A caldicellulosiruptor bescii based hyperthermophilic bioprocess for hydrogen production from renewable feedstock
Yenilenebilir besi stoklarından hidrojen üretimi için caldicellulosiruptor bescii tabanlı hipertermofilik biyoproses
- Tez No: 710613
- Danışmanlar: PROF. DR. METE METİN DURAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Villanova University
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 174
Özet
Fosil enerji kaynaklarına olan yüksek bağımlılık ve bu yakıtların doğası gereği sebep oldukları çevre kirliliği ve kısıtlı rezervleri çeşitli toplumsal sorunlar yaratmıştır. Alternatif, yenilenebilir ve temiz kaynaklara acil ihtiyaç bulunmaktadır. Hidrojen (H2), yüksek enerji yoğunluğu ve karbon içermeyen doğası nedeniyle, etkili ve temiz bir kaynak olduğu için geleceğin enerji taşıyıcısı olarak umut vadeden bir seçenektir. Bu çalışmada, hipertermofilik Caldicellulosiruptor bescii (C. bescii, eski adıyla Anaerocellum thermophilum) bakterisinin tek karbon ve enerji kaynağı olarak, biyokatılar, inek gübresi, dallı darı, algler gibi yenilenebilir hammadde kaynaklarını ve bunların karışımlarını kullanarak büyüyüp, bunlardan H2 üretip üretemeyeceğini araştırıldı. Deneysel verilere dayanarak, yukarıda bahsedilen hammaddelerin H2'ye (ve potansiyel olarak etanole) dönüştürülmesi için bir hipertermofilik C. bescii bazlı biyoprosesin fizibilitesi araştırıldı. Yaklaşık yirmi yıl önce Kamçatka'nın (Rusya) kaplıcalarından izole edilen C. bescii, bu çalışmada başlıca mikrobiyal tür olarak kullanılmıştır. C. bescii, kimyasal/fiziksel ön işlem olmaksızın selülozik biyokütleyi tüketebilen birkaç doğal bakteri şusu arasındadır ve kristal selüloz kullanarak büyüyebilen ve metabolik son ürün olarak H2 üretebilen, bugüne kadar tanımlanmış en termofilik bakteridir. Bunun nedeni C. bescii'nin optimum büyüme sıcaklığının hipertermofilik (172 -176 oF) olması ve doğal selülaz enzimine sahip olmasıdır. Bu çalışmanın özgün yönü, H2 ve etanol üretimi için besi stoğunun, başta lignoselülozik biyokütle, atıksu biyokatıları ve hayvan gübresi olmak üzere atık malzeme olmasıdır. Deneysel verilerin sonuçları, etanolün C. bescii kültürünün son ürünü olmadığını ve geliştirilen biyoprosesin yalnızca bir H2 üretim işlemi olarak hizmet edebileceğini gösterdi. Bu çalışma, C. bescii kültürünün atıksu arıtma tesisi biyokatıları, dallı darı biyokütlesi, inek gübresi ve bunların karışımları üzerinde başarılı bir şekilde büyütülebildiğini göstermektedir. Yapılan hesaplar, 1.000 fitküp H2 üretmek için gereken besi stoğu miktarının (kuru katı olarak) 0,45 ABD tonu dallı darı biyokütlesi, 0,35 ABD tonu inek gübresi ve 0,29 ABD tonu biyokatı olarak değiştiğini göstermiştir. Her hammaddenin enerji verimi (megajoule/kg besleme stoğu), bu hipertermofilik işlemden üretilen H2'nin sadece elektrik üretimi için kullanıldığı göz önüne alınarak hesaplanmıştır. Kömür, doğal gaz ve ham petrol gibi yaygın yakıt kaynakları için enerji verimlerinin burada rapor edilen enerji verimleri ile karşılaştırılması, araştırılan prosesten elde edilen enerji verimlerinin yaygın fosil yakıt kaynaklarının %10'undan daha az olduğunu göstermektedir. Burada sunulan laboratuvar ölçekli deney sonuçlarına göre, inek gübresinden üretilen H2 miktarı, reaktör ısıtma gereksinimlerinin yaklaşık %27'sini karşılayabilecek mertebededir. Bu nedenle, prosesin ticari uygulanabilirliği, büyük ölçüde, bir atık işleme ücretinin tahsil edildiği bir atık yönetim sistemi olarak kullanılmasına bağlı olacaktır.
Özet (Çeviri)
The heavy dependence on fossil energy sources has created societal problems related to their inherent environmental pollution and limited availability. There is an urgent need for alternative, renewable and clean sources. Hydrogen (H2) is a promising option as an efficient and clean future energy carrier owing to its high energy density and carbon free nature. This work investigated whether hyperthermophilic bacteria Caldicellulosiruptor bescii (C. bescii, formerly Anaerocellum thermophilum) could grow on renewable feedstock resources, such as biosolids, cow manure, switchgrass and algae as the sole carbon and energy source and on their mixture and produce H2. Based on the experimental data, the feasibility of a hyperthermophilic C. bescii-based bioprocess for conversion of aforementioned feedstocks to H2 (and possibly ethanol) was investigated. C. bescii, discovered about two decades ago in thermal springs of Kamchatka (Russia), is used as the main microbial species. C. bescii is among a few natural bacterial strains that can degrade cellulosic biomass without chemical/physical pretreatment and is the most thermophilic bacteria that is able to grow on crystalline cellulose and produce H2 as a metabolic end product, identified to date. This is simply due to the fact that C. bescii grows optimally at hyperthermophilic temperatures (172 -176 oF) and has native cellulase enzymes. The transformative aspect of this study is the fact that the feedstock for H2 and ethanol production is waste material, mainly lignocellulosic biomass, wastewater biosolids, and animal manure. The results of the experimental data depicted that ethanol was not an end product of C. bescii and the investigated process can only serve as a H2 production process. The research described herein shows that C. bescii can be grown successfully on wastewater treatment plant biosolids, switchgrass, and cow manure and their mixture. Based on calculations, the amount of feedstock needed to produce 1,000 cubic feet of H2 varies as (dry solids) 0.45 U.S. tons of switchgrass, 0.35 U.S. tons of cow manure and 0.29 U.S. tons of biosolids. Energy yield (megajoules/kg feedstock) of each feedstock was calculated considering that H2 produced from this hyperthermophilic process is used for electricity generation only –0.45 for switchgrass, 0.53 for cow manure and 0.66 for biosolids. The comparison of energy yields for common fuel sources, such as coal, natural gas and crude oil, with the energy yields reported herein shows that the energy yields from the investigated process are less than 10% of the common fossil fuel sources. Based on the results of the bench-scale experiments reported here, the amount of H2 produced from cow manure would offset about 27% of the reactor heating requirements. Thus, the commercial viability of the process would rely heavily on its employment as a waste management system where a tipping fee is charged.
Benzer Tezler
- Hyperthermophilic hydrogen production from cattle manure by two-stage dark fermentation and microbial electrolysis cell
İki aşamalı hipertermofilik karanlık fermantasyon ve mikrobiyal elektroliz hücresi ile sığır gübresinden hidrojen üretimi
BERİVAN TUNCA
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YASEMİN DİLŞAD YILMAZEL TOKEL
- Determination of contact angle of olive oil and canolaoil on a ptfe surface at elevated temperatures
Başlık çevirisi yok
ALEV YÜKSEL AYDAR
- Oxide-free gadolinium nanoparticles as mrı contrast agents
Başlık çevirisi yok
YAVUZ NURİ ERTAŞ
Doktora
İngilizce
2017
BiyomühendislikCalifornia State University-Los AngelesPROF. LOUİS-SERGE BOUCHARD
- بناء برنامج متكامل في الدين الإسلامي للطلاب الأجانب الذين يتعلموناللغة العربية ودراسة أثرها على تنمية مهارات القراءة والاتجاه نحو تعلماللغة العربية
Arap Dilini Öğrenen Yabancı Öğrenciler için İslam Dininde Entegre Bir Program Oluşturmak, Okuma Becerilerinin Gelişimi ve Arap Dilini Öğrenme Eğilimi üzerindeki etkisini incelemek
AHMED HASSAN MOHAMED ALİ
