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
- Tez No: 832751
- Danışmanlar: DOÇ. DR. YASEMİN DİLŞAD YILMAZEL TOKEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Çevre Mühendisliği, Biotechnology, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 174
Özet
Bu çalışmanın amacı, hipertermofilik sıcaklıklarda ön işlem görmemiş sığır gübresinden (İSG) hidrojen (H2) gazı üretmek için verimli bir iki aşamalı KF ve MEH sistemi geliştirmektir. Bu tezin ilk bölümünde, İSG'nin karanlık fermantasyonu hipertermofilik selülolitik Caldicellulosiruptor bescii bakterisi ile yüksek organik yüklerde (50 g uçucu katı madde (UKM)/L'ye kadar), 75 ºC'de çalıştırılan kesikli reaktörler işletilerek incelenmiştir. H2 üretim verimi ve hızını artırmak için, aralıklı gaz serpmenin etkisi ve inokulumun adaptasyonu araştırılmıştır. Sonuçlar, adaptasyon stratejisinin biyohidrojen üretimi üzerinde üstün bir etkiye sahip olduğunu ortaya koymuştur. En yüksek hidrojen verimi, 15 g UKM/L İSG konsantrasyonunda 161,3 mL H2/g UKMeklenen olarak adapte edilen kültürden elde edilmiştir ve maksimum hidrojen üretim hızı, 25 g UKM/L İSG ile edilen 7,77 mL H2/mL/saat olarak kaydedilmiştir. Tezin ikinci bölümünde, asetat açısından zengin fermantasyon çıkış suyundan biyoelektrokimyasal hidrojen üretimi, hipertermofilik elektro-aktif arke kullanılarak MEH'de 80 ºC'de incelenmiştir. Deneysel çalışma hipertermofilik MEH'ler için inokulum ve biyofilm oluşumu için elektrot malzemesi seçimi ile başlamıştır. Geoglobus acetivorans tarafından hidrojen üretimini arttırmak için tek odacıklı MEH'lerde KF çıkış suyunun kullanımı incelenmiş ve son olarak performansın arttırılması için tezin ilk kısmına benzer şekilde adaptasyon stratejisi kullanılmıştır. Hidrojen üretim hızı (0,52 ± 0,07 m3 H2/m3gün), asetatla yetiştirilen kültüre (ve 0,05 ± 0,02 m3 H2/m3gün) kıyasla adapte edilmiş kültür kullanılarak başarıyla 11,5 kat artırılmıştır. Adapte olan biyofilm konfokal lazer taramalı ve taramalı elektron mikroskobu gibi farklı görüntüleme analizleri ile incelenmiştir. Bu çalışmada elde edilen 506,8 mL H2/g UKMeklenen H2 verimi önemli derecede yüksek olup, İSG'den hidrojen üretimi için iki aşamalı hipertermofilik KF ve MEH operasyonunun umut vadeden potansiyelini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
The objective of this study is to implement an efficient two-stage DF and MEC system operation to produce hydrogen from unpretreated cattle manure (UCM) at hyperthermophilic temperatures. In the first part of this thesis, the DF of UCM at high loadings (up to 50 g volatile solids (VS)/L) by hyperthermophilic cellulolytic bacterium Caldicellulosiruptor bescii was studied in batch reactors operated at 75 ºC. To increase the yield and the rate of H2 production, the impact of intermittent gas sparging and adaptation of inoculum were investigated. The results revealed that adaptation strategy has a superior effect on biohydrogen production. The highest hydrogen yield was achieved with the adapted culture as 161.3 mL H2/g VSadded at 15 g VS/L UCM and the maximum hydrogen production rate was 7.77 mL H2/mL/h at 25 g VS/L of UCM. In the second part of the thesis, bioelectrochemical hydrogen production from fermentation effluent, rich in acetate, was studied in MEC at 80 ºC using hyperthermophilic electro-active archaea. The experimental work included the selection of inoculum for hyperthermophilic MECs and electrode material for biofilm formation. Further, the utilization of DF effluent in single chamber MECs was studied to enhance the hydrogen production by Geoglobus acetivorans and finally adaptation strategy similar to the first part was used for performance enhancement. Hydrogen production rate (0.52 ± 0.07 m3 H2/m3d) was successfully increased by 11.5 times via the use of adapted culture compared to the acetate-grown wild type culture (and 0.05 ± 0.02 m3 H2/m3d). A variety of biofilm imaging analyses such as confocal laser scanning and scanning electron microscopy were conducted to study the viability of the adapted culture biofilm. This study demonstrates the promising potential of a two-stage hyperthermophilic DF and MEC process for hydrogen production from UCM, achieving a significant hydrogen yield of 506.8 mL H2/g VSadded.
Benzer Tezler
- A caldicellulosiruptor bescii based hyperthermophilic bioprocess for hydrogen production from renewable feedstock
Yenilenebilir besi stoklarından hidrojen üretimi için caldicellulosiruptor bescii tabanlı hipertermofilik biyoproses
YASEMİN DİLŞAD YILMAZEL TOKEL
Doktora
İngilizce
2014
Çevre MühendisliğiVillanova UniversityÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METE METİN DURAN
- Hyperthermophilic hydrogen production by geoglobus acetivorans in microbial electrolysis cells
Geoglobus acetivorans ile mikrobiyal elektroliz hücrelerinde hipertermofilik hidrojen üretimi
AYKUT KAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YASEMİN DİLŞAD YILMAZEL TOKEL
- Engineering of citrate synthase from thermoplasma acidophilum to investigate the molecular mechanisms of thermostability
Thermoplasma acidophilum sitrat sentaz enziminde thermal stabilitenin moleküler mekanizmasının protein mühendisliği yöntemi ile araştırılması
İPEK ERDURAN
Doktora
İngilizce
2000
BiyolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMRA KOCABIYIK
- Sıcak su kaynaklarından termofilik mikroorganizmalarin izolasyonu, identifikasyonu ve poli-β-hidroksibütirat üretim yeteneklerinin belirlenmesi
Isolation of thermophilic microorganisms from hot springs, identification and determination their ability to poly-β hydroxybutyrate pruduction
SERAP GEDİKLİ
Doktora
Türkçe
2016
BiyolojiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ÇABUK
DOÇ. DR. MEHMET BURÇİN MUTLU
- Amilaz enzimi üreten yerli fungus izolatlarının DNA barkodlaması
DNA barcoding of the native fungi isolates producing amylase enzyme
MERVE EROĞLU PARİM
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
BiyoteknolojiIğdır ÜniversitesiTarımsal Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ARZU ÜNAL