Lignoselülozik atıklardan biyolojik hidrojen gazı üretimi
Biological hydrogen gas production from lignocellulosic materials
Yazar: OYA BELCE BARIŞIK
Danışman: PROF. DR. İLGİ KARAPINAR KAPDAN
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Hidrojen, temiz bir enerji kaynağı olması sebebiyle geleceğin enerji kaynağı olarak görülmektedir. Lignoselülozik biyokütle gibi ikinci nesil selülozik atıklar, biyohidrojen üretiminin ihtiyacı olan yüksek karbon içeriğini sağlayacak nitelikte olup temiz, karbon-nötr ve yüksek verimli enerji üretimi için umut verici kaynaklardır. 

Bu çalışmada lignoselülozik atık olan Pinus brutia (kızılçam) odun talaşından karanlık fermantasyonla hirojen gazı üretimi incelenmiştir. Bu amaçla odun talaşı asit ve alkali hidrolize tabi tutularak elde edilen toplam şekerden hidrojen üretim çalışmaları yapılmıştır. Hidroliz sonucu oluşacak toplam şeker derişimini etkileyen faktörlerin etkisi Box – Behnken istatistiksel deney tasarım metodu kullanılarak belirlenmiştir. Bağımsız değişkenler, asit/baz derişimi, odun talaşı derişimi, hidroliz sıcaklığı ve hidroliz süresidir. Stat – Ease Design Expert bilgisayar yazılımı kullanılarak ikinci dereceden cevap eşitliği geliştirilmiş ve maksimum şeker derişimine ulaşmak için optimum asit ve alkali hidroliz şartları belirlenmiştir. Odun talaşının asit ile hidrolizinden alkali hidrolize nazaran daha yüksek şeker derişimlerine ulaşılmıştır. Optimizasyon sonucunda, odun talaşı derişimi yüzde 8, asit derişimi yüzde 8, hidroliz sıcaklığı 121 santigrat derece ve hidroliz süresi 15 dakika olan asit hidrolizi şartlarında maksimum 40 g/L toplam şeker derişimine ulaşılmıştır. Asit hidrolizinden elde edilen hidrolizattan karanlık fermantasyonla hidrojen gazı üretiminde başlangıç şeker derişimine etkisi incelendiğinde, maksimum hidrojen üretim verimi 0,6 mol/mol ile 1 g/L başlangıç şeker derişiminden elde edilmiştir. 

Anahtar Kelimeler: Biyohidrojen, hidroliz, karanlık fermantasyon, lignoselülozik, odun talaşı.

Abstract:
The energy limitation in the world diverted the attentions to clean and renewable energy sources. Hydrogen is one of the clean and renewable energy sources with high energy value. Therefore, it is considered as source of energy in the future. Second generation cellulosic wastes as lignocellulosic biomasses from such as agricultural activities can be used as carbon source in order to achieve clean, carbon-neutral and efficient biohydrogen production. 

In this study, hydrogen production from one of the lignocellulosic wastes, Pinus brutia (pinewood) chips by dark fermentation was investigated. Wood chip was subjected to acid and alkaline hydrolysis to obtain sugar solution to be used in hydrogen production by dark fermentation. Box-Behnken statistical experimental design method was used to determine the significant factors that affect total sugar formation after hydrolysis. The independent variables were acid or alkaline concentration, wood chip concentration, hydrolysis temperature and period. Stat-Ease Design Expert software was used to develop quadratic responses equation and to determine optimum hydrolysis conditions for the maximization of total sugar concentration. Acid hydrolysis resulted in higher sugar formation compared to alkaline hydrolysis. The optimal conditions for acid hydrolysis were determined as 8 percent substrate concentration, 8 percent acid concentration, 121 degrees Celsius and 15 minutes hydrolysis period with maximum sugar concentration of 40 g/L by using Stat – Ease Design expert software. The hydrolyzed wood chip was subjected to the dark fermentation for biohydrogen production. The effect of initial total sugar concentration on the yield of production was investigated. The maximum yield was obtained as 0,6 mol/mol at initial total sugar concentration of 1 g/L.

Keywords: Biohydrogen, dark fermentation, hydrolysis, lignocellulosic materials, wood chips.