Atık ekmeklerden biyoetanol üretim sürecinde halojen etkisinin araştırılması / Investigation of the effect of halogen in the production process of bioethanol from waste breads

Abstract

Yenilenebilir bir enerji kaynağı olan biyoetanol, karbonhidrat değeri yüksek hammaddelerden (şeker kamışı, mısır, algler, şeker pancarı) mikroorganizmaların yardımıyla fermantasyon yoluyla elde edilen çevre dostu sıvı bir yakıttır. Biyoetanol, dünya çapında birçok alanda kullanılmakta olup özellikle ulaşım için en yaygın kullanılan biyo-yakıttır. Bu tez çalışması kapsamında üç farkı grupta kesikli reaktörler kurulmuştur. Hammadde kaynağı olarak israf oranı ülkemiz için yılda 21 milyar tona ulaşan ekmek atıkları kullanılmıştır. İlk gruptaki reaktörlerde atık ekmek hidrolizli ve hidrolizsiz bir şeklide 1 litrelik reaktörlerde fermantasyona tabi tutulmuştur. Hidroliz aşamasında enzimatik süreç için arpa maltı özütü kullanılmıştır. Malt ile hidrolize uğramış reaktörde 20 gram ekmek atığı için başlangıç karbonhidrat konsantrasyonunda yaklaşık % 97 azalma görülmüş olup, 0,83 L gaz çıkışı elde edilmiştir. Hidroliz uygulanmayan çalışmada ise sadece 0,03 L gaz çıkışı ölçülmüş olup karbonhidrat azalışında kayda değer bir etki görülmemiştir. İkinci gruptaki reaktörlerde ise farklı halojen tuzlarının hidroliz ve fermantasyon sürecine etkisi incelenmiştir. Bu amaçla ilk olarak sabit malt ve ekmek içeren reaktörlere farklı konsantrasyonlarda halojen (F, CI, Br, I) eklenmiş ve 3 saat boyunca hidroliz edilmiştir. Hidroliz sürecinden sonra elde edilen hidrolizatlardan setler halinde fermentör reaktörleri kurulmuştur. 10000 mg/L KI ile en yüksek hidroliz verimi elde edilmiştir. Çalışmanın bir diğer aşamasında ise pilot ölçekli 400 L fermentör kapasitesine sahip biyoetanol düzeneği ve 400 L kapasiteli damıtma düzeği kurulmuş ve damıtma düzeneğinin optimizasyonu sağlanmıştır. Damıtma sisteminde 30 °C sıcaklığa sahip soğutma suyu ve 2.41 KWh enerji girdisi ile %96 saflıkta etanol elde edilmiştir. Bioethanol, a renewable energy source, is an environmentally friendly liquid fuel obtained by fermentation with the help of microorganisms from raw materials with high carbohydrate value (sugar cane, corn, algae, sugar beet). Bioethanol is used in many areas worldwide and is the most commonly used biofuels for transportation. Within the scope of this thesis, three different group batch reactors were established. As a source of raw materials, waste wastes have been used in our country for 21 billion tons per year. In the first group of reactors, waste bread was used in fermentation in hydrolyzed and non-hydrolyzed forms. Barley malt extract was used for the enzymatic process. 20 g waste bread was added to reactors and 97% reduction in initial carbohydrate concentration was observed in malt hydrolyzed reactor and 0.83 L of gas was obtained. In the non-hydrolyzed study, only 0.03 L gas output was measured and there was no significant effect on carbohydrate decrease. In the second group, the effect of different halogen salts on hydrolysis and fermentation process was investigated. For this purpose, different concentrations of halogen (F, CI, Br, I) were first added to reactors containing fixed malt and bread and hydrolyzed for 3 hours. After hydrolysis, fermentor reactors were formed from the hydrolysates obtained. The highest hydrolysis efficiency was obtained with 10000 mg/L KI. In another phase of the study, 400 L fermentor and 400 L distillation unit was established and distillation unit was optimized for ethanol purification. With 30°C cooling water and 2.41 KWh energy input, 96% ethanol was obtained.