Assessment of processing of some fruit and vegetable products using exergy and life cycle analyses
Bazı meyve ve sebze ürünlerinin işlenmesinin ekserji ve yaşam döngüsü analizleri kullanılarak değerlendirilmesi
- Tez No: 891444
- Danışmanlar: PROF. DR. ZAFER ERBAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Adana Alparslan Türkeş Bilim Ve Teknoloji Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 246
Özet
Gıda işleme, yüksek oranda enerji tüketimine dayanan ve çevresel etkileri sıklıkla doğru şekilde tanımlanamayan veya ölçülemeyen bir süreçtir. Gıda sektörü, özellikle de gıda işleme, kaynaklara ve enerjiye olan önemli bağımlılığı ile bilinmektedir ve bu da kayda değer çevresel sonuçlara yol açmaktadır. Öte yandan, gıda insanoğlunun en hayati ihtiyaçlarından birisidir ve gıdaların üretimi sırasında sürdürülebilirlik yaklaşımı günümüzde oldukça önem kazanmıştır. Ekserji analizini yaşam döngüsü analizi (YDA) ile birleştiren yaklaşım, gıda üretim süreçlerindeki verimsizlikleri belirlemek ve ölçmek ve daha sürdürülebilir üretim uygulamalarına yol gösterici iyileştirmeler önermek, gıda işleme operasyonlarının çevresel etkileri ve enerji verimliliği hakkında daha ayrıntılı bir anlayış sağlayabilecek görece yeni, etkili ve uygulanabilirdir. Bu tez çalışmasında, meyve ve sebze işleme sektöründe belirli ürünlerin üretim süreçlerinin tarladan sofraya ve beşikten kapıya yaklaşımıyla kümülatif enerji, ekserji ve YDA kullanılarak, kapsamlı bir değerlendirme yapılmıştır. Bu hedeflere ulaşmak için, tarım, işleme, paketleme ve nakliye süreçleri gibi üretimin farklı aşamalarının geniş ölçekte analizi gerçekleştirilmiştir. Enerji, ekserji, karbondioksit (CO₂) emisyonları ve YDA değerleri; enerji, ekserji tüketimi ve çevresel etki için kritik noktaları belirlemek amacıyla, üretimin her aşaması için temel durum baz alınarak hesaplanmıştır. Çalışmada, küresel meyve ve sebze sektörünün temsilcileri olarak en yaygın tüketilen iki hammadde olan domates ve tatlı kırmızı biber (TKB) incelenmiştir. Çalışma, perakende domates, domates suyu, domates salçası ve perakende TKB, TKB salçası, közlenmiş TKB ve kurutulmuş TKB gibi tatlı kırmızı biber ürünleri dahil olmak üzere, işlenmiş domates ve tatlı kırmızı biber ürünlerini incelemiştir. Hesaplanan tüm parametreler arasında, tarla üretimi ve paketleme-nakliye aşamaları, üretim aşamaları arasında birincil katkıda bulunanlar olarak ortaya çıkmıştır. Girdi olarak dizel tüketimi, elektrik, doğal gaz, gübre kullanımı, çelik ve cam ambalaj; ekipman olarak buharlaştırma, sterilizasyon ve aseptik dolum, çalışmada incelenen tüm bileşenler arasında değerlendirilen tüm göstergelerin başlıca katkı sağlayıcıları olarak belirlenmiştir. Abiyotik (fosil) tükenme potansiyeli, küresel ısınma potansiyeli, tatlı su sucul ekotoksisitesi, ve insan toksisitesi potansiyellerinin yaşam döngüsü etki kategorileri arasında en yüksek çevresel etkilere sahip olduğu belirlenmiştir. Temel senaryoda (TS), kümülatif enerji tüketimi (CEnC), kümülatif ekserji tüketimi (CExC) ve kümülatif karbondioksit tüketimi (CCO₂C) ve YDA için en yüksek değerlerin elde edildiği gözlemlenmiştir. Buna karşılık, biyodizel senaryosu (BS) en düşük değerleri gösterirken, bunu hassas uygulamalı tarım senaryosu (HUT) takip etmektedir. BS uygulaması, perakende domates üretiminde kümülatif enerji değerinin 3320.12 MJ/ton'dan 1380.40 MJ/ton'a düşmesini sağlamıştır. Domates tarımında HUT uygulaması dikkate alındığında, CEnC değerinde %14,7'lik bir azalma gerçekleşmiştir. Çalışmada bir metrik ton taze domates üretiminden kaynaklanan küresel ısınma potansiyeli değeri 120 kg CO₂ eşdeğeridir. Öte yandan, perakende TKB'nin değerlendirilen tüm ölçümlerine katkıda bulunan birincil faktör, sırasıyla %87, %71 ve %32 CEnC, CExC ve CCO₂C değerlerine sahip gübrelerin kullanılmasıdır. Bir ton taze TKB, sırasıyla 2742.20 MJ/ton ve 1387.91 MJ/ton CEnC ve CExC değerleri ile 39.82 kg/ton CO₂ emisyonuna neden olmaktadır . Fabrika işlemlerinde ve taşımacılıkta biyodizel kullanımının artırılması önerilmektedir. Çeşitli tarım yöntemleri ve ambalaj malzemelerinin çevre üzerindeki olumsuz etkileri konusunda tüketici bilincinin artırılması, sürdürülebilir şekilde üretilen ürünler için pazarı teşvik edebilir. Bu bulguların sonuçları, enerji verimliliğini artırmak ve çevresel etkilerini azaltmak isteyen endüstri paydaşları için önemli sonuçlar sunmaktadır. Enerji ve yaşam döngüsü analizlerinin gıda üretim süreçlerindeki verimsizlikleri tespit etmek ve azaltmak için pratikte nasıl kullanılabileceğini gösteren bu çalışma, sürdürülebilir gıda üretimi alanını desteklemektedir. Gelecekteki araştırmalar, önerilen iyileştirmelerin uygulanmasına ve bunların üretim etkinliği ve ekolojik etkileri üzerindeki kalıcı sonuçlarına odaklanmalıdır. Süreç sürdürülebilirliğini daha da iyileştirmek için, gelecekteki çalışmalar bu teknikleri daha geniş bir ürün yelpazesine uygulamalı ve en yeni teknolojileri araştırmalıdır.
Özet (Çeviri)
Food processing is a highly energy-consuming procedure that frequently has environmental effects that cannot properly identified or measured. The food business, particularly food processing, is widely recognized for its significant dependency on resources and energy, resulting in notable environmental consequences. On the other hand, food is an essential necessity for humans, and the adoption of sustainable practices in food production has gained significant importance in contemporary times. Identifying and quantifying the inefficiencies in food production processes and proposing improvements that can lead to more sustainable production practices by combining exergy analysis with life cycle analysis (LCA), which can provide a more detailed understanding of the environmental impacts and energy efficiency of food processing operations is a relatively new, effective and feasible approach. This thesis presents a comprehensive assessment of the production processes of selected products in the fruit and vegetable processing sector using cumulative energy, exergy, carbon dioxide (CO₂) emissions, and LCA with a farm to fork and cradle to gate approach. In order to achieve these goals, a thorough analysis of the different stages of production, such as the farming, processing, and packaging and transportation processes, is carried out. Energy, exergy, CO₂ emissions, and LCA metrics have been calculated as a base case, for each stage of production in order to identify hotspots for energy, exergy consumption, and environmental impact. The two most widely consumed raw materials, tomato and sweet red pepper (SRP), were selected as representatives of the global fruit and vegetable sector. The study examined the processed tomato products, including retail tomatoes, tomato juice, tomato paste, and sweet red pepper products such as retail SRP, SRP paste, roasted SRP, and dried SRP. Of all the calculated parameters, the farming and packaging-transportation steps emerged as the primary contributors among the production steps. Diesel consumption, electricity, natural gas, fertilizer use, steel, and glass packaging as inputs; evaporation, sterilization, and aseptic filling as equipment have been determined to be the major contributors of all evaluated metrics among all components examined in the study. Abiotic (fossil) depletion (AFDP), global warming potential, fresh water aquatic ecotoxicity, and human toxicity potentials were determined to have the highest environmental implications among the life cycle impact categories. It is observed that the base case exhibits the highest values for cumulative energy consumption (CEnC), cumulative exergy consumption (CExC), and cumulative carbon dioxide emission (CCO₂C) and LCA. Conversely, the biodiesel scenario (BD) demonstrates the lowest values, followed by the precision farming scenario (PF). The application of BD has resulted in a decrease in the cumulative energy value from 3320.12 MJ/ton to 1380.40 MJ/ton in retail tomato production. Considering the application of PF in tomato farming, there is a reduction of 14.7% in the CEnC value. Global warming potential required to produce one metric ton of fresh tomato in study is 120 kg CO₂-eq. On the orher hand, the primary factor contributing to all evaluated metrics of retail SRP is the utilization of fertilizers possessing CEnC, CExC, and CCO₂C values of 87%, 71%, and 32% respectively. One ton of fresh SRP results in the emission of 39.82 kg/ton of CO₂, with CEnC and CExC values of 2742.20 MJ/ton and 1387.91 MJ/ton, respectively. It is recommended to increase the use of biodiesel in factory processing and transportation. Increasing consumer awareness of the adverse impacts that various farming methods and packaging materials have on the environment can stimulate the market for sustainably produced goods. The implications of these findings are significant for industry stakeholders who want to improve energy efficiency and lessen their environmental impact. By illustrating how energy and life cycle analyses can be used practically to identify and mitigate inefficiencies in food production processes, this study promote the field of sustainable food production. Subsequent investigations ought to concentrate on the execution of the suggested enhancements and their enduring consequences on production effectiveness and ecological implications. To further improve process sustainability, future studies should apply these techniques to a wider range of products and investigate cutting-edge technologies.
Benzer Tezler
- Algılayıcıların (sensor) tarımda kullanım olanakları
Using possibility of sensors in agriculture
M. TÜRER ÖZBEYLER
Yüksek Lisans
Türkçe
1996
Makine MühendisliğiTrakya ÜniversitesiTarım Makineleri Ana Bilim Dalı
PROF.DR. SELÇUK ARIN
- Farklı yöre zeytinlerinden elde edilen naturel zeytinyağlarının duyusal kalitesinin belirlenmesi
Determination of sensory quality olive oils obtained from different natural region olives
DAMLA ARUCU
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BERAAT ÖZÇELİK
- Kamulaştırma kanununa göre kamulaştırmada satın alma usulü
The process of expropriation and the compensation in the turkish expropriaton code
ÖMER CAN ERGÜVEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
HukukMarmara ÜniversitesiHukuk Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HALİT EYÜP ÖZDEMİR
- Doğadan esinlenen koku ve ikili görüye dayalı gerçek zamanlı bir gömülü sistem tasarımı
A bio-inspired real time embedded system design based on olfaction and stereo vision
SELMAN ERGÜNAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MÜŞTAK ERHAN YALÇIN