Termal ön işlemli fındık kabuklarının anaerobik sindirim testleri ile biyometan potansiyel analizi
Biomethane potential analysis of thermal pretreated hazelnut shells's with anaerobic digestion tests
Yazar: MUHAMMED OYAN
Danışman: DOÇ. DR. HALİL ŞENOL
Giresun Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Anaerobik sindirim = Anaerobic digestion ; Biyometanizasyon = Biomethanization ; Fındık Kabuğu = Nutshell ; Lignoselülozik yapı = Lignocellulosic structure ; Termal analiz = Thermal analysis

Özet:
Dünyadaki fosil kaynaklı enerjilerin gelecekte tükeneceği bilinmektedir. Fosil kaynaklara alternatif olan yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmek vazgeçilmez hale gelmiştir. Biyokütleden elde edilen biyometan enerjisi yenilenebilir enerji kaynaklarından biridir. Biyometan organik atıkların anaerobik sindirim (AS) yöntemiyle üretilebilen bir gazdır. Bu çalışmada ise fındık yan ürünlerinden fındık kabuğunun biyometan verimi araştırılmıştır. Fındık kabuğu lignoselülozik bir madde olduğundan AS'den yüksek verim alınabilmesi amacıyla termal ön işlemler uygulanmıştır. 
Fındık kabuğu numunelerine 60 °C, 80 °C ve 100 °C sıcaklıklarda 2 saat termal ön işlem uygulanmıştır. Ön işlemlerden sonra biyometan potansiyeli analizi (BMP)'nden önce lignoselülozik malzemelerin selüloz, hemiselüloz ve lignin giderimleri analiz edilmiştir. En yüksek lignoselülozik madde giderimi (selüloz %15,39, hemiselüloz %15,0 ve lignin %29,9) 100 °C ön işlemli reaktörde olduğu görülmüştür. Termal ön işlemlerden sonra fındık kabuğunun BMP için ön işlem etkilerini incelemek amacıyla AS düzeneği toplam %10 katı madde (KM) ve 37 ± 1 °C sıcaklık koşulları altında hazırlanmıştır. Kurulan deney düzeneğinde 60 °C ön işlemli reaktör, 80 °C ön işlemli reaktör, 100 °C ön işlemli reaktör, kontrol reaktörü (ön işlemsiz reaktör) ve sadece aşının bulunduğu reaktör olmak üzere 5 çeşit reaktör ve her biri 2 tekrarlı olmak üzere toplam 10 adet kesikli reaktör hazırlanmıştır. AS sürecinde 5 farklı reaktör tipinin biyometan potansiyelleri kümülatif olarak ölçülmüştür. Ham fındık kabuğunun kümülatif biyometan verimi 32,3 ml·gTK‒1 iken 60 °C, 80 °C ve 100 °C sıcaklıklarda uygulanan termal ön işlemden sonra kümülatif biyometan verimleri sırasıyla 88,3 ml·gTK‒1, 114,2 ml·gTK‒1 ve 132,3 ml·gTK‒1 olarak ölçülmüştür. Modifiye Gompertz denklemi ile kümülatif biyometan verim eğrileri başarılı bir şekilde modellendi ve R2 değerleri 0,9962-0,9985 arasında bulundu.

Abstract:
It is known that fossil-based energies in the world will run out in the future. It has become indispensable to turn to renewable energy sources, which are alternatives to fossil sources. Biomethane obtained from biomass is one of the renewable energy sources. Biomethane is a gas that can be produced by anaerobic digestion of organic wastes. In this study, which is one of the by-products of hazelnut the biomethane yield of hazelnut shell was determined. Hence hazelnut shell is a lignocellulosic material, thermal pretreatments were applied in order to obtain high efficiency from anaerobic digestion.
The hazelnut shell samples were thermally pretreated for 2 hours at 60°C, 80°C and 100°C. Cellulose, hemicellulose and lignin removals of lignocellulosic materials were analyzed  after pretreatment before biomethane potential analysis. The highest lignocellulosic material removal (cellulose 15.39%, hemicellulose 15.0% and lignin 29.9%) was determined in the 100°C pretreated reactor. Anaerobic digestion set was prepared in order to examine the pretreatment effects for biomethane potential analysis of hazelnut shell after thermal pretreatments under a total of 10% solids and 37±1°C temperature conditions. In the experimental setup, 5 types of reactors including 60°C pretreatment reactor, 80°C pretreatment reactor, 100°C pretreatment reactor, untreated reactor (control) and only the inoculum reactors were prepared in total of 10 reactors which each with 2 replicated. During the anaerobic digestion, the biomethane potentials of 5 different reactor types were cumulatively measured . While the cumulative biomethane yield of raw hazelnut shell is 32.3 mL·gTS‒1, cumulative biomethane yield after thermal pretreatment at 60°C, 80°C and 100°C,  were measured as  88.3 mL·gTS‒1, 114.2 mL·gTS‒1 and 132.3 mL·gTS‒1, respectively. The modified Gompertz model was successfully modeled on cumulative biomethane yields and R2 values were found to be between 0.9962-0.9985.