İmmobilize biyoreaktörde hidrojen üretiminin incelenmesi
Hydrogen production in immobilized bioreactors
Yazar: ELİF AKSÖYEK
Danışman: PROF. DR. NURİ AZBAR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Enerji = Energy
Dizin: Biyoreaktörler = Bioreactors ; İmmobilizasyon = Immobilization

Özet:
Hidrojen, fosil yakıtlara alternatif oluşturabilecek yüksek verimli ve yandığında atmosfere atılan ürünü sadece su ve/veya su buharı olduğundan dolayı temiz ve sürdürülebilir bir yakıttır. Hidrojen geleceğin en önemli enerji taşıyıcılarındandır. Biyohidrojen üretimi var olan hidrojen üretim teknolojileri arasında hem çevre dostu olması hem de daha ekonomik bir seçenek olarak görülmektedir. Biyohidrojen üretim yöntemlerinden karanlık fermantasyon ise steril koşullarda çalışma gerektirmediğinden ve aşı kaynaklarına kolay ulaşılabildiğinden dolayı uygulanabilir bir prosestir.Çalışmamızda öncelikle karışık konsorsiyumda hidrojen üreten mikroorganizmaların baskın hale geçmesi için en uygun ön işlem olarak ısıl işlemler yapılarak hidrojen üretici mikroorganizmalar zenginleştirilmiştir ve metan üretiminden sorumlu bakteriler ise baskılanmıştır. Tüm çalışma boyunca hidrojen ham maddesi olarak sükroz kullanılmıştır.Günümüze dek yapılan çoğu karanlık fermantasyon çalışması sürekli karıştırmalı tank reaktörlerde (CSTR) askıda kültür sistemleri ile gerçekleştirilmiştir. Ancak sürekli karıştırmalı tank reaktörlerde biyohidrojen üretiminde meydana gelen olumsuzlukların ortadan kaldırılması için ve daha kararlı, verimli bir hidrojen üretim hızının elde edilmesi için çalışmamızda immobilize biyoreaktörler kullanılmıştır. İmmobilize reaktörlerde biyohidrojen üretiminin incelenmesi adına dört çeşit immobilize materyal kullanılmıştır. İki boy cam boncuk ve iki boy cam Raschig halkası dolgulu immobilize reaktörler karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. İmmobilize sistemlerle karşılaştırma yapabilmek amacıyla bir adet askıda sistem aynı koşullarda çalıştırılmıştır. Büyük boy Raschig halkası hariç kullanılan bütün immobilize biyoreaktörlerde sistem parametreleri açısından CSTR'a göre çok daha iyi sonuçlar elde edilmiş, düşük hidrolik alıkonma zamanı (HRT) koşullarında hacimsel hidrojen üretim değerlerinde 7-11 kat iyileşme sağlanmıştır. Kullanılan dolgu malzemeleri arasında en iyi sonuçlar büyük boy cam boncuk ile 3 saatlik HRT koşulunda 2.98 L.H2/L biyoreaktör/gün hidrojen verimliliği değerleri elde edilmiştir. CSTR ile sadece 24 saatlik HRT koşullarında yüksek verimlilik değerleri elde edilirken daha düşük HRT koşullarında mikroorganizmalar yıkanarak reaktörden uzaklaşmış ve organik madde indirgenmesi ve hidrojen üretimi gözlenmemiştir.Ulaşabildiğimiz literatür verilerine göre kullanılan dolgu malzemeleri daha bu amaçla daha önce kullanılmamış olup çalışmamızın literatüre olumlu bir katkısı olmuştur.

Abstract:
Hydrogen which is a clean energy, an alternative to fossil fuels and create a high-efficiency product which can only be thrown into the atmosphere as water and / or water vapor when it is burned. Hydrogen is the most important energy carrier for the future. Biohydrogen production is the most economic technique in hydrogen production technologies. Biohyrdohgen production by dark fermentation, is a useful applicable process because there is no need to work in sterile conditions and it can get inoculum sources easily.Before the study; for making hydrogen producing microorganisms become dominant in the mixed culture we use heat treatment as a suitable pre-treatment which the hydrogen producing microorganisms enriched and the bacteria responsible for methane production are repressed. Sucrose is used for hydrogen substrate in the whole study.Most dark fermentation is carried out with a continuously stirred tank reactor (CSTR). However, immobilized bioreactors are used to eliminate the disadvantages of the biohydrogen production from CSTR and to obtain more stable, efficient hydrogen production rate. In immobilized reactors four different immobilizing materials were used for analyzing biohydrogen production. Two different sizes of glass bead and Raschig ring were used. To compare with the immobilized systems a suspended system was run with the same conditions. Except large sized Raschig rings, all immobilized bioreactores were obtained beter results according to CSTR in terms of system parameters and were given 7-11 times better results in volumetric hydrohen production values comparing with CSTR at low HRTs. The best results for hydrogen productivity were obtained 2.98 LH2/L bioreactor/day with big size glass beads at 3 HRT. Highest productivity results for CSTR can only obtained with 24 hours HRT conditions, but in lower HRT conditions microorganisms were washed out from the reactor and no organic matter reducing and production of hydrogen is observed.To our best knowledge the packing materials used in this study haven?t been used yet in any other study in the literature so we believe that our project has given a new perspective to literature.