Mikrobiyal elektroliz hücresinde farklı elektrotlar kullanılarak patates işleme tesisi atık suyundan biyohidrojen üretimi
Biohydrogen production from potato processing plant wastewater using different electrodes in mi̇crobi̇al electrolysi̇s cell
- Tez No: 985788
- Danışmanlar: PROF. DR. MERVE OĞUZ, PROF. DR. SEVGİ DEMİREL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Enerji, Environmental Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Biyokütle enerjisi, Hidrojen enerjisi, Yenilenebilir enerji, Biomass energy, Hydrogen energy, Renewable energy
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erciyes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Bilimleri ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yenilenebilir enerji kaynaklarından hidrojen üretimi, fosil yakıtlara dayalı yöntemlerle karşılaştırıldığında çevresel etkilerin azaltılması açısından önemli avantajlar sağlamaktadır; bununla birlikte, atık akışlarından biyohidrojen üretimi için umut vadeden mikrobiyal elektroliz hücrelerinin (MEC'lerin) sürdürülebilir ve verimli bir şekilde işletilebilmesi, toplam enerji verimliliğinin artırılmasını zorunlu kılmaktadır. Bu tez çalışmasında, ilk kez çift bölmeli MEC'lerde grafit (Gr), rutenyum kaplı grafit (Ru) ve paladyum kaplı grafit (Pd) katotlar kullanılarak, patates işleme endüstrisi atıksuyundan farklı uygulanan voltajlar altında biyohidrojen üretimi araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, katot yüzey kaplamalarının hidrojen üretim oranı (HER) ve enerji verimliliği (ηₑ) üzerinde belirgin etkiler oluşturduğunu ortaya koymuştur. En yüksek HER ve ηₑ değerleri, 1.0 V potansiyel altında çalışan Ru kaplı katot kullanılan reaktörde sırasıyla 0.43 LH₂ L⁻¹g⁻¹ ve %106 olarak belirlenmiştir. Bu değerler, kaplamasız Gr katot kullanılan sisteme kıyasla HER'de %81, ηₑ'de ise %33 oranında artışa karşılık gelmektedir. Katot yüzeylerinin morfolojik ve kristalografik özellikleri, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve X-ışını Kırınımı (XRD) analizleriyle karakterize edilmiştir. Anot biyofilminin yeni nesil dizileme (NGS) analizleri ise mikrobiyal topluluğun, Bacteroidetes şubesine ait polisakkarit tüketici bakteriler ve Geobacter cinsine ait ekzolektrojen mikroorganizmalar içerdiğini göstermiştir. Ayrıca, HER'in modellenmesine yönelik geliştirilen Yapay Sinir Ağı (YSA) modeli (R² = 0.9432), Ru kaplı katodun geniş voltaj aralıklarında yüksek performans sergilediğini doğrulamıştır. Katot kaplamalarının ekonomik uygulanabilirliğini değerlendirmek amacıyla gerçekleştirilen teknik-ekonomik analiz (TEA) sonucunda, Pd ve Ru kaplamalarının geri ödeme sürelerini sırasıyla %36 ve %34 oranında azalttığı belirlenmiştir. Tüm bu sonuçlar doğrultusunda, bu tez çalışması ile hem gerçek atıksuların besi ortamı olarak kullanılabilirliğinin hem de katot modifikasyonlarının sistem performansı üzerindeki etkisinin ortaya konduğu ve böylelikle MEC sistemlerinin büyük ölçekli uygulanabilirliğine katkı sağladığı değerlendirilmektedir.
Özet (Çeviri)
Hydrogen production from renewable energy sources offers significant advantages in reducing environmental impacts compared to fossil fuel-based methods. However, for microbial electrolysis cells (MECs) a promising technology for biohydrogen generation from waste streams to operate sustainably and efficiently, it is essential to enhance their overall energy efficiency. In this thesis, biohydrogen production from potato-processing wastewater was investigated for the first time in dual-chamber MECs operated with graphite (Gr), ruthenium-coated graphite (Ru), and palladium-coated graphite (Pd) cathodes under different applied voltages. The results demonstrated that cathode surface coatings had a significant influence on the hydrogen evolution rate (HER) and energy efficiency (ηₑ). The highest HER and ηₑ values were obtained in the reactor equipped with the Ru-coated cathode operated at 1.0 V, yielding 0.43 L H₂ L⁻¹g⁻¹ and 106%, respectively. These values correspond to increases of 81% in HER and 33% in ηₑ compared to the uncoated graphite cathode. The morphological and crystallographic characteristics of the cathode surfaces were examined using Scanning Electron Microscopy (SEM) and X-Ray Diffraction (XRD) analyses. Next-Generation Sequencing (NGS) analysis of the anode biofilm revealed the presence of polysaccharide-degrading bacteria belonging to the Bacteroidetes phylum and exoelectrogenic microorganisms from the Geobacter genus. Furthermore, the Artificial Neural Network (ANN) model developed for HER prediction (R² = 0.9432) confirmed the high performance of the Ru-coated cathode across a wide voltage range. A techno-economic analysis (TEA) was conducted to evaluate the economic feasibility of the cathode coatings, indicating that Pd and Ru coatings reduced the payback period by 36% and 34%, respectively. Overall, the findings of this study highlight both the applicability of real industrial wastewaters as substrates and the influence of cathode modifications on system performance, thereby contributing to the advancement of MEC technology toward large-scale implementation. Hydrogen production from renewable energy sources provides significant advantages in reducing environmental impacts compared to fossil fuel-based methods. However, for MECs, which are considered a promising approach for biohydrogen production from waste streams, achieving sustainable and efficient operation requires enhancing the overall energy efficiency of the system.
Benzer Tezler
- Start-up strategies for enhanced methane production from cattle manure in bioelectrochemical systems
Biyoelektrokimyasal sistemlerde sığır gübresinden üretilen metanı arttırmak için başlangıç stratejileri
AMIN GHADERIKIA
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YASEMİN DİLŞAD YILMAZEL TOKEL
- Enerji, optik sensör ve aktif gıda paketleme alanlarında kullanılmak üzere yüzeyi işlevselleştirilmiş floresans karbon noktaların geliştirilmesi
Development of surface functionalized fluorescence carbon dots for use in energy, optical sensor, and active food packaging areas
MELİS ÖZGE ALAŞ
Doktora
Türkçe
2022
Kimya MühendisliğiMersin ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RÜKAN GENÇ ALTÜRK
- Designing, developing and using the anode of a microbial fuel cell by containing PDMS,carbon nanotubes and graphene
PDMS, karbon nanotüpler ve grafen içeren bir mikrobiyal yakıt hücresinin anotunun tasarlanması, geliştirilmesi ve kullanılması
ELİF HAZAL ŞAKAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT TRABZON
- 5 yaş altı menenjit ön tanısı ile tetkik edilen çocukların epidemiyolojik, klinik ve mikrobiyolojik özelliklerinin incelenmesi
Evaluation of the epidemiological, clinical and microbiological characteristics of children under 5 years of age who were examined with a pre-diagnosis of meningitis
ASLI YETER BAŞ CAN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2023
Çocuk Sağlığı ve HastalıklarıBezm-İ Alem Vakıf ÜniversitesiÇocuk Sağlığı ve Hastalıkları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYSEL VEHAPOĞLU TÜRKMEN
- Dicle Üniversitesi Tıp Fakültesi Kistik Fibrozis Merkezinde yenidoğan tarama programı ile tanı alan kistik fibrozis hastalarının değerlendirilmesi
Evaluationof cystic fibrosis patients diagnosed by neonatal screening program at the cystic fibrosis of Dicle University Medical Faculty
RIDVAN DOĞAN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2018
Çocuk Sağlığı ve HastalıklarıDicle ÜniversitesiÇocuk Sağlığı ve Hastalıkları Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VELAT ŞEN
DR. ÖĞR. ÜYESİ KAMİL YILMAZ