Kutup mikroalglerinden biyorafineri yaklaşımıyla biyoyakıt üretim prosesi simülasyonu
Process simulation of biofuel production from polar microalgae with biorefinery approach
Yazar: TUĞBA AYDEMİR
Danışman: PROF. DR. DİDEM BALKANLI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Biyoyakıtlar, kaynağı sınırlı olan fosil yakıtların artan enerji talebini karşılayabilmek için önemli alternatif oluşturmaktadır. Biyokütleden biyoyakıt eldesi mümkün olup, birçok avantajı bulunmaktadır, ancak ticari boyutlarda üretebilmek içinde zorluklar bulunmaktadır. Ticari boyutlarda daha kolay ve uygulanabilir olarak biyoyakıt üretebilmek, problemleri tanımlamak ve çözüm geliştirebilmek bugün birçok araştırmanın konusudur. Farklı biyoyakıt kaynakları olmakla beraber bu çalışmada mikroalg biyokütlesi biyoyakıt hammaddesi olarak kullanılmıştır. Laboratuvar koşullarında küçük ölçekli kutup mikroalgi Chlorella variabilis YTU.ANTARCTIC.001 yetiştirilmiş ve yağı ekstrakte edilmiştir. Endüstriyel boyutlarda mikroalg biyokütlesinin yağı ekstrakte edilerek biyodizel ve yağı ekstrakte edilen kalan biyokütleden de biyogaz üretim prosesi SuperPro Designer programı kullanılarak tasarlanmıştır. Verimliliği etkilediği bilinen parametrelerin etkisi simülasyon programı aracılığı ile gösterilmiştir. Biyodizel ve biyogaz elde edilebilmesi için gerekli proses basamakları açıklanmıştır. SuperPro Designer programına girilen ve hesaplanan tüm ürünlerin akışına ve datalara yer verilmiştir. Verimliliği etkileyen faktörler literatürde yapılan çalışmalardan alınmış ve proses tasarım programına girilerek üretilen ürünlerin kapasitesine etkisi gözlemlenmiştir. Sürekli proses olarak tasarlanan sistemde yıllık 86,6 ton biyodizel, 26,9 ton gliserol ana ürünleri elde edilmiştir.

Abstract:
Biofuels provide a significant alternative to meet the increasing demand for energy, driven by the limited sources of fossil fuels. The production of biofuels from biomass has numerous advantages, but there are challenges in achieving commercial-scale production. The current focus of much research is on identifying and solving problems to enable easier and more feasible commercial-scale biofuel production. In this study, microalgae biomass was used as a raw material for biofuel production, among various biofuel sources. Polar microalgae Chlorella variabilis YTU.ANTARCTIC.001 was cultivated on a small scale under laboratory conditions, and its oil was extracted. An industrial-scale process was designed, extracting oil from microalgae biomass to produce biodiesel, and generating biogas from the remaining biomass after oil extraction. The impact of parameters known to affect efficiency was demonstrated through a simulation program. The necessary process steps for obtaining biodiesel and biogas were explained. The SuperPro Designer program was used to input and calculate the flow and data of all products. Factors affecting efficiency were derived from existing literature, input into the process design program, and their impact on the capacity of the produced products was observed. In the designed continuous process, the main products were 86.6 tons of biodiesel and 26.9 tons of glycerol annually.