Mikroalglerden biyogaz eldesinde ultrases ön işlem uygulamalarının optimizasyonu
Optimization of ultrasound pretreatment in biogas production from microalgae
- Tez No: 888715
- Danışmanlar: DOÇ. DR. EBRU KOCA AKKAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 95
Özet
Son yıllarda araştırmacılar daha temiz, sürdürülebilir, karbon nötr ve çevre dostu enerji alternatifleri ile ilgili birçok araştırma yapmakta ve bunlardan biri olan anaerobik çürütme sistemleri ile biyogaz üretimi bu gereksinimleri karşılayan önemli bir ekolojik alternatif olarak görülmektedir. Bu sistemlerde hammadde olarak kullanılabilen mikroalgler ise; türe bağlı olarak değişen yüksek karbonhidrat, yağ ve protein içerikleri ile önemli bir biyoenerji kaynağı olarak kabul edilmektedir. Ancak biyokütlenin hücresel yapısı anaerobik çürütme sistemlerinde hidroliz aşamasını sınırlamaktadır. Bu nedenle anaerobik çürütme öncesi bir ön işlem uygulaması önem kazanmaktadır. Bu çalışmada mikroalg biyokütlesinden biyogaz üretiminin iyileştirilmesinde ultrases (US) ön işlemi uygulanması ve bu sürecin optimizasyonununda Taguchi metodu kullanılarak verimliliğin arttırılması amaçlanmıştır. Hayvansal atıksu içerisinde yetiştirilen karışık mikroalg biyokütlesine uygulanan ultrases ön işleminde, güç (%40-100), zaman (75-600 sn) ve katı-sıvı oranı (%0,5-3) gibi farklı değişkenler değerlendirilmiştir. Ön işlem uygulamasının biyokütlenin hücre parçalanması üzerindeki etkisinin değerlendirilmesi amacıyla % parçalanma dereceleri hesaplanmış ve biyokütlenin biyogaz üretim potansiyeli biyokimyasal metan potansiyel (BMP) testleri ile ölçülmüştür. Ultrases uygulaması sonrası elde edilen % parçalanma dereceleri dört farklı katı sıvı oranı için US-4, US-8, US-10 ve US-13 deneysel koşulları için sırasıyla %34, %18, %15 ve %11 olarak bulunmuştur. Hesaplanan S/N oranı ile ultrases ön işleminde kullanılan yüksek enerji, yüksek maruz kalma süresi ve azalan biyokütlenin etkisinin daha yüksek parçalanma derecesini sağladığı görülmüştür. S/N oranının ANOVA analizi mikroalgal biyokütlenin ultrases ön işleminde uygulanan katı sıvı oranının parçalanma derecesi üzerinde %53,47'lik etki ile diğer parametrelerden daha önemli olduğunu göstermiştir. Ayrıca %92,95 R2 değeri modelin istatiksel geçerliliğini desteklemektedir. Ön işlem sonrası en yüksek biyogaz üretim potansiyelleri US-4, US-8, US-10 ve US-13 ön işlem koşulları için kontrol numuneleri ile karşılaştırıldığında sırasıyla 5 kat, 2 kat, 2 kat ve 0,6 kat arttığı gözlemlenmiştir. Kinetik model sonuçlarına göre %90 üzeri R2 ile Modifiye Gompertz modeli ve Birinci Derece Reaksiyon Kinetik modeli deneysel veriler ile uyumludur. Son olarak bir enerji değerlendirmesi yapılarak harcanan enerjinin biyogaz üretimi ile elde edilen enerjiden daha yüksek olduğu tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
In recent years, researchers have been conducting many researches on cleaner, sustainable, carbon neutral and environmentally friendly energy alternatives and biogas production with anaerobic digestion systems is seen as an important ecological alternative that meets these requirements. Microalgae, which can be used as raw materials in these systems, are recognized as an important bioenergy source with their high carbohydrate, fat and protein contents that vary depending on the species. However, the cellular structure of biomass limits the hydrolysis step in anaerobic digestion systems. Therefore, it is important to apply a pretreatment before anaerobic digestion. In this study, it was aimed to apply ultrasound (US) pretreatment to improve biogas production from microalgae biomass and to increase efficiency by using Taguchi method in the optimization of this process. Different variables such as power (40-100%), time (75-600 s) and solid-liquid ratio (0,5-3%) were evaluated in the ultrasonic pretreatment of mixed microalgae biomass grown in animal wastewater. In order to evaluate the effect of pretreatment on cellular degradation of biomass, % degradation was calculated and biogas production potential of biomass was measured by biochemical methane potential (BMP) tests. The % fragmentation degrees obtained after ultrasound application were found to be 34%, 18%, 15% and 11% for four different solid liquid ratios for US-4, US-8, US-10 and US-13 experimental conditions, respectively. The calculated S/N ratio showed that the effect of high energy, high exposure time and reduced biomass used in the ultrasound pretreatment resulted in a higher degree of degradation. ANOVA analysis of the S/N ratio showed that the solid to liquid ratio applied in the ultrasonic pretreatment of microalgal biomass was more significant than the other parameters with an effect of 53,47% on the degree of degradation. Moreover, the R2 value of 92,95% supports the statistical validity of the model. The highest biogas production potentials after pretreatment were observed to increase 5-fold, 2-fold, 2-fold and 0.6-fold for pretreatment conditions US-4, US-8, US-10 and US-13, respectively, compared to the control samples. According to the kinetic model results, the Modified Gompertz model and the First Order Reaction Kinetic model are compatible with the experimental data with R2 over 90%. Finally, an energy assessment was made and it was found that the energy consumed was higher than the energy generated by biogas production.
Benzer Tezler
- Integrated nutrient removal and biogas production using microalgal and anaerobic microbial cultures
Mikroalgal ve anaerobik mikrobiyal kültürler ile entegre besiyer madde giderimi ve biyogaz üretimi
AYŞE ÖZGÜL ÇALICIOĞLU ŞENGÜL
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Çevre MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. GÖKSEL NİYAZİ DEMİRER
- Enhancement of biogas production from microalgae by enzymatic pretreatment
Enzimatik ön arıtım ile mikroalglerden biyogaz üretiminin arttırılması
ECE KENDİR ÇAKMAK
Doktora
İngilizce
2019
Çevre MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞENUR UĞURLU
- Mikroalglerin arıtma çamurlarından biyogaz üretimine etkisi
Effect of microalgae on biogas production from wastewater sludge
NİHAL ŞENOL SAYGILI
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
EnerjiÇanakkale Onsekiz Mart ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN AYMAN ÖZ
- Effect of rumen fungi on potential of biogas production in anaerobic digesters fed with different lignocellulosic compounds
Rumen funguslarının farklı lignoselülozik bileşiklerle beslenen anaerobik çürütücülerdeki biyogaz üretim potansiyeline etkisi
ELİF YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Çevre MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiÇevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHAR İNCE
DR. SEVCAN AYDIN
- Microalgae growth in anaerobic digestate for high-value product recovery
Anaerobik çürütücü çıkış suyunda büyütülen mikroalglerden değerli ürün geri kazanımı
HANDE ERMİŞ
Doktora
İngilizce
2020
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MAHMUT ALTINBAŞ