Geri Dön

A novel hybrid thermochemical-biological refinery integrated with power-to-X approach for obtaining biopolymers

Biyopolimer elde etmek için enerjiden-materyale yaklaşımıyla entegre yeni bir hibrit termokimyasal-biyolojik rafineri

PDF İndir

  1. Tez No: 796640
  2. Yazar: YUSUF KÜÇÜKAĞA
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. SERDAR KARA, DOÇ. DR. CRISTIAN TORRI
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Biyoteknoloji, Kimya, Çevre Mühendisliği, Biotechnology, Chemistry, Environmental Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 126

Özet

Bu çalışmada, biyopolimerlerin (yani polihidroksialkanoatlar, PHA) elde edilmesi için“enerjiden-materyale”yaklaşımı ile entegre edilmiş yeni bir hibrit termokimyasal-biyolojik rafineri geliştirilmiştir. Bu konsept dahilinde, üçleme şeklinde bir proses şeması ile, (i) entegre piroliz-gazlaştırma yoluyla termokimyasal dönüşümü; (ii) uçucu yağ asitleri (UYA) üretimi için termokimyasal yöntemlerce elde edilen biyodönüşebilir ürünlerin anaerobik fermantasyonu; (iii) ve UYA-dan-PHA'ya mikroaerofilik-aerobik özel bir proses ile biyopolimer sentezi gerçekleştirilmiştir. Lignoselülozik (odunsu) biyokütlenin dönüştürülmesi önerilen biyorafinerinin ilk aşamasında; sentez gazı ve pirolitik sıvının suda çözünür fraksiyonu (WS) gibi fermente edilebilir ürünler, mikrobiyal katalizör olarak kullanılacak gözenekli biyoçar malzemesi ve sıvı yakıt statüsünde yoğun-yağ elde edilmiştir. Entegre piroliz-gazlaştırma sistemi içinde, biyokütle verimli bir şekilde biyokütlenin kimyasal enerji içeriğinin %66'sına kadarını temsil eden fermente edilebilir ara ürünlere dönüştürülmüştür. İkincil aşamada, yani VFA-zengin sıvıların elde edilmesi için uygulanan anaerobik fermantasyonda, üç farklı alt proses incelenmiştir. İlk fermantasyon testi, biyokütlenin biyokömür yataklı orijinal bir biyoreaktör içinde pirolizi yoluyla elde edilen WS malzemelerinin asidojenik biyodönüşümüdür ve 0,6 gCOD/L-gün verimlilik (VP) değerlerine ulaşılmıştır. Sonra, entegre piroliz-gazlaştırma aşamasının gaz fraksiyonu olarak C1 bakımından zengin sentez gazı malzemeleri, yenilikçi biyoçar bazlı biyofilm difüzör reaktörü (CBSR) içinde fermente edilmiş ve 9.8 gCOD/L-gün VP'ye ulaşılmıştır. Üçüncü olarak, yenilenebilir enerji kaynakları yoluyla malzeme elde etmenin yenilikçi yolu,“power-to-x”konseptine dayanan homoasetojenik biyodönüşümdür. Yani, su elektrolizinden üretilen H2 ve birincil sera gazı olarak CO2, anaerobik kültürler tarafından CBSR sistemi içinde UYA'ya başarıyla dönüştürülmüştür (VP 18.2 gCOD/L-gün). Geliştirilen biyorafineri şemasının son aşamasında, VFA %60'a kadar PHA içeren çamurların elde edildiği sürekli mikroaerofilik-aerobik mikro-tesis içinde biyopolimerlere dönüştürülmüştür.

Özet (Çeviri)

In this study, a novel hybrid thermochemical-biological refinery integrated with power-to-x approach was developed for obtaining biopolymers (namely polyhydroxyalkanoates, PHA). Within this concept, a trilogy process schema comprising of, (i) thermochemical conversion via integrated pyrolysis-gasification technologies, (ii) anaerobic fermentation of the bioavailable products obtained through either thermochemistry or water-electrolysis for volatile fatty acids (VFA) production, (iii) and VFA-to-PHA bioconversion via an original microaerophilic-aerobic process was developed. During the first stage of proposed biorefinery where lignocellulosic (wooden) biomass was converted into, theoretically fermentable products (i.e. bioavailables) which were defined as syngas and water-soluble fraction of pyrolytic liquid (WS); biochar as a biocatalyst material; and a dense-oil as a liquid fuel. Within integrated pyrolysis - gasification process, biomass was efficiently converted into fermentable intermediates representing up to 66% of biomass chemical energy content in chemical oxygen demand (COD) basis. In the secondary stage, namely anaerobic fermentation for obtaining VFA rich streams, three different downstream process were investigated. First fermentation test was acidogenic bioconversion of WS materials obtained through pyrolysis of biomass within an original biochar-packed bioreactor, it was sustained up to 0.6 gCOD/L-day volumetric productivity (VP). Second, C1 rich syngas materials as the gaseous fraction of pyrolysis-gasification stage, was fermented within a novel char-based biofilm sparger reactor (CBSR), where up to 9.8 gCOD/L-day VP was detected. Third was homoacetogenic bioconversion within the innovative power-to-x pathway for obtaining commodities via renewable energy sources. More specifically, water-electrolysis derived H2 and CO2 as a primary greenhouse gas was successfully bio-utilized by anaerobic mixed cultures into VFA within CBSR system (VP: 18.2 gCOD/L-day). In the last stage of the developed biorefinery schema, VFA is converted into biopolymers within a new continuous microaerophilic-aerobic microplant, where up to 60% of PHA containing sludges was obtained.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    403074

    Experimental and theoretical investigations of magnesium-chlorine cycle and its integrated systems

    Başlık çevirisi yok

    HASAN ÖZCAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Makine MühendisliğiUniversity of Ontario Institute of Technology

    PROF. DR. İBRAHİM DİNÇER

  2. Tez No

    835154

    Performance enhancing additives for hybrid rockets

    Hibrit roketler için performans arttırıcı katkı malzemeleri

    HAKKI KARAKAŞ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İBRAHİM OZKOL

    DOÇ. DR. MUSTAFA ARİF KARABEYOĞLU

  3. Tez No

    304812

    Özgün ısıl enerji depolama sistemlerinin analizi ve performans değerlendirmesi

    Analysis and performance assessment of novel thermal energy storage systems

    HAKAN ÇALIŞKAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    EnerjiEge Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ARİF HEPBAŞLI

    PROF. DR. İBRAHİM DİNÇER

  4. Tez No

    651613

    A novel hybrid language model for finite state-based morphology

    Sonlu durum tabanlı morfoloji için yeni bir hibrit dil modeli

    AYLA KAYABAŞ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Bilim ve TeknolojiAnkara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET ERCAN TOPCU

  5. Tez No

    856323

    A novel hybrid scaffold for managing critical size mandibular defects

    Kritik boyutlu mandibüler hasarların yönetimi için yeni bir hibrit doku iskele modeli

    SAİT EMRE DOĞAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    BiyomühendislikBoğaziçi Üniversitesi

    Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CENGİZHAN ÖZTÜRK

    PROF. DR. BAHATTİN KOÇ

Geri Dön