Biogenic sulfur recovery from paper ındustry wastewater for energy storage applications: A circular economy perspective
Döngüsel ekonomi yaklaşımıyla kâğıt endüstrisi atıksularından biyojenik sülfür üretilmesi ve enerji depolama amaçlı kullanımı
- Tez No: 966947
- Danışmanlar: PROF. BESTAMİ ÖZKAYA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Çevre Mühendisliği, Energy, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kâğıt ve selüloz endüstrisi, kaynak verimliliği, atıkların değerlenmesi ve çevresel etkinin azaltılmasını esas alan döngüsel ekonomi ilkelerine doğru önemli bir dönüşüm geçirmektedir. Bu dönüşümde umut vadeden alanlardan biri, Kraft pişirme sürecinin bir yan ürünü olan yeşil likörden (green liquor) mikrobiyal yolla elementel kükürt geri kazanımıdır. Bu çalışma, aşırı pH ve tuzluluk koşullarında yaşayabilen haloalkalifilik mikroorganizmaların, yeşil likördeki kükürt bileşiklerini elementel kükürde dönüştürmesini sağlayan yenilikçi ve biyolojik temelli bir yöntemi ortaya koymaktadır. Elde edilen kükürt daha sonra saflaştırılmış ve lityum-kükürt (Li-S) pillerinde yüksek değerli bir katot malzemesi olarak test edilmiştir. Gerçek yeşil likör atık suyunda kimyasal ön işlem uygulanmaksızın yapılan ilk deneylerde, litre başına 2 g'a kadar elementel kükürt konsantrasyonuna ulaşılmıştır. Bu durum, biyolojik yaklaşımın endüstriyel ölçekte uygulanabilirliğini göstermektedir. Biyojenik kükürt kullanılarak monte edilen Li-S yarım hücrelerinin elektrokimyasal testleri, yaklaşık 550 mAh g⁻¹ seviyesinde bir başlangıç özgül kapasite göstermiştir. Ancak çevrim sayısı arttıkça, arayüzey kararsızlığı ve polisülfid geçişi nedeniyle performans azalmıştır. Bu bulguları daha kapsamlı değerlendirmek amacıyla, AHP (Analitik Hiyerarşi Süreci) ile türetilmiş ağırlıklar kullanılarak çok kriterli karar verme yöntemi olan TOPSIS analizi uygulanmış ve Li-S pilleri diğer pil kimyaları ile karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, süregelen zorluklara rağmen Li-S pillerinin ağırlık, maliyet ve enerji çıktısı gibi parametrelerde rekabetçi avantajlara sahip olduğunu ortaya koymuştur. Mikrobiyal kükürt geri kazanımının mevcut selüloz üretim süreçlerine entegre edilmesiyle, endüstri hem problemli bir atık akışını değerli bir enerji depolama kaynağına dönüştürebilir, hem de döngüsel ekonomi hedeflerini desteklemiş olur. Bu yaklaşım, kükürt emisyonlarını ve atık bertaraf maliyetlerini azaltmanın yanı sıra, uygun maliyetli ve biyolojik kökenli katot malzemeleri sayesinde sürdürülebilir pil üretimini de ilerletebilir. Gelecek araştırmalar, mikrobiyal süreçlerin iyileştirilmesine, kükürt saflığının artırılmasına ve elektrot tasarımının geliştirilmesine odaklanarak, endüstriyel atıklardan türetilen Li-S pillerin performans ve ölçeklenebilirliğini optimize etmelidir.
Özet (Çeviri)
The pulp and paper industry is undergoing a significant transformation, moving toward circular economy principles that emphasize resource efficiency, waste valorization, and reduced environmental impact. One promising avenue for improvement is the microbial recovery of elemental sulfur from green liquor, a byproduct of the Kraft pulping process. This study demonstrates a novel, biologically driven method that employs haloalkaliphilic microorganisms capable of thriving under extreme pH and salinity conditions to convert sulfur compounds in green liquor into elemental sulfur. The recovered sulfur was subsequently purified and tested as a high-value cathode material for lithium-sulfur (Li-S) batteries. Initial experiments achieved an elemental sulfur concentration of up to 2 g L⁻¹ in real green liquor wastewater without chemical pretreatment, showcasing the viability of this biological approach at the industrial scale. Electrochemical tests of Li-S half-cells assembled with biogenic sulfur displayed an initial specific capacity of approximately 550 mAh g⁻¹, although performance declined with increased cycling due to interface instability and polysulfide shuttle. To contextualize these findings, a multi-criteria decision-making TOPSIS analysis incorporating AHP-derived weights was conducted to compare Li-S batteries against other battery chemistries. The results indicated that Li-S batteries, despite ongoing challenges, hold competitive advantages in parameters such as weight, cost, and energy output. By integrating microbial sulfur recovery into existing pulp operations, the industry can transform a problematic waste stream into a valuable energy storage resource. The approach not only supports circular economy objectives by reducing sulfur emissions and waste disposal costs but also advances sustainable battery manufacturing through the use of cost-effective, biogenic cathode materials. Further research should focus on refining microbial processes, improving sulfur purification, and enhancing electrode design to optimize performance and scalability of Li-S batteries derived from industrial waste.
Benzer Tezler
- Kilis (Gülgümen-Boğazkerim) civarı glokonitli fosfat yatağının sedimantolojisi
Sedimantological investigation of glauconite phosphate beds of Kilis (Gülgümen-Boğazkerim) area
CAFER ŞERİFİ
- Erektil işlev bozukluklarının ayırt edilmesi ve hastaların kişilik özelliklerinin değerlendirilmesi
Başlık çevirisi yok
ERTUĞRUL KÖROĞLU
- Sedimentology and geochemistry of the late-holocene sediments from the sea of Marmara and its straits
Marmara denizi ve boğazlardaki geç holosen çökellerinin sedimentolojisi ve jeokimyası
MEHMET NURİ BODUR
Doktora
İngilizce
1991
Orta Doğu Teknik ÜniversitesiDeniz Jeolojisi ve Jeofiziği Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...
- Karadeniz sedimentlerinde metal, karbon ve kükürt dağılımlarında etkili faktörler
Başlık çevirisi yok
AHMET BALCI
