Alg yağından lipaz katalizli biyodizel üretimi
Lipase-catalyzed biodiesel production from algae oil
Yazar: GÜLŞAH AYDIN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. NURCAN KAPUCU
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Biyodizel = Biodiesel ; Enzim immobilizasyonu = Enzyme immobilization ; Mikroalgler = Microalgae ; Transesterifikasyon = Transesterification ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy ; İmmobilize enzimler = Immobilized enzyme

Özet:
Dünyada petrol kaynaklarının azalması ve egzoz gazlarının yarattığı çevresel problemler alternatif enerji kaynaklarına olan ilgiyi artırmıştır. Biyodizel yenilenebilir, biyobozunur ve çevre dostu bir yakıt olarak petrol kaynaklı dizele alternatif bir yakıt haline gelmiştir.  Fakat biyodizel üretiminde kullanılan yağların yüksek üretim maliyeti biyodizel üretim maliyetini de artırmaktadır.  Mikroalglerin yüksek fotosentetik etkinlikleri, yüksek büyüme hızları ve verimlilikleri, %70'e varan yağ içerikleri, alg yağını biyodizel üretimi için en çok gelecek vadeden yağ kaynağı haline getirmiştir. Çevre dostu, ılımlı reaksiyon koşullarında biyodizel üretimini mümkün kılan lipaz enzimlerinin transesterleşme reaksiyonlarında kullanımı üzerine yapılan araştırmalar giderek artmaktadır.
Bu çalışmada serbest Thermomyces lanuginosus lipazının çapraz bağlı agregatları oluşturulmuş, ayrıca serbest Candida antarctica  lipazı perlit ve kalsine edilmiş perlit desteğe tutuklanmıştır. Enzimlerin tutuklanma verimleri ve aktiviteleri belirlenmiştir.
Tutuklanmış lipaz katalizörlüğünde, alg yağının metanol ile transesterleşmesiyle biyodizel üretimi gerçekleştirilmiştir. Sıcaklık (25-45 °C), başlangıç su miktarı (%0-20), metanol ekleme sıklığı (tek, iki ve üç basamak), enzim miktarı (%1-25), yağ/metanol mol oranı (1/3, 1/4, 1/6), çözücü türü (hekzan, heptan, ter-bütanol, toluen) gibi parametrelerin biyodizel üretimine etkileri incelenmiştir. Candida antarctica kaynaklı Novozym 435 ve Thermomyces lanuginosus kaynaklı Lipozyme TL-IM ticari tutuklu lipazlarının transesterleşme reaksiyonundaki performansları karşılaştırılmıştır.  Ayrıca perlit-CALB ile çapraz bağlı-TL lipazlarının biyodizel üretimine uygunluğu araştırılmıştır.
Transesterleşme reaksiyonunda YAME içeriği, 24 saat sonunda, 300 rpm karıştırma hızı, %10 su miktarı, 1/4 yağ/metanol oranı ve üç basamakta metanol eklendiği durumda, Novozym 435 için 45°C sıcaklıkta ve %25 enzim kullanıldığında %85 ve Lipozyme TL IM için 35°C sıcaklıkta ve % 3 enzim kullanıldığında %87 olarak elde edilmiştir.

Abstract:
The reduction of the world's petroleum resources, and the environmental problems caused by exhaust gases have increased interest in alternative energy sources. Biodiesel is a renewable, biodegradable and environmentally-friendly diesel oil as a fuel source has become an alternative to petroleum diesel, but costs of oils which used in biodiesel production have increased the production costs. Microalgaes' high efficiency photosynthetic activities, high growth rates and the contents of oil up to 70% make them most promising oil source. Studies which performed with the use of lipases which make possible eco-friendly and moderate reaction conditions for biodiesel production via transesterification reaction, have rised up recent days. 
In this study, cross-linked Thermomyces lanuginosus lipase aggregates were prepared and Candida artartica lipase was immobilized on calcinated and uncalcinated perlite for investigating immobilization efficiencies and lipase activities. Biodiesel production carried out by transesterification of algae oil with methanol, using immobilized lipase catalyst. The effects of parametres, such as temperature (25-45°C), initial water content (0-20%),  methanol addition frequency (one, two, three step), amount of enzyme (1-25%), oil/methanol molar ratio (1/3, 1/4, 1/6), solvent type (hexane, heptane, tert-buthanol, toluene) on biodiesel reaction were investigated. Commercial immobilized lipases, Candida artartica (Novozyme 435) and Thermomyces lanigunosus (Lipozyme TL IM) performances on the production of biodiesel were compared. Furthermore, suitability of biodiesel production performances of cross-linked Thermomyces lanuginosus lipase agrerates and Candida artartica lipase immobilized on perlite were investigated. 
After 24 h transesterification reaction at 300 rpm aggitation speed, inital water content 10%, oil/methanol molar ratio 1/4, three step methanol addition, the maximum FAME content was obtained as 85% with 25% enzyme content and 45ºC for Novozyme 435 and 87% with 3% enzyme content and 35ºC for Lipozyme TL IM.