Biyoetanol üretim prosesinin enerji optimizasyonu yaklaşımı
Energy optimization approach of bioethanol production process
Yazar: MEHMET AKİF İLKHAN
Danışman: PROF. DR. MEHMET AZMİ AKTACİR
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Gelişmekte olan teknolojiler, şehirleşme, endüstriyel üretime geçiş gibi bir çok global dünya değişeniyle birlikte artan enerji tüketimleri nedeniyle enerji kaynağı olarak kullanılmakta olan fosil esaslı yakıtlara olan talebi arttırmaktadır. Fosil yakıtların dışa bağımlı ve maliyetli olması, yenilenebilir kaynak olmaması ve dolayısıyla belirli bir süre sonra tükenecek olması bir tarafa, bunların yakılması sonucu oluşan karbondioksitin oluşturduğu sera etkisiyle meydana gelmekte olan çevresel tehlikeler, yeni ve yenilenebilir alternatif enerji kaynaklarının önemini çok artırmıştır. Ülkemiz, yenilenebilir enerji kaynaklarının çeşitliliği ve yüksek potansiyeli ile zengin bir coğrafyaya sahiptir. Güneş enerjisi, hidrolik, biyokütle, rüzgar başta olmak üzere bir çok yenilenebilir enerji kaynağından faydalanabilme olanağı bulunmaktadır.
Yenilenebilir bir enerji kaynağı olan biyoetanol, karbonhidrat değeri yüksek hammaddelerden (şeker kamışı, mısır, algler, şeker pancarı) mikroorganizmaların yardımıyla fermantasyon yoluyla elde edilen çevre dostu sıvı bir yakıttır. Biyoetanol, dünya çapında birçok alanda kullanılmakta olup özellikle ulaşım için en yaygın kullanılan biyo-yakıttır. 
Bu tez çalışmasında, biyoetanol üretiminde harcanan gömülü enerjinin azaltılması ve harcanacak olan nihayi enerjinin tamamının yenilenebilir enerji kaynaklarından (termal güneş ve fotovoltaik) ile karşılanmasını sağlayacak olan bir otomatik kontrollü güç ünitesi kurgusu ve kurulumu gerçekleştirilmesi hedeflenmiştir. Bu çalışmada, öncelikle mevcut bir biyoetanol üretim prototipinin üretim prosesi için gerekli olan ısıtma yükünün optimizasyonu için gerekli çalışma senaryoları oluşturulmuştur. Bu senaryolar doğrultusunda ölçüm sistemleri, kontrolörler, enerji sistemleri ve veri depolama cihazları tedariği yapılmış ve ilgili sistemlerin entegre çalışabilmesi için bir otomasyon yazılımı gerçekleştirilmiştir.  Ayrıca mevcut biyoetanol sisteminin enerji transferinde verimli tekniklerle donatılması ve proses ünitelerinin ısı kayıplarını engellemek için mekanik sistem yalıtımı yapılmıştır. Tamamlanan sistem ve yazılımlar sayesinde birim biyoetanol üretimi için harcanacak enerjinin (gömülü enerji) %40 oranında azaltılması sağlanmış ve geriye kalan %60'lık enerji ihtiyacının da bir başka yenilenebilir enerji kaynağı olan güneş enerjisinden karşılanması için bir senaryo oluşturulmuştur. Bu sayede biyoetanolun gömülü enerjisi sıfırlanmış ve karbon-nötr bir etanol üretim modeli geliştirilmiştir.

Abstract:
The environmental hazards arising from the greenhouse effect created by the carbon dioxide caused by the burning of these fossil based fuels, which are widely used today, being externally dependent and costly, not renewable, and therefore will be consumed after a certain period, have increased the importance of alternative energy sources. Our country has a rich geography with its diversity and high potential of renewable energy sources. It has the opportunity to benefit from many renewable energy sources such as solar energy, hydraulic, biomass and wind.
Bioethanol, a renewable energy source, is an environmentally friendly liquid fuel obtained from fermentation with high carbohydrate raw materials (sugar cane, corn, algae, sugar beet) with the help of microorganisms. Bioethanol is used in many fields worldwide and is the most widely used bio-fuel especially for transportation.
In this thesis, it is aimed to reduce the embedded energy spent in the production of bioethanol and to establish and install an automatic controlled power unit that will ensure that all of the final energy to be spent is obtained from renewable energy sources (thermal solar and photovoltaic). In this study, firstly, the working scenarios required for the optimization of the heating load required for the production process of an existing bioethanol production prototype were created. In line with these scenarios, measurement systems, controllers, energy systems and data storage devices are supplied and an automation software has been developed to enable the relevant systems to work integrated. In addition, the existing bioethanol system was equipped with efficient techniques in energy transfer and mechanical system insulation was made to prevent heat losses in the process units. Thanks to the completed systems and software, the energy consumed for unit bioethanol production (embedded energy) was reduced by 40% and a scenario was created to meet the remaining 60% energy need from solar energy, another renewable energy source. In this way, the embedded energy of bioethanol was zeroed and a carbon-neutral ethanol production model was developed.