İki adımlı fermantasyon ile atık pirinçten biyobütanol üretimi ve ekonomik analizi
Biobutanol production via two-step fermentation from waste rice and economic analysis
- Tez No: 675915
- Danışmanlar: PROF. DR. FATMA JALE GÜLEN, DOÇ. DR. TÜLİN ARASOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Kimya Mühendisliği, Mikrobiyoloji, Energy, Chemical Engineering, Microbiology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 176
Özet
Gıda atıklarından biyoyakıt üretimi, Birleşmiş Milletler (BM) tarafından hedef gösterilen 2050 yılına kadar net sıfır karbon salınımı amacıyla CO2 emisyonlarını azaltarak gelecekteki düşük karbon toplumuna katkıda bulunmak için umut verici yaklaşımlardan biridir. Biyobütanol üretimi biyolojik yöntem olan aseton-bütanol-etanol (ABE) fermantasyonu ile gerçekleştirilmektedir, Clostridium'un anaerobik doğası ve kullanılan ham maddelerin ihtiyaç duyduğu ön işlemler sebebiyle enzim ve anaerobik ortam oluşturma gibi ekstra operasyonel maliyetler ortaya çıkmaktadır. Bu çalışmada, atık pirinçten iki adımlı fermantasyon ile biyobütanol üretilmiştir. ABE fermantasyonundan önce pirincin sakkarifikasyonu, yukarıda belirtilen enzim maliyeti sınırlamalarını aşmak için katı-hal fermantasyonu ile Aspergillus oryzae kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, literatürde ilk kez aerotolerant özellikli yabani tip C. acetobutylicum YM1 suşu ile aerobik ve steril olmayan şartlarda ABE fermantasyonu gerçekleştirilmiş ve operasyonel maliyetler düşürülmüştür. Fermantasyon sonuçları ve temel varsayımlar, iki adımlı biyolojik süreçlerle endüstriyel ölçekli bir ABE üretim tesisi için SuperPro Designer®'a uyarlanmıştır. Enzim ve azot maliyetini ortadan kaldırmanın yanı sıra, bütanol üretim maliyetinin daha da düşürülmesi için proses artıklarından buhar, güç üretimi ve ısı entegrasyonu gibi diğer stratejiler uygulanmıştır. Hem deneysel fermantasyon hem de yazılım simülasyonu sonuçları, enzimatik sakkarifikasyon yerine katı-hal fermantasyonunun uygulanması ve aerobik koşullar altında ABE fermantasyonunun gerçekleştirilmesinin, bütanolün birim fiyatında umut verici bir düşüşle sonuçlandığını göstermektedir. Ayrıca, net bugünkü değer, geri ödeme süresi, iç karlılık oranı gibi bir işletmenin karlılık analizi için gerekli temel ekonomik kavramlar hesaplanmıştır. Son olarak, ABE tesisinin dalgalı biyoyakıt piyasa fiyatları ve çevresel koşullara karşı karlılığını göstermek için hammadde fiyatına, iskonto oranına ve kredi faiz oranına karşılık birleşik duyarlılık analizi gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, endüstriyel ölçekte iki adımlı bir fermantasyon tesisinin nişasta bazlı atıkların bütanol üretiminde verimli bir şekilde değerlendirilmesi için umut verici bir yaklaşım olduğunu göstermiştir.
Özet (Çeviri)
The production of biofuels from food wastes by aiming the net-zero carbon emission by 2050 pointed by the United Nations (UN) is one of the promising approaches for contributing to the future low-carbon society, mitigating CO2 emissions. Biobutanol production is carried out by a biological process, called acetone-butanol-ethanol (ABE) fermentation. Due to the anaerobic nature of Clostridium and the pretreatment processes required by the raw materials used, some extra operational costs arise such as creating an enzyme and providing the anaerobic environment. In this study, biobutanol was produced from waste rice by two-step fermentation. Prior to ABE fermentation, the saccharification of rice was performed by Aspergillus oryzae via solid-state fermentation (SSF) for circumventing the cost limitations mentioned above. Also, as a first study in the literature, ABE fermentation was performed with aerotolerant wild type C. acetobutylicum YM1 strain under aerobic and non-sterile conditions and operational costs were reduced. Fermentation results and key assumptions were adapted to SuperPro Designer® for an industrial-scale ABE production plant by two-step biological processes. Besides the savings from eliminating enzyme and nitrogen cost, other strategies, steam, power generation from process residue, and heat integration were applied for further reduction in the butanol production cost. Both the experimental fermentation and software simulation results showed that performing SSF instead of enzymatic saccharification and conducting ABE fermentation under aerobic conditions resulted in a promising reduction in the unit price of butanol. In addition, fundamental economic notions required for a company's profitability analysis such as Net Present Value (NPV), Payback Period (PB), Internal Rate of Return (IRR) were calculated. Finally, the conjoint sensitivity analysis was applied to feedstock price, discount rate, and loan interest rate to demonstrate the profitability of the ABE plant against the fluctuated biofuel market prices and environmental conditions. The results showed that an industrial-scale two-step fermentation plant for butanol production from starch-based wastes is promising for eco-efficient evaluation of substrates.
Benzer Tezler
- Potential of biopolymer production from apple wastewater through microbial processes
Mı̇krobı̇yal süreçler yoluyla elma atık suyundan biyopolimer üretim potansiyeli
ELİF ERENLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVİN YAĞCI
DOÇ. DR. GÜLSÜM EMEL ZENGİN BALCI
- Yüksek tuzlulukta endüstriyel fermentasyon atık sularının değerlendirilmesi
Recovery of highly saline industrial fermentation wastewater
ZEYNEP EKİN KARABULUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATMA ELİF GENCELİ GÜNER
- Inverse metabolic engineering and molecular characterization of resistance to phenolic compounds in Saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces cerevisiae'de fenolik bileşiklere direncin tersine metabolik mühendisliği ve moleküler karakterizasyonu
BURCU HACISALİHOĞLU
Doktora
İngilizce
2019
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEYNEP PETEK ÇAKAR
- İki adımlı elektrokimyasal kaplama yöntemiyle yeni nesil Cu2XSnS4 (X= Co+2, Fe+2, Mn+2, Ni+2, Zn+2) ince filmlerinin sentezi ve karşıt elektrot olarak boya-duyarlı güneş pili uygulamaları
Synthesis of Cu2XSnS4 (X= Co2+, Fe2+, Mn2+, Ni2+, Zn2+) thin films by two-step electrochemical deposition method and their use as a counter electrode in dye-sensitized solar cell
ERDİNÇ EROL
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Metalurji MühendisliğiKaramanoğlu Mehmetbey Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SAVAŞ SÖNMEZOĞLU
- İki adımlı şifreleme ile dinamik veri kayıt sistemi
Dynamic data recording system with two step encryption
ZEHRA NUR KÖSE
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSakarya ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHAMMED FATİH ADAK
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA AKPINAR