Elektrot yapısının ve ortam koşullarının bir mikrobiyal yakıt hücresinin elektriksel performansı üzerindeki etkilerinin deneysel ve YSA yaklaşımı ile belirlenmesi
Determination of the effects of electrode structure and environmental conditions on the electrical performance of a microbial fuel cell by experimental and ANN approach
Yazar: YUSUF DOĞAN
Danışman: PROF. DR. HANBEY HAZAR
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Taşıt Dinamiği ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Mikrobiyal yakıt hücreleri, alternatif enerji kaynakları için popüler olan bir çalışma alanıdır. Biyokimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çevirebilen ve birçok çalışma alanı sunan alternatif enerji kaynağıdır. Bu tez çalışmasında mikrobiyal yakıt hücrelerinin yaygınlaşmasının ve ticarileşmesinin önünde engel teşkil eden çalışma parametrelerinin iyileştirilmesi ve gelecek için öngörüsel sistemlerin tahmin edilmesi planlanmıştır. Oksidasyon hızı, elektrot verimliliği, ortam şartları ve fiziksel şartlar gibi parametreler hücrelerin enerji performansını düşürmektedir. Çalışma kapsamında elektrotların yapısal olarak ağ yapılı, köpük yapılı ve levha yapılı olarak incelenmesi çalışmanın ilk kısmını oluşturmaktadır. Bu yapısal çalışmalarda elektrot geometrisinin öneminin anlaşılabilmesi için farklı geometriler kullanılıp analiz edilmiştir. Çalışmanın bir diğer kısmında farklı besin çeşitleri kendi aralarında karşılaştırılmıştır. Sabit bir besinin farklı besleme oranları ile beslenerek en uygun besleme oranının tespit edilmesi ve farklı besleme tipleri kullanılarak en uygun besleme tipinin bulunması amaçlanmıştır. Çalışmanın bir diğer kısmı olarak ortam şartları ele alınmıştır. Bu kapsamda farklı sıcaklık koşullarında hücreler test edilmiş ve farklı ışık koşullarında davranışı incelenmiştir. Son olarak mikrobiyal yakıt hücrelerinde elektrot adedinin önemi ve elektrot konumunun performansa etkisi araştırılmıştır. Elde edilen veriler MATLAB ortamında YSA eğitimi yapılarak tahmin edilebilirliği test edilmiştir. Mikrobiyal yakıt hücrelerinde elektrotların hacimsel olarak etkili olduğu ve yoğun hacimlerin daha başarılı çıkış verdiği görülmüştür. Yapısal olarak elektrotların ağ yapılı olması, yüksek yüzey alanı ve verimli enerji çıkışı oluşturmuştur. Ortam şartları çalışmaları yüksek sıcaklığın ve düşük ışık dalga boylarının hücre performansına pozitif etki ettiğini göstermiştir. Elektrot adedinin artışı hücre performansına pozitif etki gösterdiği ve elektrot konumu mikrobiyal aktivitenin yoğunluğuna göre etki gösterebildiği sonucuna varılmıştır. YSA eğitimi başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Microbial fuel cells are a popular field of study for alternative energy sources. It is an alternative energy source that can convert biochemical energy into electrical energy and offers many fields of study. In this thesis, it is planned to improve the operating parameters that hinder the widespread use and commercialization of microbial fuel cells and to predict predictive systems for the future. Parameters such as oxidation rate, electrode efficiency, ambient conditions and physical conditions reduce the energy performance of the cells. Within the scope of the study, the first part of the study is to examine the electrodes structurally as network structure, foam structure and plate structure. In these structural studies, different geometries were used and analyzed to understand the importance of electrode geometry. In another part of the study, different food types were compared among themselves. It was aimed to determine the optimum feeding rate by feeding a fixed food with different feeding rates and to find the optimum feeding type by using different feeding types. Another part of the study was environmental conditions. In this context, the cells were tested under different temperature conditions and their behavior was examined under different light conditions. Finally, the importance of the number of electrodes in microbial fuel cells and the effect of electrode position on performance were investigated. The obtained data were tested for predictability by ANN training in MATLAB environment. It was observed that the electrodes in microbial fuel cells are volumetrically effective and dense volumes give more successful output. Structurally, the network structure of the electrodes created high surface area and efficient energy output. Ambient conditions studies have shown that high temperature and low light wavelengths have a positive effect on cell performance. It was concluded that the increase in the number of electrodes has a positive effect on cell performance and the electrode position can be affected by the intensity of microbial activity. ANN training was performed successfully.