Karanlık fermentasyon ile hidrojen üretiminde kullanılan aşılar için uygulanan ön işlemler ve diğer alternatif metotların verim üzerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of pretreatments and other alternative methods on yield for inoculum which is used in dark fermentative hydrogen production
- Tez No: 971032
- Danışmanlar: PROF. DR. GÜNNUR KOÇAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Biyoteknoloji, Energy, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Güneş Enerjisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Teknolojisi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Karanlık fermentasyonla hidrojen üretimi son yıllarda üzerinde sıklıkla durulan alternatif ve yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Bu tez çalışmasında, hidrojen üretimi için gerekli olan aşının hazırlanması, uygulanan ön işlemler ve kaynak seçiminin verim üzerine etkisi incelenmiştir. Mezofilik bölgede yapılan çalışmalarda, farklı parametrelerdeki ısıl, asit/alkali ön işlemler ile atık yağ eklemenin verim ve aşının stabil hidrojen üretebilme kapasitesi incelenmiştir. Isıl ön işlemlerde en yüksek verim 2,88 mol H2/ mol glukoz ile 80ºC'de 60 dakika bekletilmesiyle gerçekleşmiştir. Asit/alkali ön işlemlerde ise aşının 24 saat pH 2 ortamında bekletilmesi ile en yüksek 3,164 mol H2/ mol glukoz verimi elde edilmiştir. Atık yağ eklenme denemelerinde ise hacimsel olarak %4'lük yağ katkısı, 1,917 mol H2/ mol glukoz verim ile sonuçlanmıştır. Termofilik olarak ise ısıl ön işlemler denenmiş ve en yüksek verim ön işlem yapılmamış olan kontrol reaktöründen elde edilmiştir (1,181 mol H2/ mol glukoz). Buradan yola çıkarak ön işlem adımı atlanmış ve sadece aşının başlangıç pH'sı üzerinden (5-5,5-6-6,5-7) denemeler yapılmıştır. En yüksek verim diğer denemelerde olduğu gibi pH'ı 6'ya ayarlanmış reaktörlerde olmuştur (2,318 mol H2/ mol glukoz). Başlangıç pH'ı 6'ya ayarlanmış denemelerde amonyum konsantrasyonu, şok yükleme, farklı aşılar ile tamponlu ortamların verim üzerine etkileri incelenirken tüm çalışmalarda fermentasyonun metan üretimine kaydığı gözlenmiştir. Hidrojenortropik aktivite hem ön işlem görmüş hem de görmemiş olan aşılarda engellenememektedir. Sonuç olarak, en basit şeker olan glukoz ile yapılmış bu çalışmada, karanlık fermentasyon ile hidrojen üretiminin sitokiyometrik ve termodinamik olarak düşük verimli olduğu öne çıkmaktadır. Ön işlemler için kullanılan yöntemlerde enerji ve kimyasal sarfiyatı yüksek olmakta ve şok yükleme ile atık yağ ilavesi ise kimyasal yükü artırarak harici arıtma alternatif ihtiyacını ortaya çıkarmaktadır. Bunun yanında oluşan gaz içerisinde hidrojen dışında karbondioksit bulunması da gaz saflaştırma gibi alt akım işlemler ihtiyacı doğurmaktadır. Dünya politik dengeler ve hidrojen üretiminde, yeni ve etkili bir teknoloji olan elektrolizörlerin yaygınlaşmaya başlaması, karanlık fermentasyonla hidrojen üretiminin ticarileşmesinde büyük bir engel olmaktadır. Bu yüzden daha verimli, ön işlem ihtiyacı duyulmayan aşılar ve hammadde kullanılarak karalık fermentatif hidrojen üretimi ile ilgili çalışmaların yapılması elzemdir.
Özet (Çeviri)
Dark fermentative hydrogen production is an alternative and renewable energy source that has been frequently emphasized in recent years. In this thesis, the inoculum preparation for the hydrogen production, applied pretreatments and the effect of source selection on efficiency were investigated. In mesophilic experiments, efficiency and the ability of the stable hydrogen production capacity of the inoculum were investigated by thermal, alkali pretreatments pretreatments and waste cooking oil addition. In thermal pretreatments, the highest yield was achieved with 2.88 mol H2/mol glucose at 80ºC for 60 minutes incubation. In acid/alkaline pretreatments, the highest yield of 3.164 mol H2/mol glucose was obtained by keeping the inoculum in pH 2 for 24 hours. In waste oil addition experiments, 4% oil addition by volume resulted in a yield of 1.917 mol H2/mol glucose. Thermal pretreatments are also applied in thermofilic conditions and the highest yield was obtained from the control reactor without pretreatment (1.181 mol H2/mol glucose). Based on this results, the pretreatment step was skipped and experiments were carried out by only inoculum initial pH adjustment (5-5.5-6-6.5-7). The highest yield was in the reactors with pH adjusted to 6 as in other experiments (2.318 mol H2/mol glucose). Furtheremore, initial pH adjustment (6) experiments with ammonium concentration, shock loading, different inoculums and buffered environments were investigated and it was observed that fermentation shifted to methane production in all of them. Hydrogenortrophic activity could not be prevented in both pretreated and unpretreated inoculums. As a result, in this study conducted with glucose as a simplest sugar, it stands out that hydrogen production with dark fermentation has low stoichiometric and thermodynamic yields. The methods that used for pretreatment have high energy and chemical consumption and the addition of waste oil through shock loading increases the chemical load, creating a need for alternative external treatment. In addition, the presence of carbon dioxide in the gas other than hydrogen, creates downstream processes such as gas purification. World political balances and the spread of electrolyzers, a new and effective technology in hydrogen production, are major obstacles to the commercialization of hydrogen production by dark fermentation. Therefore, it is essential to conduct studies on dark fermentative hydrogen production using more efficient inoculums and raw materials.
Benzer Tezler
- Karanlık ve foto-fermantasyon yöntemleri kullanılarak ardışık immobilize biyoreaktörlerde hidrojen üretiminin incelenmesi
Assesment of hydrogen production in sequential immobilized bioreactors by dark and photo-fermentation
TUĞBA KESKİN GÜNDOĞDU
- Dark fermentative bio-hydrogen production from sugar-beet processing wastes
Şeker endüstrisi atıklarından karanlık fermentasyonla biyo-hidrojen üretimi
LEYLA ÖZKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Çevre MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÖKSEL N. DEMİRER
- İmmobilize biyoreaktörde hidrojen üretiminin incelenmesi
Hydrogen production in immobilized bioreactors
ELİF AKSÖYEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
BiyomühendislikEge ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURİ AZBAR
- Gıda endüstrisi atıksularından biyolojik yöntemlerle hidrojen eldesi ve değerlendirilmesi
Hydrogen production and evaluation using biological processes from food industry wastewater
EMRE OĞUZ KÖROĞLU
Doktora
Türkçe
2019
Çevre MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET DEMİR
- Investigation of different dark fermentation strategies for enhanced biohydrogen production from lignocellulosic wastes
Lignosellülozik atıklardan biyohidrojen üretiminin geliştirilmesinde farklı karanlık fermentasyon stratejilerinin araştırılması
KARDELEN AYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Çevre MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLGİ KARAPINAR