Mikrobiyal elektroliz hücresi ile organik atıklardan hidrojen elde edilmesi ve yenilikçi elektrotlar geliştirilmesi
Hydrogen production from organic wastes by microbial electrolysis cells and development of innovative electrodes
Yazar: FURKAN BAŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET FATİH KAYA
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Elektrolit içeriği ve elektrot cinsi mikrobiyal elektroliz hücrelerinin performansını direkt olarak etkilemektedir. Mikrobiyal elektroliz hücrelerinde sıkça kullanılan elektrotlar bazen maliyetlidir bazen de organik atıkla kimyasal reaksiyonlar vererek hem kendilerini hem elektroliti hem de sistemi negatif yönde etkileyebilmektedirler. Bu yüzden, bu materyallere alternatif daha ucuz ve biyouyumlu elektrotlar sayesinde sistem performansı ve verimi pozitif yönde desteklenebilmektedir. Bu çalışma kapsamında, en yüksek hidrojen üretim hacmine sahip organik atıklardan biri olan peynir altı suyu elektrolit, iki bölmeli bir mikrobiyal elektroliz hücresi ise reaktör olarak kullanılmıştır. Reaktörün anot bölmesinde farklı geometrilere sahip grafit ve paslanmaz çelik elektrotlar ile farklı geometrilerde 3D olarak tasarlanmış grafen bazlı elektrifi filament kullanılarak eklemeli üretim metoduyla üretilmiş elektrotlar kullanılmıştır. Cyclic voltammetry, lineer sweep voltammetry ve elektrochemical impedance spectroscopy analizleri kullanılarak elektrolit ve elektrotların elektrokimyasal performansları gözlemlenmiştir. Çalışma sonucunda, elektrot materyalinin ve geometrisinin ve elektrolitin organik içeriğinin mikrobiyal elektroliz performansı üzerinde direkt olarak etkili olduğu görülmüştür. Elektrokimyasal analizlerde karbon katkılı elektrolitin iletkenliğinin %172 kadar arttığı gözlemlenmiştir. 3D bastırılan elektrotlarda ise geometri faktörünün iletkenlik üzerinde %266'ya varan farklar yarattığı görülmüştür. Buna ek olarak, geometri faktörü hidrojen üretim hızını nerdeyse %500 artırmıştır.

Abstract:
Electrolyte content and electrode type directly affect the performance of microbial electrolysis cells. Electrodes, which are frequently used in microbial electrolysis cells, are sometimes costly and sometimes they can negatively affect both themselves and the electrolysis and the system by giving chemical reactions with organic waste. Therefore, the alternative to these materials is cheaper and thanks to biocompatible electrodes, system performance and efficiency can be positively supported. Within the scope of this study, whey electrolyte, one of the organic wastes with the highest hydrogen production volume, and a two-chamber microbial electrolysis cell were used as reactors. Graphite and stainless steel electrodes with different geometries and electrodes produced by additive production method using graphene-based electrification filament designed in 3D in different geometries were used in the anode chamber of the reactor. Using cyclic voltammetry, linear sweep voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy analyses, electrochemical and electrochemical performances of electrolytes were observed. As a result of the study, it was observed that the organic content of electrode material and geometry and electrolyte in had a direct effect on microbial electrolysis performance. In electrochemical analyses, it was observed that the conductivity of carbon-added electrolyte in increased by 172%, and in the electrodes suppressed.3D the geometry factor made up to 266% differences in conductivity. In addition, the geometry factor increased the hydrogen production rate by almost 500%.