Doğu Akdeniz bölgesinde yetiştirilen mısır ve buğday atıklarından biyoetanol üretim verimi üzerine ön işlem etkisinin araştırılması
Investigation of the pretratment methods on the bioethanol production from wastes of corn and wheat grown in Eastern Mediterranean region
Yazar: EMRAH AHMET ERKURT
Danışman: PROF. DR. HALİL KUMBUR
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Sürdürülebilir enerji = Sustainable energy ; Çevre teknolojisi = Environmental technology

Özet:
Dünya üzerinde yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ihtiyaç gün geçtikçe artmaktadır. Bu enerji türlerinden biri de güneş ışığını enerji kaynağı olarak kullanan biyokütledir (biyoenerji). Biyoenerjinin global potansiyelini ise tarım mahsulleri ve lignoselülozik materyallerin kalıntıları oluşturmaktadır. Bu çalışmada, Doğu Akdeniz bölgesinde en fazla üretilen zirai ürünler olan buğday ve mısır'ın atıklarından biyo-yakıt amaçlı etanol üretiminin maksimum miktarda gerçekleştirilebilmesi amaçlanmıştır. Etanol fermantasyonu için gerekli olan şekerlerin kullanılan atıklardan sağlanabilmesi için çeşitli ön işlemler uygulanmıştır. Ön işlemler kendi içinde fiziksel (mekanik ve ultrasonik ön işlemler), kimyasal (piroliz, fenton oksidasyonu, seyreltik ve derişik H2SO4 uygulaması, alkali ön işlemler ve ıslak oksidasyon) ve biyolojik (beyaz çürükçül funguslarla ve enzimatik ön işlemler) işlemler olarak gruplandırılmış ve elde edilen sonuçlar değerlendirilerek bazı ön işlem metodları kombine edilmiştir. Maksimum sakarifikasyon verimi % 1,0 H2SO4 ile ıslak oksidasyon uygulanmış ve ardından enzimatik hidroliz işlemi gerçekleştirilmiş kombinasyon ortamında sağlanmış ve 1 g/L mısır sapı, mısır koçanı, buğday kepeği ve buğday sapı için saptanan heksoz (glukoz, mannoz, fruktoz ve galaktoz derişimleri toplamı) derişimleri sırası ile 486,62; 361,78; 617,10 ve 201,86 mg/g olarak belirlenmiştir. Gerçekleştirilen ön işlemler sırasında oluşan ve etanol fermantasyonunu inhibe eden bileşiklerin (furfural, asetik asit, levunilik asit) saptanması sonucu bu bileşiklerin giderimleri (detoksifiyasyonu) fiziksel (dietil eter ve etil asetat ile ekstraksiyon) kimyasal (Ca(OH)2 ile yapılan alkali detoksifikasyon) ve biyolojik (lakkaz enzimi ile) olarak ayrı ayrı denenmiştir ve çalışma sonunda Ca(OH)2 ile yapılan alkali detoksifikasyon en uygun yöntem olarak belirlenmiştir. Ardından ön işlem ve detoksifikasyon uygulanmış 40 g/L numune kullanılarak etanol fermantasyonu yapılmıştır ve mısır sapı, mısır koçanı, buğday kepeği ve buğday sapı için saptanan en yüksek etanol derişimleri sırası ile 6,22; 3,56; 8,01 ve 1,13 g/L olarak belirlenmiştir. Çalışmada son basamak olarak teorik maliyet analizi yapılmış ve buğday kepeğinden sakkarifikasyon ve ardından etanol üretimi maliyet açısından uygun bulunmuştur.

Abstract:
Need for renewable resourses have been increasing. One of these renewable energy sources is the biomass (bioenergy) that uses sunlight as energy source. Agricultural products lignocellulosic materials are the global potentials of bioenergy. Aim of this study was to produce maximum amount of ethanol that would be used as biofuel, from the wheat and corn wastes which are the widespread agricultural wastes of Eastern Mediterrenean region. Different pretreatment procedures were used to increase the amount of sugar for ethanol fermentation from wastes. Physical (mechanical and ultrasonic pretreatment methods) chemical (pyrolysis, phenton oxidation, diluted and concentrated H2SO4 applications, alkaline pretreatments and wet oxidation) and biological (biodegradation with white rot fungi and their enzymes) pretretment methods were used and after evaluating the results some of the pretreatment methods were combined. Maximum saccharification was obtained with wet oxidation by using % 1,0 H2SO4 followed by enzymatic hydrolysis. After pretreatment, 486.62, 361.78, 617.10 and 201.86 mg/g hexose (sum of the concentrations of glucose, mannose, fructose and galactose) were obtained from 1 g/L corn-stalk, corncob, wheat bran and wheat stalk respectively. During pretreatment processes formation of inhibitors of ethanol fermentation (furfural, acetic acid, levunilic acid) were detected. Physical (extraction by using diethyl eter and ethyl acetate), chemical (alkaline detoxification by using Ca(OH)2) and biological (by using laccase) removal (detoxification) were studied and alkaline detoxification by Ca(OH)2 was found to be the appropriate detoxification method. Pretreted and detoxified materials were subjected to ethanol fermentation. Maximum concentartions of ethanol produced from corn-stalk, corncob, wheat bran and wheat stalk were 6.22, 3.56, 8.01 and 1.13 g/L respectively. Last step of this was the theoretical cost analysis. Saccharification followed by ethanol production from wheat straw was found to be cost effective.