Miselyum esaslı kompostlanabilir malzemenin enerji verimliliği ve uygulama alanının araştırılması
Investigation of the energy efficiency and application area of mycelium based compostable material
Yazar: ARDA GÜNEŞ
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN DELİGÖZ
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Biyobozunurluk = Biodegradability ; Biyokütle enerjisi = Biomass energy ; Biyolojik bozunma-çevresel = Biodegradation-environmental ; Biyomalzemeler = Biomaterials ; Kayın mantarı = Pleurotus ostreatus ; Miselyum = Mycelium ; Sürdürülebilir enerji = Sustainable energy

Özet:
Günümüzde endüstrinin giderek yoğunlaşması ve artan enerji talepleri ile çevresel olumsuz etkilerin giderek sorunlu bir hale dönüşmesi sonucu geri dönüştürülebilir kaynaklara ve malzemelere yönelim günden güne artmaktadır. Bu konuyla ilgili olarak çok geniş bir uygulama sahasının bulunduğu ve farklı sektörlere çeşitli yöntemlerle bu sistemlerin entegrasyonunun mümkün olduğu teknolojik gelişmelerle ortaya konmaktadır. Bunlardan en ilgi çekenleri arasında geleceğin yenilikçi yaklaşımları olarak yer alan mantarlar bulunmaktadır. Hem organik yapıda bulunmaları hem de miselyum oluşumunda çok etkili olmaları sebebiyle biyobozunurluk katkısı da göz önünde bulundurulduğunda ciddi ilgi gören alternatifler arasında kendine yer edinmektedir. 
İstiridye mantarı bu tezde seçilen fungi olarak belirlenmiş ve onun üstüne odunsal tarım atıkları, kağıt, un, kahve, peçete, saman, mısır sapı vb organik substratlarla miselyum oluşumu sağlanarak büyümeye bırakılmıştır. Nemlendirme ve sterilizasyon işlemleri yapıldıktan sonra soğutma işlemleri gerçekleştirilip spawn katıldıktan sonra kalıplama işlemlerine geçilmiştir. Sonrasında nihai ürünlere ısıl ve oksidatif bozunma analizi (TGA) ve yüzey temas açısı ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen analizler sonucunda ısıl ve oksidatif bozunmanın organik substrat içeriğine ve kullanılan spawn miktarına bağlı olarak 3 ile 5 kademede gerçekleştiği, nihai olarak da her malzeme için farklı miktarlarda bakiye kaldığı gözlenmiştir. Kullanılan spawn miktarının 530-540 oC'deki bakiye miktarına doğrudan etki ettiği ve artışına bağlı olarak uzaklaşmayan madde kütlesinin yükseldiği tespit edilmiştir. Ortalama temas açıları sonucunda da açı değerlerinin 90oC üzerinde çıkması sebebiyle malzemelerin tümünün hidrofobik özellik gösterdiği ve yüzeyin morfoloji/topografyasına bağlı olarak süreye bağlı değişkenlik sergilediği saptanmıştır. Spawn ilavesi sonrasında komponentler üzerinde mantarın oluşturduğu misel yapının hazırlanan MEBM'ler üzerinde opak tabakalar oluşturduğu ve misel gelişimini sağladığı gözlenmiştir. Ayrıca kırmızı jüt kullanılan ürünlerde de kırmızı lifimsi yapıların yer aldığı tespit edilmiştir. MEBM-13 ürününün yapısındaki spawn miktarının 2 katı olması olmasına bağlı olarak yüzeyde gelişen misel yapının baskın hale gelen görüntüsü nedeniyle jütten ileri gelen kırmızı lifimsi yapının daha geri planda kaldığı belirlenmiştir. Tez kapmasında gerçekleştirilen DSC analizlerinde MEBM kompozisyonunda çam talaşı, saman, pamuk ve odunsal atık gibi yanma reaksiyonu verebilen komponentlerin belirgin ekzotermik pikler verdiği saptanmıştır. Spawn miktarının yüksek olduğu durumlarda entalpi değişim değerlerinin oldukça düşük olması bu tür MEBM ürünlerinin ısıl izolasyon amacıyla kullanımlarının mümkün olabileceğini düşündürmektedir.

Abstract:
In today's world, the tendency towards recyclable resources and materials is increasing day by day as a result of the increasing concentration of the industry and the increasing energy demands and the environmental negative effects becoming increasingly problematic. It is demonstrated by technological developments that there is a very wide application area related to this subject and that it is possible to integrate these systems with various methods to different sectors. Among the most interesting of these are mushrooms, which are innovative approaches of the future. Considering the contribution of biodegradability, they are among the alternatives that attract serious attention, since they are both in an organic structure and very effective in the formation of mycelium.
Oyster mushroom was determined as the selected fungi in this thesis and mycelium was formed on top of it with organic substrates such as woody agricultural wastes, paper, flour, coffee, straw, corn stalk etc. and left to grow. After the humidification and sterilization processes were carried out, the cooling processes were carried out and the molding processes were started after the spawn was added. Afterwards, thermal and oxidative degradation analysis (TGA) and surface contact angle measurements were performed on the final products. As a result of the analyzes carried out, it was observed that the thermal and oxidative degradation took place in 3 to 5 stages depending on the organic substrate content and the amount of spawn used, and finally, different amounts of residue were left for each material. It has been determined that the amount of spawn used has a direct effect on the residual amount at 530-540 oC and the mass of the substance that does not go away increases depending on its increase. As a result of the average contact angles, it was determined that all of the materials showed hydrophobic properties due to the angle values over 90oC and showed time-dependent variability depending on the morphology / topography of the surface. After the spawn addition, it was observed that the mycelial structure formed by the fungus on the components formed opaque layers on the prepared MEBMs and provided mycelial growth. Also, it was determined that red fibrous structures were found in the products using red jute. Due to the fact that the 20g spawn amount in the structure of MEBM-13 product, it was determined that the red fibrous structure resulting from jute remained in the background due to the dominant appearance of the mycelial structure developing on the surface. In the DSC analyzes, it was determined that components such as pine sawdust, straw, cotton and wood waste, which can give a combustion reaction, gave significant exothermic peaks in the MEBM composition. The fact that the enthalpy change values are quite low in cases where the spawn amount is high suggests that it is possible to use such MEBM products for thermal insulation purposes.