TAMAMLANAN BAP PROJELERİ

ÇAM KOZALAĞININ SERBEST DÜŞÜMLÜ REAKTÖRDE PİROLİZİ ÜZERİNE BİR ARAŞTIRMA (MF15.04)-Münferit Proje

Piroliz lignoselülozik biyokütlenin ikincil ürünlere dönüştürülebilmesi için kullanılan bir termal dönüşüm prosesidir. Biyokütle havasız ortamda endirekt olarak ısıtılarak bir termal parçalanmaya uğratılmak suretiyle gazlaşabilir ürünlerin yanı sıra karbon içeriği oldukça yüksek olan katı bir ürün (biyochar) elde edilebilir. Gazlaşabilir ürünler, kondense edilerek ısıl değeri yüksek bir sıvı ürünün elde edilebilmesi mümkündür. Böylece bir piroliz sürecinden ısıl değeri yüksek bir karbonize ürünün yanı sıra çeşitli değerli kimyasalları da içeren bir sıvı ürünün elde edilmesi söz konusudur. Ayrıca kondenzasyon sırasında yoğuşmayan CO, CO2, CH4, H2 ve küçük molekül ağırlıklı hidrokarbonlar gibi bileşikleri içermesi nedeniyle önemli bir ısıl değere sahip bir gaz ürün de elde edilebilmektedir. Projede dizaynı tarafımızdan gerçekleştirilen bir serbest düşümlü reaktör sisteminde önemli bir ormancılık sektörü yan ürünü olan çam kozalağının pirolizi incelenmiştir. Geliştirilen piroliz reaktörünün prensip şeması ve görünümü aşağıdaki gibidir.

Şekil 1. Tasarlanan piroliz sisteminin şematik gösterimi 1.Vidalı besleme sistemi, 2. Motor, 3. Besleme hız ayarı, 4. Katı malzeme girişi, 5. PID sıcaklık kontrol cihazı, 6. Serbest düşümlü çelik reaktör, 7. Termoçift, 8. Rezistanslar, 9. Kondenser-1, 10. Kondenser-2, 11. Silikajel gaz temizleme filtresi, 12-Sıvı yoğuşma kabı, 13. Reaktör dip vanası, 14. Katı toplama kabı, 15. Gaz akışölçeri, 16. Soğutma suyu girişi, 17. Soğutma suyu çıkışı, 18. Azot gazı girişi, 19. Azot rotametresi, 20. Azot tüpü, 21. Gaz çıkışı

Resim 1. Tasarlanan piroliz reaktörünün görünümü

ŞEKER PANCARI MELASINDAN A. niger KULLANILARAK GLUKONİK ASİT ÜRETİMİ (MF16.17)-Yüksek Lisans Projesi

Bu çalışmada pancardan şeker üretimi sırasında bir yan ürün olarak elde edilen melastan A.niger kullanılarak fermantasyonla glukonik asit üretimi araştırılmıştır. Glukonik asit üretimi amacıyla derin, yarı katı hal ve katı hal fermantasyon yöntemleri için deneysel şartlar, cevap yüzey yöntemi (CYY) ve merkezi kompozit dizayn (MKD) tekniği kullanılarak optimize edilmiştir. Derin fermantasyonla glukonik asit üretimi için optimum şartlar, 257,8 g/L melas konsantrasyonu, 30 g/L CaCO3 miktarı, 31,8oC sıcaklık ve 135,2 d/dk çalkalama hızı olarak belirlenmiş olup bu şartlarda elde edilen maksimum glukonik asit konsantrasyonu 192 saatlik bir fermantasyonla 58,76 g/L’dir. Yarı katı hal fermantasyonu için optimum şartlar 245 g/L melas konsantrasyonu, 15,5 g/L küspe miktarı, 30 g/L CaCO3 miktarı, 30,2oC sıcaklık ve 145,7 d/dk çalkalama hızı olup, elde edilen maksimum glukonik asit konsantrasyonu 74,64 g/L’dir. Katı hal fermantasyonunda ise optimum şartlar 0,18 melas kesri, 0,22 küspe kesri, 0,03 CaCO3 kesri ve 30,9oC sıcaklık olup, bu şartlarda maksimum glukonik asit üretimi 9 gün sonunda 0,262 g/g salt katı madde’dir. Her üç fermantasyon biçiminde glukonik asit oluşumuna eşlik eden önemli seviyede sitrik ve oksalik asit oluşumunun da var olduğu tespit edilmiştir. Çalışmada, ayrıca yarı katı hal ve katı hal fermantasyonunda kullanılan küspenin partikül boyutunun glukonik asit üretimine etkisi de incelenmiş ve azalan küspe boyutuyla üretimin bir miktar arttığı belirlenmiştir.

Şekil 1. A. niger ile şeker pancarı melasından katı hal fermantasyonuyla glukonik asit üretimi deneyleri için elde edilen etkileşim grafikleri: (a) CaCO3 kesri-küspe kesri, (b) Sıcaklık-CaCO3 kesri, (c) Melas kesri-sıcaklık, (d) Küspe kesri-melas kesri.

(a) (b)

(c) (d)

Projede Kullanılan Altyapılar

Resim 1. Karl-Fischer Su Tatin cihazı Resim 2. HPLC Analiz Sistemi

Resim 3. Nem Tayin Cihazı Resim 4. Isıtmalı-Soğutmalı Çalkalamalı İnkübatör

SELÜLAZ ENZİMİ ÜRETEN SUŞ İZOLASYONU VE ENZİM AKTİVİTESİ ÜZERİNE ORTAM KOŞULLARININ ETKİSİNİN BELİRLENMESİ (MF.16.07)-Yüksek Lisans Projesi

Bu çalışmada, toprak ve su kaynakları kullanılarak selülaz enzimi üreten suşların izolasyonu gerçekleştirilmiştir. İzolasyonu yapılan suşların, katı ve sıvı enzim üretim ortamlarında yapılan analizler ile selülaz aktivitesi belirlenmiş ve en yüksek aktiviteyi gösteren suş seçilmiştir. Seçilen suş, biyokimyasal ve morfolojik testlerin yanı sıra 16S rRNA analizi ile tanımlanmıştır. Bulgular seçilen suşun bacillus familyasının bir üyesi olabileceğini göstermektedir. Seçilen suşun maksimum selülaz enzimi üretimini 45 °C sıcaklık ve 6,0 pH’da gösterdiği tespit edilmiştir. Enzim üretimi için kullanılan farklı kültür koşullarında, en iyi karbon kaynağının nişasta, en iyi azot kaynağının ise maya ekstraktı olduğu, mikro nütrient kaynağı olarak K2HPO4’ın enzim üretiminde indükleyici bileşen olduğu belirlenmiştir. Elde edilen selülaz enziminin, pH 7,5; sıcaklık 50 °C ve % 2 NaCl konsantrasyonu şartlarında optimum aktiviteye sahip olduğu belirlenmiştir.

Resim 1. Kongo kırmızısı boyama görüntüleri Resim2. Endospor boyamanın ışık mikroskobu görüntüsü

Şekil 1. Filogenetik ağaç

ŞEKER PANCARI MELASI VE KÜSPESİNDEN HİDROTERMAL YÖNTEMLE MANYETİK NANOPARTİKÜL DESTEKLİ KARBON (MNPDK) ÜRETİMİ (MF17.42)-Yüksek Lisans Tez Projesi

Bu çalışmada, manyetik nano partikül destekli karbon (MNPDK) üretimi, şeker endüstrisi yan ürünleri olan şeker pancarı melasından ve pancar küspesinden hidrotermal karbonizasyon yöntemiyle incelenmiştir. Hidrotermal karbonizasyon sırasında karbonlu ürünlere manyetik özellikler kazandırmak için demir (III) klorür tuzu kullanılmıştır. Tüm deneyler Cevap Yüzey Yöntemi (CYY) ve Merkezi Kompozit Dizayn (MKD) tekniği ile tasarlanmıştır. Şeker pancarı melasından MNPDK üretimi için optimum koşullar, 1,52 M FeCl3 konsantrasyonu, 15,25 g melas miktarı, 147°C hidrotermal karbonizasyon sıcaklığı ve 6,25 st reaksiyon süresi olarak belirlenmiştir. Cevap değeri olarak karbonize ürün verimiyle manyetik kısım ağırlık kesrinden kompoze edilerek tanımlanan manyetik ürün verimi, bu şartlar altında % 2,2 olarak bulunmuştur. Benzer şekilde, şeker pancarı küspesinden MNPDK üretimi için optimum koşullar, 0,52 M FeCl3 konsantrasyonu, 15,25 g küspe miktarı, 130°C hidrotermal karbonizasyon sıcaklığı ve 4,9 st reaksiyon süresi olarak belirlenmiştir. Şeker pancarı küspesi için kompozit manyetik ürün verimi % 18,4 olarak belirlenmiştir. Deneylerde, manyetik karbonize ürün veriminin yanı sıra, karbonize ürünlerin metilen mavisi sorpsiyon kapasiteleri ve hidrotermal karbonizasyon sırasında üretilen glukonik, formik ve asetik asitler gibi bazı organik asitlerin miktarları incelenmiştir. Melas ve küspeden elde edilen karbonize ürünler için maksimum metilen mavisi sorpsiyon kapasiteleri sırasıyla 71,2 ve 70,6 mg/g olarak bulunmuştur. Melas ve küspeden elde edilen maksimum organik asit verimleri sırasıyla ağırlıkça % 33,1 ve % 23,6 olarak belirlenmiştir. Ayrıca melas ve pancar küspesinden elde edilen manyetik karbonize ürünler için bazı karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Bu amaçla bazı kimyasal analizler, SEM, XRD, FTIR, partikül boyut dağılımı ve N2-BET yüzey alanı analizi yapıldı. Karakterizasyon çalışmaları, melastan ve pancar küspesinden elde edilen manyetik nano partikül içeren karbonize ürünlerin önemli yapısal farklılıklara sahip olduğunu göstermiştir.

Resim 1. Çalışmada elde edilen MNPDK’kara ait bazı SEM görüntüleri

Kullanılan Sistemler ve Altyapı

Şekil 1. Hidrotermal Reaksiyon Sistemi Resim 2. Hidrotermal Reaksiyon Sistemi Görünümü

Resim 3. UV-Vis Spektrofotometre Resim 4. Atomik Absorpsiyon Spektrofotometresi

Resim 5. HPLC Sistemi Resim 6. Etüv

PRİNANIN MİKRODALGA ISITMALI AUGER REAKTÖRÜNDE PİROLİZİNİN İNCELENMESİ (MF.17.43)-Yüksek Lisans Tez Projesi

Bu çalışmada zeytin meyvesinden yağ üretimi sırasında bir yan ürün olarak elde edilen prinanın mikrodalga destekli bir Auger reaktörde pirolizinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu nedenle çalışmanın amaçları arasında, yeni bir tasarım olan mikrodalga ısıtmanın uygulanabileceği bir sonsuz vida ile kütle taşınımının sağlandığı Auger reaktörün hayata geçirilmesinin yanı sıra bu sistemde ürün verimi ve kalitesi üzerine piroliz şartlarının etkilerinin incelenmesi de yer almaktadır. Çalışmada ilk olarak sabit yataklı bir piroliz sisteminde prinanın pirolizi incelenmiştir. Daha sonra oluşturulan mikrodalga ısıtmalı bir auger sistemde prinanın pirolizi üzerine biyokütle akış hızı, mikrodalga absorplayıcı olarak aktif karbon miktarı ve mikrodalga gücünün etkileri deneysel tasarım teknikleri kullanılarak incelenmiştir. Deneysel çalışmalar sabit yatak pirolizi ve mikrodalga pirolizi ile elde edilen sıvı ve katı ürünlerin benzer özelliklere sahip olduğunu göstermiştir. Mikrodalga pirolizinde sıvı ürün verimini ve toplam gazlaşabilen ürün verimini besleme hızı, aktif karbon oranı ve mikrodalga gücünüe bağlayan model eşitlikleri elde edilmiştir. Sıvı ürün veriminin ve toplam gazlaşabilen ürün veriminin düşük akış hızlarında ve yüksek mikrodalga gücünde maksimum olduğu belirlenmiştir. Yapılan doğrulama deneyleriyle, ortaya konulan model eşitliğinin çözümünden elde edilen sonuçlar arasında yüksek bir uyum olduğu tespit edilmiştir. Maksimum verim 19,7 sürücü ayar değeri, % 18,66 aktif karbon içeriği ve % 94 mikrodalga gücü şartlarında sıvı ve toplam gazlaşan ürün verimleri olarak % 32,15 ve % 63,78 olarak elde edilmiştir.

Kullanılan Sistem ve Altyapılar

Şekil 1.Mikrodalga ısıtmalı sürekli auger piroliz sistemi (1- Biyokütle besleme bunkeri, 2-Redüktör, 3- Auger motoru, 4- Motor hızı devir ayar invertörü, 5- Mikrodalga kabini, 6- Mikrodalga üreteci magnetron, 7- Dalga klavuzu, 8- Seramik boru reaktör, 9- Auger sonsuz vida, 10- Mikrodalga dağıtıcı pervane, 11- Motor, 12- Karbonize ürün toplama kabı, 13- Çıkış gazı ısıtıcı rezistans, 14- Kondenser sistemi, 15- Buzlu su banyosu, 16- Soğutma suyu girişi, 17- Soğutma suyu çıkışı, 18- Kondense olmayan piroliz gaz çıkışı, 19- N2 gaz tüpü)

1

2

6

7

8

9

10

13 14

5 18

19

16

4 11 12

15

17

Resim 1. Deneylerde kullanılan mikrodalga ısıtmalı auger reaktör sisteminin kurulu görünümü

Resim 2. TAN tayin cihazı ve Karl-Fischer su analizörü Resim 3. GC-MS sistemi

Resim 4. Termal Kamera

LİGNOSELÜLOZİK BİYOKÜTLENİN SIVI PİROLİZ ÜRÜNLERİNDEN LEVOGLUKOZANIN KAZANILMASI VE BİYOETANOL ÜRETİMİNDE KULLANILMASI (MF.17-44) )-Yüksek Lisans Tez Projesi

Bu çalışmada mobilya üretimi sırasında endüstriyel bir lignoselülozik atık olarak elde edilen MDF tozunun sabit yataklı bir piroliz sisteminde pirolizi ve elde edilen sıvı piroliz ürününde bulunan levoglukozanın biyoetanol üretiminde değerlendirilmesi araştırılmıştır. MDF tozunun seyreltik fosforik asit ile bir ön işleme tabi tutulmasıyla elde edilen materyalin, 400◦C sıcaklıkta sabit yataklı sistemde ısıtılmasıyla gerçekleştirilen bir piroliz işlemiyle kütlece yaklaşık % 40 oranında ve 66.5 g/kg konsantrasyonunda levoglukozan içeren bir sıvı ürün elde edildi. Bu sıvı ürünün 0,25 su: biyoyağ oranında ekstraksiyonu ile levoglukozanın % 92,5’inin sulu çözeltiye alınabildiği belirlendi. Çözeltideki levoglukozanın 120◦C sıcaklıkta 0,54 M H2SO4 konsantrasyonunda 90 dk süreyle uygulanan bir hidroliz işlemiyle % 86’nın üzerinde bir oranla glikoza dönüşümü gerçekleştirilmiştir. Elde edilen bu hidrolizat, 20 g/L konsantrasyonunda katı Ca(OH)2 ilavesiyle inhibe edici bileşenlerin uzaklaştırılması için detoksifikasyon işlemine tabi tutulmuştur. Ayrıca, Ca(OH)2 çöktürmesiyle detoksifikasyondan elde edilen çözelti çeşitli kombinasyonlarda metil izobütil keton (MİBK) ekstraksiyonu, etil asetat (EA) ekstraksiyonu ve aktif karbon adsorpsiyonu işlemleri kullanılarak ileri detoksifikasyon işlemlerine tabi tutulmuştur. Farklı yöntemlerle detoksifiye edilen çözeltiler için Saccharomyces cerevisiae NRRL Y-12632 suşu kullanılarak fermantasyon deneyleri yapılmıştır. Maksimum biyoetanol verimi, Ca(OH)2 detoksifikasyonu-MIBK ekstraksiyonu-aktif karbon adsorpsiyonu işlemlerinin seri halde uygulandığı çözelti ile 0,47 g etanol/g glikoz olarak elde edilmiştir.

Kullanılan Sistem ve Altyapılar

Şekil 1. Deneylerde kullanılan sabit yataklı piroliz sisteminin şematik görünümü

Resim 1. Kullanılan sabit yataklı piroliz sisteminin görüntüsü

Şekil 2. Fermantasyon çalışmalarında kullanılan düzenek Resim 2. Fermantasyon deneylerinden görüntüler

Resim 3. TAN tayin cihazı ve Karl-Fischer su analizörü Resim 4. GC-MS sistemi

Resim 5. HPLC Sistemi Resim 6. Etüv

TAMAMLANAN TÜBİTAK PROJESİ

BİYOKÜTLEDEN FERMENTE EDİLEBİLİR PİROLİTİK ŞEKERLERİN SEÇİMLİ OLARAK ELDE EDİLMESİ İÇİN AUGER TİPİ BİR PİROLİZ REAKTÖRÜ GELİŞTİRİLMESİ (215M814)-1001 ARGE Projesi

Bitokütle, herkes tarafından temiz ve yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak kabul görmektedir. Biyokütlenin sahip olduğu enerji potansiyeli iyi bilinmekte ve yapılan çalışmalarda ekonomik, çevreci ve insan yaşamına saygılı dönüşüm teknolojileri ortaya koymaya yönelik araştırmalar, öncelikli alanlar içerisinde değerlendirilmektedir. Bu dönüşüm teknolojileri içerisinde piroliz, gazlaştırma, hidrotermal karbonizasyon ve fermantasyon teknikleriyle ikincil yakıtların üretimi önemli bir yer tutmaktadır. Ancak bu dönüşüm teknolojilerinin enerji verimliliği ve ekonomisi bakımından bazı dezavantajlara da sahip olduğu bir gerçektir. Bu nedenle özellikle ligno-selülozik yapılı tarımsal ve ormansal atık ve yan ürünlerden bu tekniklerle yakıt değeri olan ürünlerin üretimine yönelik çalışmalara ilave olarak, birincil ürünlerden çeşitli yöntemlerle kimyasal değeri olan ikincil ürünlerin eldesi konusu da önemli bir hal almıştır. Bu çalışmanın temel amacı, ligno-selülozik biyokütleden fermente edilebilir pirolitik şekerlerin seçici olarak elde edilmesi için yeni bir auger reaktörün geliştirilmesidir. Bu seçimli piroliz sistemini kullanarak biyokütleden elde edilen ürünlerin karakterizasyonu, pirolitik şekerler açısından zengin bir sıvı ürün elde etmek ve bu şekerler bakımından zengin üründen fermantasyon yoluyla biyoetanol üretiminin araştırılması da amaçlanmıştır. Çalışmada beş farklı ısıtma bölgesine sahip olan ve her ısıtma bölgesinden piroliz gazlarının alınarak kondense edilmesiyle sıvı ürün elde edilmesine imkan sağlayan bir sistemin dizaynı ve kurulumu gerçekleştirilmiştir. Oluşturulan sistemin dizayn iyileştirme çalışmalarını takiben, biyokütle olarak çam hızar kepeği ile maksimum sıvı ürünün elde edildiği sistem parametreleri ortaya konulmuştur. Oluşturulan sistemin pirolitik bir şeker olan levoglukozanın seçimli olarak elde edilmesine imkan sağladığı tespit edilmiştir. % 0,1’lik H3PO4 çözeltisiyle kaynatılarak ön işlem görmüş biyokütlenin optimum şartlarda piroliziyle 138,9 g/kg konsantrasyonunda levoglukozan içeren bir sıvı ürünün elde edilebildiği belirlenmiştir. Bu sıvı ürünün dört katı su ile ekstraksiyonunu takiben asidik bir hidrolize tabi tutulması sonucu 27,9 g/L konsantrasyonunda glikoz içeren bir şeker çözeltisi elde edilmiştir. Bu çözeltinin inhibe edici bileşenlerin miktarını azaltacak detoksifikasyon işlemleri uygulandıktan sonra fermentasyon için kullanılabileceği belirlenmiştir. Bu çözelti ilk olarak 20 g/L Ca(OH)2 ile muamele edilerek bir detoksifikasyona tabi tutulmuştur. Sonra 151 g/L dozda aktif karbon ile muamelesini takiben yaklaşık üç kat seyreltilmiştir. Bu çözelti için, Saccharomyces cerevisiae NRLL Y-12632 suşu kullanılarak 24 saatlik bir fermantasyonun sonunda 0,465 g etanol/g glikoz verim ile etanol üretimi gerçekleştirilmiştir.

Geliştirilen Sistem ve Kullanılan Altyapılar

Şekil 1. Tasarlanan seçimli auger tipi piroliz reaktörünün şematik görünümü

Resim 1. Tasarlanan sistemin görünümü

Resim 2. Döner viskozimetre sistemi

Resim 3. COD analiz sistemi

Resim 4. Karl-Fischer su analizörü ve otomatik titrasyon sistemi

Resim 5. Vakumlu buharlaştırıcı sistemi

Resim 6. Isıtmalı-soğutmalı çalkalamalı inkübatör

Resim 7. Analizlerde kullanılan HPLC sistemi

Resim 8. Analizlerde kullanılan GC-FID sistemi

Resim 9. Analizlerde kullanılan GC-MS sistemi

Resim 10. Gaz analizlerinde kullanılan GC-TCD sistemi

Resim 11. Çalışmalarda kullanılan nem tayin cihazı