Biyogaz enerji verimliliğinin termal ön işlem yöntemleri ile artırılması
Increasing the efficiency of biogas energy through thermal pretreatment methods
Yazar: ERSİN KAYGUSUZ
Danışman: DOÇ. DR. HALİL ŞENOL
Giresun Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Biyogaz = Biogas ; Biyometanizasyon = Biomethanization ; Enerji verimliliği = Energy efficiency ; Lignoselülozik yapı = Lignocellulosic structure ; Tavuk gübresi = Poultry manure

Özet:
Teknolojinin gelişmesiyle birlikte artan enerji talebi ve dünyadaki fosil kaynaklı yakıtların tükenmesi insanlığı yenilenebilir enerji kaynaklarına yöneltmektedir. Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan biyometan enerjisi de alternatif enerji kaynaklarını arasına girmektedir. Bu çalışmada organik atıklardan biri olan tavuk gübresinin anaerobik sindirimiyle üretilebilen biyometan gazının verimi araştırılmıştır. Tavuk gübresinin içeriğinde bulunan, suda çözünmesi ve sindirilmesi zor olan lignoselülozik kısmına çeşitli sıcaklıklarda termal ön işlem uygulayarak yüksek verim alınması amaçlanmıştır.
Bu çalışmada öncelikle ham tavuk gübresine anaerobik sindirim uygulanmış ve biyometan verimi 232,9 ml/g TK olarak belirlenmiştir. Bu sindirim süreci tamamlandıktan sonra reaktörde geriye sindirilmeden kalan kısım lignoselülozik bileşen olarak kabul edilmiş olup bu kısma termal ön işlem yöntemler uygulanarak birim kütle başına biyometan veriminin artırılması hedeflenmiştir. Bu bağlamda tavuk gübresinin lignoselülozik kısımlarına 60 °C, 70 °C, 80 °C, 90 °C ve 100 °C sıcaklıklarda 2 saat termal ön işlem uygulanarak anaerobik sindirim gerçekleştirilmiştir. Lignoselülozik biyokütle kabul edilen bu maddenin selüloz, hemiselüloz ve lignin oranları ağırlıkça sırasıyla %15,95, %24,25 ve %45,02 olarak analiz edilmiştir. Anaerobik sindirim düzeneği %10 kuru madde ve 37 ± 1 °C sıcaklık koşulları altında hazırlanmıştır. Deney düzeneğini ön işlemsiz reaktör, 60 °C, 70 °C, 80 °C, 90 °C, 100 °C termal ön işlemli reaktör ve aşı olmak üzere 7 çeşit reaktör kurulmuştur. Anaerobik sindirim süresince 7 farklı reaktör tipinin biyometan potansiyelleri klasik biyometan potansiyel testleri yöntemi ile kümülatif olarak ölçülmüştür. Ön işlemsiz tavuk gübresinin kümülatif biyometan verimi 232,9 ml/g TK ölçülmüş, 60 °C, 70 °C, 80 °C, 90 °C, 100 °C termal ön işlem uygulanmış tavuk gübrelerinin kümülatif biyometan verimleri sırasıyla 292,53 ml/g TK, 298,35 ml/g TK, 302,2 ml/g TK, 315,15 ml/g TK ve 318,83 ml/g TK olarak ölçülmüştür. Sonuç olarak termal ön işlemler ile ham tavuk gübresinin birim kütle başına biyometan verimi başarılı bir şekilde artırılmıştır.

Abstract:
Increasing energy demand with the development of technology and the depletion of fossil fuels in the world lead humanity to renewable energy sources. Biomethane energy, which is one of the renewable energy sources, is also among the alternative energy sources. Biomethane energy can theoretically be produced from any organic material under anaerobic digestion conditions. In this study, anaerobic digestion and biomethane yield of chicken manure, which is one of the organic substances, was investigated. It was aimed to obtain high efficiency by applying thermal pretreatment at various temperatures to the lignocellulosic part of chicken manure, which is difficult to dissolve in water and digest.
In this study, first of all, anaerobic digestion was applied to raw chicken manure and the biomethane yield was determined as 232.9 ml/g TK. After this digestion process was completed, the part that remained undigested in the reactor was accepted as lignocellulosic component and it was aimed to increase the biomethane yield per unit mass by applying thermal pretreatment methods to this part. In this context, anaerobic digestion was carried out by applying thermal pretreatment to the lignocellulosic parts of chicken manure at 60 °C, 70 °C, 80 °C, 90 °C and 100 °C temperatures for 2 h. The cellulose, hemicellulose and lignin ratios of this material, which is accepted as lignocellulosic biomass, were analyzed as 15.95%, 24.25% and 45.02% by weight, respectively. Anaerobic digestion setup was prepared under 10% dry matter and 37 ± 1 °C temperature conditions. In the experimental setup, 7 types of reactors were established, including reactor without pre-treatment, 60 °C, 70 °C, 80 °C, 90 °C, 100 °C thermal pre-treatment reactor and inoculum. During anaerobic digestion, the biomethane potentials of 7 different reactor types were measured cumulatively with the classical biomethane potential tests method. Then, the cumulative biomethane yields with thermal pretreatment at 60 °C, 70 °C, 80 °C, 90 °C, 100 °C were measured as 292, 298, 302, 315 and 318 ml/g Total Solids, respectively. As a result, biomethane yield per unit mass of raw chicken manure was successfully increased with thermal pretreatments.