Biyodizel üretim atığı gliserinden mikrobiyolojik yollarla biyopolimer hammaddesi üretilebilirliğinin incelenmesi
Investigation of biopolymer raw material production from biodiesel process waste glycerin via microbiological methods
Yazar: MİNE GÜNGÖRMÜŞLER
Danışman: DOÇ. DR. NURİ AZBAR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: 1,3-propanediol = 1,3-propanediol ; Biyodizel = Biodiesel ; Biyopolimerler = Biopolymers ; Clostridium = Clostridium ; Klebsiella pneumoniae = Klebsiella pneumoniae

Özet:
Son yıllarda enerji darboğazından dolayı biyoyakıtlara olan ilginin önemli miktarda artması nedeniyle biyodizel üretiminde patlamalar olmuştur. Biyodizel üretiminde toplam üretimin kütlece %10'u atık gliserin olarak açığa çıkmaktadır. Gliserinin kozmetik, ilaç, gıda sanayi başta olmak üzere bilinen 1500 kullanım alanı mevcuttur. Bu kullanım alanları bulunmakla beraber, aşırı artan gliserin miktarları piyasaların talebinden çok fazla olmuş ve değerlendirilemeyen kısmı atık konumuna gelip biyodizel üreticilerinin en önemli çevresel sorunu haline gelmiştir. Hali hazırda ekonomik değeri düşük olan gliserinden, katma değeri çok yüksek ve çevreyle dost (biyolojik olarak parçalanabilir) biyoplastik ve biyopolimer hammaddesi olan 1,3 Propanediol (PDO)'ün biyoteknolojik yöntemlerle üretiminin bu soruna alternatif bir çözüm olabileceği düşünülmektedir.Yenilenebilir bir hammadde olan gliserinden elde edilen PDO, polimer sentezinde önemli bir monomerdir. Bunların başında da tekstil endüstrisi polimerlerinden politrimetilen tereftalat (PTT) gelmektedir. Bahsi geçen monomer PDO'nun, petrokimyasal üretimi sırasında, yüksek derecede patlayıcı ve toksik reaktifler kullanılmaktadır. Oysa biyoteknolojik yollarla üretim, Klebsiella pneumoniae, Clostridium butyricum, Clostridium pasteurianum vb. mikroorganizmaları kullanılarak gerçekleştirilen fermantasyon ile yapılmaktadır ve bu üretim kimyasal üretimin aksine kolaydır, toksik yan ürün oluşturmadığından da çevreyle dost bir prosestir.Bu tezde, bahsedilen biyodizel üretimindeki artışa bağlı olarak açığa çıkan atık gliserin probleminin çözümü için, bu atıktan mikrobiyolojik yollarla biyoplastik hammaddesi üretilebilirliği ve üretimin optimizasyonu incelenmiştir. Saf ve atık gliserin kullanılarak, 100 ? 2000 ml arasında değişen hacimlerde, erlen ve fermentörlerde, PDO için kesikli, yarı-sürekli, sürekli süspanse üretim denemeleri gerçekleştirilmiştir. Üretim ardından çıkış suyu karakterizasyonu için analizler yapılmıştır.Mikroorganizma tarama sonuçlarına göre, en yüksek verimler Klebsiella oxytoca ve Clostridium beijerinckii (B593) ile elde edilmiştir. Fermentör ile gerçekleştirilen denemeler sonucu ise pH kontrolünün üretim değerlerini maksimuma ulaştırabilmek için gerekli olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte deneysel dizaynlar kullanılarak yapılan optimizasyonlar sonucu minimum yan ürün, maksimum PDO konsantrasyonlarına ulaşılan bir fermantasyon ortamı elde edilmiştir. Atık gliserin ve saf gliserin kullanıldığında sırasıyla maksimum 10,71 g/L ve 12,46 g/L PDO konsantrasyonları elde edilmiştir. Bu iki değerin birbirine çok yakın olması atık gliserinin PDO üretimleri için kullanımının gelecek vaad ettiğini göstermektedir.Anahtar sözcükler: 1,3 Propanediol, biyopolimer, gliserin, biyodizel atığı, Klebsiella oxytoca, Clostridium spp.

Abstract:
Due to the increasing interest in biofuels because of the energy bottleneck all over the world in recent years, there has been outbursts in biodiesel production. 10% of total product as weight appears to be waste glycerin in biodiesel production. Glycerin has more than 1500 known areas of usage; starting with cosmetics, pharmacy and food industries. Even though glycerin has so many areas of usage, the market is already saturated due to the tremendous amount of waste glycerin, and inevaluable part of this glycerin has become a waste material resulting to be the most important environmental problem of the biodiesel producers. Production of a very high-value added, environmentally friendly (biodegradable) bioplastic and biopolymer raw material; 1,3 Propanediol (PDO) from glycerin, that has a present low economic value, by biotechnologic methods, is considered to be an alternative solution to this problem.PDO, which is derived from the sustainable raw material glycerin, is an important monomer to synthesize polymers. Leading these polymers comes a new type of textile industry polymer, polytrimethylene terephthalate (PTT). During the petrochemical production stage of mentioned monomer PDO, highly explosive and toxic reactives are used. However, biotechnologic production can be made by fermentation of microorganisms like Klebsiella pneumoniae, Clostridium butyricum, Clostridium pasteurianium etc. and contrary to the petrochemical production, this process is easy and enviromentally friendly because it doesn?t produce any toxic wastes.In this thesis, in order to solve the waste glycerin problem according to the mentioned biodiesel burst, bioplastic raw material production from this waste via microbiological methods and optimization of the production was investigated. The PDO production experiments were done by using pure and waste glycerin, with erlenmeyers and fermentors and a volume ranged through 100 ? 2000 ml, in batch, semi-continous, continous suspended cultures. After production, analysis were done for effluent characterization.According to the microorganism screening results, the highest yields were achieved with Klebsiella oxytoca and Clostridium beijerinckii (B593). The results of the experiments that were carried out with the fermentor proved the necessity of pH control for maximum production values. Besides, a fermentation medium was obtained for maximum PDO concentration and minimum by-product concentrations as a result of experimental designs used for optimization. Maximum PDO concentrations of 10,71 g/L and 12,46 g/L were acquired respectively when waste and pure glycerin were used. The closeness of these results showed that using waste glycerin for PDO production is promising for the future.Keywords: 1,3 Propanediol, biopolymer, glycerin, biodiesel waste, Klebsiella oxytoca, Clostridium spp.