Alglerin biyoetanol üretiminde değerlendirilmesi
Utilization of algae for bioethanol production
Yazar: BENAN İNAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. DİDEM ÖZÇİMEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Günümüzde artan enerji talebinin karşılanmasında yaşanan sıkıntılar, küresel ısınma ve diğer yakıt kaynaklı çevresel sıkıntıları bertaraf etmek için yürürlüğe giren kanunlar ve imzalanan protokoller ülkeleri biyoyakıt üretimi ve kullanımına yönlendirmektedir. Benzinin alternatifi olan biyoetanol çeşitli biyokütle kaynaklarından mikroorganizmalar varlığında fermantasyon yoluyla elde edilmekte olup, biyoyakıt olarak kullanılmasının yanı sıra tıp, kimya ve farmasötik alanlarda da sıklıkla kullanılan değerli bir üründür. Buğday, mısır ve şeker pancarı gibi birinci nesil biyoetanol hammaddelerinin gıda kaynağı olarak da kullanılması sebebiyle, son yıllarda biyoetanol üretiminde özellikle ikinci nesil biyoetanol hammaddesi olarak kabul edilen lignoselülozik maddelerin kullanılması ön plana çıkmaktadır. Ancak lignoselülozik maddelerin ön işlemlerinin zorluğu ve artan maliyet, ön işlemler üzerinde yeni teknolojilerin geliştirilmesi üzerine çalışmalar yapılmasına ve ön işlemleri kolay ve maliyeti ucuz olan hammadde arayışlarına neden olmuştur. Biyodizel üretiminde üçüncü nesil hammadde olarak oldukça popüler hale gelen algal biyokütlelerin yapılarındaki nişasta ve selülozik yapılar ile biyoetanol üretimi için de önemli bir potansiyele sahip olduğu görülmüştür.  Bu tez çalışmasında Marmara Denizi'nin sahil kenarlarında biriken makroalgler toplanarak biyoetanol üretiminde değerlendirilmiş ve fermantasyon öncesi yapılacak ön muamele tipi (asit veya alkali), ön muamelelerde kullanılan maddelerin konsantrasyonları, ön muamele sıcaklığı, ön muamele süresi ve fermantasyon süresinin biyoetanol verimine olan etkileri araştırılmıştır. İki farklı kimyasal ön muamele gerçekleştirilerek karşılaştırmalar yapılmış, uygulanan ön muamelelerin biyokütlenin yapısında yol açtığı deformasyonlar incelenmiştir. Yapılan çalışmada en yüksek biyoetanol verim değerleri, asit ön muamelesi için makroalgin 2 N H2SO4 asit ile 60 dakika boyunca 100 °C'de muamelesi koşulunda %24.48, alkali ön muamelesinde ise %0.75 (w/v) KOH ile 60 dakika boyunca 100°C'de muamelesi koşulunda %11.47 olarak elde edilmiştir. Bu tez çalışmasıyla, ülkemizde atık olarak düşünülen ve değerlendirilemeyen, karbonhidrat içeriğince zengin makroalglerin biyoetanol üretiminde kullanılabilir bir kaynak olduğu gösterilmiştir.

Abstract:
In today, countries must to produce and use biofuels due to the increasing energy demand, some enacted laws and signed protocols for eliminating environmental problems and global warming. Bioethanol, an alternative for gasoline is obtained via fermentation of various biomass resources in the presence of microorganisms. Besides using as a biofuel, bioethanol is also a valuable product for usage in medicine, chemistry and pharmaceutical areas. Because of common use first generation bioethanol feedstocks such as wheat, corn and sugar beet as a food supply, especially usage of lignocellulosic materials which are considered as a second generation bioethanol feedstock gets attention for bioethanol production. However, difficulties in pre-treatment process of lignocellulosic materials and high production cost cause in researches of new technologies on pre-treatment methods and low cost feedstock. Algal biomass, which is very popular in biodiesel production as a third generation feedstock, has an important potential for also bioethanol production because of their high amounts of cellulose and starch. In this study macroalgae in coastal regions of Marmara Sea were collected and utilized for bioethanol production and effects of the pre-treatment type (acid or alkaline), concentration of treatment chemicals, pre-treatment temperature, pre-treatment and fermentation time on bioethanol yields were investigated. Comparisons were made for performing two different chemical pre-treatment, and deformations of algal structure were investigated. Highest bioethanol yields for acid and alkaline pre-treatments were obtained as 24.48% and 11.47%, under condition of 2 N H2SO4 and 0.75% (w/v) KOH concentrations, pre-treatment temperature of 100 °C,  60 minutes of pre-treatment time, respectively. This thesis study  have shown that macroalgae, which have high carbohydrate content, can be effectively used for bioethanol production.