Anaerobik biyoreaktörlerde atık çörek otundan (Nigella sativa) biyohidrojen eldesi verimliliğinin araştırılması / Research of the efficiency of biohydrogen gain from waste black cumin (Nigella sativa) in anaerobic bioreactors

Abstract

Dünya nüfusunun hızla artması, küresel enerji talebini arttırmıştır. Bu durum kömür, petrol ve doğalgaz gibi fosil yakıtların aşırı kullanımına, dolayısıyla yenilenemez enerji kaynakları olmasıyla hızlıca tükenmesine ve çevre kirliliğine neden olmuştur. Bu gibi nedenler, yenilenebilir enerji kaynaklarına önem verilmesi gerekliliğini ortaya çıkarmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının önemli avantajları arasında; sürdürülebilirliği, çevresel olumsuz etkilerinin fosil yakıtlara göre az olması ve pek çok ülkede kolaylıkla bulunabilmesi sayılabilir. Bu kaynaklardan biri olan hidrojen, doğada bileşik olarak bulunduğundan şeker kamışı sapı, pirinç samanı, mutfak atıkları gibi farklı ham maddelerden üretilmektedir. Hidrojen yakıt türleri ile kıyaslandığında birim kütle başına en yüksek değerde enerji içeriğine sahiptir. Hidrojenin 1 kilogramı; petrolün 2,8 kilogramı veya doğalgazın 2,1 kilogramının sahip olduğu enerji ile eşdeğerdir. Bu çalışmada; soğuk pres çörek otu yağı üretimi yapan üreticilerin, çöpe atmak üzere oldukları atık çörek otu kullanılarak karanlık fermantasyon ile biyolojik hidrojen üretim potansiyeli araştırılmıştır. Atık çörek otu ile biyolojik hidrojen üretiminde, optimum organik yükleme oranı, pH ve hidrolik bekletme süresinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, kesikli ve sürekli kesikli beslemeli reaktörlerde herhangi bir ön işlem uygulanmamış atık çörek otu ile atık çörek otuna ön işlemin uygulandığı dekoksiyon ekstraksiyon yöntemiyle elde edilmiş atık çörek otu ekstraktı farklı organik yükleme oranları ve pH'da araştırılmıştır. Aşı (çamur) olarak karışık bakteri kültürü tercih edilmiş ve çamur ısıl ön işlem uygulanarak kullanılmıştır. Reaktörler, 35-37 0C sıcaklığın sabit tutulduğu karanlık reaktör odasında işletilmiştir. Bu araştırmada, çörek otu yağı üreticilerinin çörek otu yağını elde ettikten sonra, çöpe atmak üzere oldukları çörek otu atığı karanlık fermantasyon ile biyohidrojen üretimi için tam karıştırmalı tank reaktör, akışkan yataklı kolon reaktör ve kesikli reaktörlerde denenmiştir. Atık çörek otu; biyolojik olarak parçalanabilir olması, temin edilebilirliğinin kolay olması, karbonhidrat içeriğinin yüksek olması ve toksik olmaması gibi avantajlara sahiptir. Ancak, ön işlemin uygulanmadan kullanıldığı sürekli kesikli beslemeli reaktörlerde, reaktör işletiminde pompaların verimli çalışmasını engelleyebilme ihtimalinin olması, atık çörek otunun kullanımında bir dezavantaj oluşturabilmektedir. Bu araştırmada, sürekli kesikli beslemeli reaktörler kurularak bu reaktörlerde pH ve organik yükleme oranında değişiklik yapılmadan önce, yapılması planlanan değişikliğin reaktör performasına etkisini ön görebilmek için kesikli reaktörler kurularak işletilmiştir. Ön işlem uygulanmamış atığın kullanıldığı tam karıştırmalı tank reaktör 1 (TKTR-1) ve akışkan yataklı kolon reaktör 1 (AYR-1)'de maksimum hidrojen sırasıyla 25,3 ve 11,1 mL/gün olarak tespit edilmiştir. Atığa dekoksiyon ekstraksiyon ön işleminin uygulanarak, atık ekstraktının kullanıldığı tam karıştırmalı tank reaktör 2 (TKTR-2) ve akışkan yataklı kolon reaktör 2 (AYR-2)'de ise maksimum hidrojen sırasıyla 20,8 ve 7,6 mL/gün olarak belirlenmiştir. Reaktör tiplerine göre atığa ön işlem uygulanmamış/uygulanmış olması açısından değerlendirildiğinde, ön işlem uygulanmamış atıktan daha iyi hidrojen üretim performansı olduğu kanısına varılmıştır. Sürekli kesikli beslemeli reaktörlerin tamamında hidrojen üretimi tespit edilmiş olup, ön işlem uygulanmamış atığın kullanıldığı reaktörlerde optimum pH 5.0 ve atığa ön işlemin uygulanmış olduğu reaktörlerde ise optimum pH 4.0 olarak belirlenmiştir. Sonuç olarak, literatüre göre biyohidrojen üretim araştırmalarında daha önce denenmemiş olan atık çörek otunun, biyolojik hidrojen üretimi için başarı ile kullanılabileceği sonucuna varılmış ve araştırmada gerçek ölçekli proseslerin tasarımına yönelik veriler elde edilmiştir. ANAHTAR KELİMELER: Biyohidrojen, karanlık fermantasyon, anaerobik biyoreaktör, atık çörek otu