objective of this thesis was to enhance methane production from microalgae biomass by enzymatic pretreatment prior to anaerobic digestion. Enzymatic pretreatment was carried out with two different microalgae (Scenedesmus sp. and Porphydium cruentum) at different pretreatment conditions including different enzymes (cellulase, protease, viscozyme, and enzyme mix including protease and visczoyme), enzyme doses (0.1-0.3-0.5 mL/ g biomass), temperatures (25-55°C), and time (1-24 hours). In order to determine the effectiveness of the enzymatic pretreatment, organic matter solubilization and cell wall disruption after enzymatic pretreatment were evaluated and methane production potential of pretreated biomass were determined by Biochemical Potential Tests (BMP) at both mesophilic (35°C) and thermophilic (55°C) range. The results showed that enzymatic pretreatment at 55 °C showed highest solubilization efficiencies and efficiency of enzyme used in pretreatment is directly related to characteristics of microalgae. In case of Scenedesmus sp., cellulase (8.8-12.3% solubility increase), protease (14.7-16 % solubility increase), viscozyme (8.2-16% solubility increase), and enzyme mix (22.5-37.8% solubility increase), were effective for cell wall degradation and biomass solubilization. In case of P. cruentum, protease (14.9-32.3 % solubility increase), viscozyme (27-30.4 % solubility increase), and enzyme mix (22.3-30.53 % solubility increase) were effective to improve biomass solubilization. After enzymatic pretreatment, highest methane improvements were achieved for Scenedesmus sp. as 109% after enzyme mix pretreatment (0.5 mL) at mesophilic temperature and 71.4% after protease pretreatment (0.5 mL dose) at thermophilic temperature. For P. cruentum, methane improvements were achieved as 71.7 % after protease pretreatment (0.5 mL dose) at mesophilic temperature and 100% (0.5 mL dose) after protease pretreatment at thermophilic temperature. According to the results, thermophilic digestion provided higher methane yields for both microalgae and highest methane improvements were achieved with enzyme mix and protease pretreatment for both microalgae Kinetic model studies showed that modified Gompertz model were able to fit experimental values than first order kinetic model. Energy assessment results indicated the ratio of energy input to the energy output were less than 1 for both untreated microalgae. However, the ratios were reduced by application of enzymatic pretreatment for both microalgae.
Benzer Tezler
- Enhancement of biogas production from cattle manure using a combined microbial electrolysis cell and anaerobic digester
Kombine mikrobiyal elektroliz hücresi ve anaerobik çürütücü kullanılarak büyükbaş hayvansal gübresinden biyogaz üretiminin arttırılması
KENAN DALKILIÇ
Doktora
İngilizce
2021
BiyoteknolojiHacettepe ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞENUR UĞURLU
- Plant-wide process analysis targeting reliable estimation of biogas production from anaerobic sludge digestion
Anaerobik çamur çürütme prosesinden biyogaz üretiminin güvenilir tahminine yönelik tesis geneli proses analizi
GÖKŞİN ÖZYILDIZ
Doktora
İngilizce
2024
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYRETTİN GÜÇLÜ İNSEL
- Erzurum biyolojik atıksu arıtma tesisinde sıfır atık yaklaşımı ile enerji potansiyelinin artırılması
Increasing energy potential with a zero waste approach in Erzurum biological wastewater treatment plant
MELİK BAYRAKÇEKEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Çevre MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERGÜN YILDIZ
- Biyogazdan hidrojen üretimi için nikel esaslı katalizörlerin geliştirilmesi
Development of nickel based catalysts for hydrogen production from biogas
HALE AKANSU
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜSEYİN ARBAĞ
- Termal ön arıtımın bira katı atıklarından biyogaz ve metan üretimine etkisi
Effect of thermal pre-treatment on biogas and methane production from beer waste
HAMDİ MURATÇOBANOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Çevre MühendisliğiErciyes ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM PEKER