Geri Dön

Gıda atıklarının hidrotermal karbonizasyonu ve elde edilen ürünlerin incelenmesi

Hydrothermal carbonization of food waste and investigation of the products

PDF İndir

  1. Tez No: 994765
  2. Yazar: YUSUF OLUSHOLA AJAGBE
  3. Danışmanlar: PROF. DR. KUBİLAY TEKİN, DR. ÖĞR. ÜYESİ BETÜL ERCAN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Hidrotermal karbonlaşma, Gıda atıklari, Hidrochar, Sulu faz, Atık protein tozu, Hidrotermal sıvılaştırma, Süresi dolmuş yulaf ezmesi, Hydrothermal carbonization, Food waste, Hydrochar, Aqueous phase, Waste protein powder, Hydrothermal liquefaction, Expired oatmeal
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Karabük Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Atık Yönetimi Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Bu çalışmada, üç farklı hammaddenin (gıda atığı, atık protein tozu ve süresi dolmuş yulaf ezmesi) hidrotermal karbonizasyonu (HTC); 1,5, 3, 6 ve 12 saatlik reaksiyon süreleri, 200 °C, 225 °C ve 250 °C sıcaklıklar ve 12,5, 25 ve 50 g/150 mL hammadde-su oranları dahil olmak üzere çeşitli koşullar altında değerlendirilmiştir. Hidrotermal karbonizasyon, ıslak ve heterojen biyokütleyi yüksek enerjili kurutma işlemlerine gerek duymadan, nispeten ılımlı koşullarda işleyebilme kabiliyeti nedeniyle tercih edilmiştir. Çalışmada kullanılan simüle edilmiş gıda atığı karışımı; konserve kuru fasulye, pişmiş tavuk, konserve taze fasulye, peynir ve pişmiş patates gibi tipik evsel atık bileşenlerinden oluşturulmuştur. Atık protein tozu olarak, Karabük'teki bir spor merkezinden temin edilen, ağırlıkça %76 protein, %8 karbonhidrat (%4,3 şeker dahil), %6,2 yağ, %0,61 tuz ve B6 vitamini içeren miadı dolmuş çikolatalı peynir altı suyu konsantresi kullanılmıştır. Süresi dolmuş yulaf ezmesi ise Safranbolu'daki yerel bir marketten temin edilmiş olup ağırlıkça %9,48 nem içermektedir. Yulaf ezmesinin kuru bazdaki ana bileşenleri %58,55 karbonhidrat, %15,47 protein, %8,29 yağ ve %1,44 şekerden oluşmaktadır. Araştırma, süreç parametrelerindeki değişimlerin hidrokömürlerin verimi ve yapısal özellikleri üzerindeki belirleyici etkisini ortaya koymuştur. Tüm hammaddeler için yüksek hammadde-su oranları, organik madde çözünürlüğünü sınırlayarak hidrokömür verimini tutarlı bir şekilde artırmıştır. Uzun reaksiyon süreleri, sıvı fazdaki çözünmüş bileşenlerin ikincil polimerizasyonunu ve rekombinasyonunu teşvik ederek katı geri kazanımını iyileştirmiştir. Yapılan karakterizasyon çalışmaları, tüm hammaddelerin enerji yoğun karbon malzemelerine başarıyla dönüştüğünü doğrulamıştır. Ham maddelerle kıyaslandığında, elde edilen hidrokömürler daha yüksek sabit karbon ve kül içeriği ile daha düşük uçucu madde oranı sergilemiştir. Hidrokömürlerin üst ısıl değerleri; gıda atığı için 28–33 MJ/kg, protein tozu için 31–37 MJ/kg ve yulaf ezmesi için 29,6–32,3 MJ/kg arasında ölçülmüştür. Bu değerler, hidrokömürlerin ısıl değer bakımından bitümlü kömür ile benzer sınıfta yer aldığını göstermektedir. Artan işlem şiddetiyle birlikte hidrokömürlerin aromatikliği, amorf karbon yapısı ve termal stabilitesi artış göstermiştir. Sıvı faz analizleri ise ortamda azotlu heterosiklik bileşikler, ketonlar, amitler ve fenolik türlerin varlığını ortaya koymuştur. Sonuç olarak bu çalışma, hidrotermal karbonizasyonun farklı organik atık akışlarını yüksek yakıt kalitesine sahip hidrokömürlere dönüştürmek için sürdürülebilir ve etkili bir atıktan enerji üretim stratejisi olduğunu kanıtlamaktadır.

Özet (Çeviri)

In this study, hydrothermal carbonization of three different feedstocks (food waste, waste protein powder, and expired oatmeal) was evaluated under a variety of conditions, including reaction times of 1.5, 3, 6, and 12 h; temperatures of 200 °C, 225 °C, and 250 °C; and feedstock-to-water ratios of 12.5, 25, and 50 g/150 mL. The hydrothermal carbonization treatment technique was selected due to its ability to operate under relatively mild conditions. A simulated food waste mixture was used in this study, composed mainly of discarded household items, including canned baked beans, baked chicken, canned green beans, cheese, and baked potatoes. The waste protein powder used in this study was an expired waste chocolate-flavored whey protein concentrate powder purchased from a fitness center in Karabük, as received, containing 76 wt% protein, 8 wt% carbohydrates (including 4.3 wt% sugars), 6.2 wt% fat (4.0 wt% saturated fat), 0.61 wt% salt, and vitamin B6. The expired oatmeal used in this study was a finely ground oatmeal purchased from a local market in Safranbolu, Türkiye. It contained 9.48 wt% moisture. The main components of the EO on a dry basis were 8.29 wt% oil, 58.55 wt% carbohydrates, and 15.47 wt% protein, 1.44 wt% sugar. The remaining portion included vitamin B1, minerals (salt, potassium, and phosphorus as phytate), and trace elements such as iron and zinc in phytate-bound forms. These component wt% values are based on the values specified on the product packaging. This research looked at how changes in process parameters affect the yield and structural properties of hydrochars, showing how important these parameters are in deciding the final product's properties. For all feedstocks, higher feedstock-to-water ratios consistently enhanced hydrochar yields by reducing organic matter dissolution. Longer residence times favored recombination reactions in the aqueous phase, further improving hydrochar recovery. Compositional and structural characterization confirmed significant upgrading of food waste, waste protein powder, and waste oat powder into energy-dense carbon materials. Compared to raw food waste, waste protein powder, and expired oatmeal, their respective hydrochars exhibited higher fixed carbon, reduced volatile matter, and increased ash content. Enriched carbon and higher heating value, ranging from (28–33 MJ/kg), (31–37 MJ/kg), and (29.6–32.3 MJ/kg). Thereby positioning the hydrochars within the heating value range of bituminous coal. Hydrochars revealed enhanced aromaticity, amorphous carbon structures, and thermal stability with increasing severity of hydrothermal carbonization. The aqueous phases contained prominent compounds, which include nitrogen-containing cyclic compounds, ketones, amides, and phenols. In conclusion, the findings reveal the potential of hydrothermal carbonization as a sustainable waste-to-energy strategy, effectively converting food waste, waste protein powder, and expired oatmeal into hydrochars with enhanced fuel properties and supporting energy recovery from organic waste streams.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    970837

    Synthesis and characterization of carbon nanomaterial(S) by hydrothermal carbonization of various wastes

    Farklı atık türlerinin hidrotermal karbonizasyon yöntemi ile karbon nanomalzemelerine sentezi ve karakterizasyonu

    MONIKA SHARMA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Bilim ve TeknolojiSakarya Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALİYE SUNA ERSES YAY

  2. Tez No

    973535

    Production and characterization of biodegradable nanofibrous mats for food packaging applications

    Gıda paketleme uygulamalari için biyolojik olarak parçalanabilir nanolifli matlarin üretimi ve karakterizasyonu

    SALIH BIRHANU AHMED

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Makine MühendisliğiKarabük Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HARUN ÇUĞ

    DOÇ. DR. YASİN AKGÜL

  3. Tez No

    1016176

    Biomass protein production from tomato pomace by fermentation with Saccharomyces cerevisiae

    Domates posasından Saccharomyces cerevisiae ile fermantasyon yoluyla biyokütle proteini üretimi

    AYŞE SULTAN AKGÜN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2026

    BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)

    PROF. DR. HALİL MECİT ÖZTOP

    PROF. DR. EMİN BURÇİN ÖZVURAL

  4. Tez No

    665842

    The investigation of methane production from an agricultural waste, corncob, and its enhancement via co-digestion and pretreatment

    Tarımsal atık olan mısır sömeğinden metan üretiminin ortak çürütme ve ön işlem ile geliştirilmesinin incelenmesi

    TUĞBA ÇELİK ÇAĞLAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    EnerjiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. TUBA HANDE BAYRAMOĞLU

  5. Tez No

    759143

    Gıda atıklarının atıksulardan renk giderme potansiyellerinin karşılaştırılması

    Comparison of color removal potentials of food wastes from wastewaters

    DAMLA KÜBRA GÜRLENKAYA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Çevre MühendisliğiPamukkale Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT GÜREL

Geri Dön