Büyük ölçekli biyogaz tesisindeki biyometan üretim potansiyelinin ve kinetiğinin incelenmesi
Investigation of biomethane production potential and kinetics in large-scale biogas plant
Yazar: BURCU SEKMEN
Danışman: PROF. DR. DİDEM ÖZÇİMEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Enerji = Energy
Dizin: Anaerobik bozunma = Anaerobic decomposition ; Biyogaz = Biogas ; Biyokütle = Biomass ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Enerji maliyetlerinde meydana gelen artışlar, yabancı enerji kaynaklarına gün geçtikçe bağımlı olunması ve sera gazı emisyonlarını azaltmaya ait hedefler düşünüldüğünde yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilginin son zamanlarda artış gösterdiği görülmektedir. Biyogaz da yenilenebilir enerji kaynaklarından olan biyokütleden elde edilmekte olup insan sağlığı için tehdit oluşturan organik atıkların elektrik ve ısı enerjisine dönüştürülmesini sağlamaktadır. 
Bu tez çalışmasında büyük ölçekli biyogaz tesisinden temin edilen hayvansal atıkların biyometan üretim potansiyeli belirlenmiş ve biyogaz kinetiği parametreleri hesaplanmıştır. Yapılan analizler sonucunda sıvı büyükbaş hayvan gübresinin toplam katı (TS) oranı %5, uçucu katı (VS) oranı %60 pH değeri 7,2; katı büyükbaş hayvan gübresinin TS oranı %18, VS oranı %65; tavuk gübresinin TS oranı %28, VS oranı %75 olarak hesaplanmıştır. Anaerobik fermantasyon öncesi TS oranı %8,08, VS oranı %71,8, pH değeri 7,46; anaerobik fermantasyon sonrası TS oranı %5,72, VS oranı %60,5, pH değeri 8,25 olarak hesaplanmıştır. Anaerobik fermantasyon sırasında FOS/TAC analizi yapılmış ve FOS/TAC değeri 0,358 olarak bulunmuştur. 5 L'lik anaerobik çürütücüde gerçekleştirilen biyolojik metan üretim potansiyeli belirleme analizlerinde, üretilen biyogaz hacminin 15. Günde 2246,8 mL, biyogaz veriminin ise 15. Günde 649,25 mL/gVS olduğu görülmüştür. 
Elde edilen bu veriler kullanılarak Modifiye Gompertz ve Birinci Dereceden kinetik modellerin deneysel verileri incelenmiş ve kinetik parametreleri hesaplanmıştır. Modifiye Gompertz modelinde P=685,39 mL/gVS, Rm=143,39 mLgVS-1 d-1, λ=2,45 gün olarak hesaplanmıştır. Birinci Dereceden kinetik modelde P=935 mL/gVS; k=0,098 olarak hesaplanmıştır. Modellerin doğruluğunu değerlendirmek için korelasyon katsayısı (R2) ve tahmini standart hatası (SEE) hesaplanmıştır. Modifiye Gompertz modelinde R2=0,999 SEE= 10,8; Birinci Dereceden model için R2=0,954 SEE= 81,8 olarak hesaplanmıştır. Büyük ölçekli biyogaz üretimi sonucunda elde edilen biyogazın hacimsel gaz içerikleri incelenmiş ve ortalama %52,9 CH4, %41,2 CO2, %0,8 O2, 482,9 ppm H2S olduğu belirlenmiştir.  Elde edilen sonuçlara göre, metan içeriğinin yüksek olması nedeniyle biyogazın oldukça iyi kalitede olduğu ve yakma sistemlerinde kolaylıkla değerlendirilebileceği anlaşılmıştır. Ayrıca atıkları karıştırarak kullanmanın biyogaz verimini arttırdığı söylenebilir.

Abstract:
With the increase in energy costs, dependence on foreign energy sources and the desire to reduce greenhouse gas emissions, the interest in renewable energy sources has increased. Biogas is obtained from biomass and enables the conversion of organic wastes that pose a threat to human health into electricity and heat energy.
In this thesis, the biomethane production potential of animal wastes obtained from a large-scale biogas plant was determined and the biogas kinetic parameters were calculated. TS ratio of liquid cattle manure is 5%, VS ratio is 60%, pH 7,2; solid cattle manure has a TS ratio of 18%, a VS ratio of 65%; TS ratio of chicken manure was calculated as 28% and VS ratio as 75%. Before anaerobic fermentation, TS was 8,08%, VS ratio was 71,8%, pH 7,46; After anaerobic fermentation, the TS was 5,72%, the VS ratio was 60,5%, and the pH was 8,25%. During anaerobic fermentation, FOS/TAC was found to be 0,358. It was observed that the volume of biogas produced in the 5 L anaerobic digester was 2246,8 mL on the 15th day, and the biogas yield was 649,25 mL/gVS.
Experimental data of Modified Gompertz and First Order kinetic models were analyzed and kinetic parameters were calculated. P=685,39 mL/gVS in Modified Gompertz model, Rm=143,39 mLgVS-1 d-1, λ=2,45 days, P=935 mL/gVS in First Order kinetic model; It was calculated as k=0,098. The volumetric gas contents of the biogas obtained as a result of large-scale biogas production were determined as 52,9% CH4, 41,2% CO2, 0,8% O2, 482,9 ppm H2S. According to the results obtained, it has been understood that the biogas is of very good quality due to its high methane content and can be easily evaluated in combustion systems. In addition, it can be said that using the waste by mixing increases the biogas yield.