Yemek atığından anaerobik membran biyoreaktör ile biyohidrojen üretimi

Yüzyıllar boyunca fosil yakıtlar endüstriyel gelişmede önemli rol oynadılar. Fakat sera gazı salınımı azaltımı ile ilgili gelişmeler ve gelişen çevre bilinci insanları bu yakıtları daha az kullanmaya yöneltti. Bu yakıtların kullanımı sonucunda ortaya çıkması muhtemel çevre sorunlarını ortadan kaldırmak için hidrojenin yakıt olarak kullanılması umut veren bir alternatif olacaktır. Hidrojen, bilinen birim ağırlık başına en yüksek enerji veren yakıttır (142kJ/g) ve evsel/endüstriyel kullanım için taşınması mümkündür. Hidrojen, dünyamız için güvenli, yenilenebilir ve sera etkisine katkısı olmayan bir enerji kaynağı olarak kabul edilmektedir. Hidrojen yanması sonucunda karbondioksit oluşturmayan yani 0 karbon ayak izi olan tek yakıttır ve içten yanmalı motorlarda veya yakıt hücrelerinde kullanılabilir. Son zamanlarda, fermantasyon yolu ile biyohidrojen üretimi, düşük enerji ihtiyacı ve çevre dostu oluşu nedeniyle yenilebilir enerji sektöründe çok ilgi çekmiştir. Fermantatif ve fotosentetik bakteriler ve algler gibi pek çok mikroorganizma türlerinin H2 ürettiği bilinmektedir. Bunların yanı sıra fermantatif anaerobik bakteriler H2 üretiminde atıkları hammadde olarak kullanabilirler. Sürekli fermantatif hidrojen üretimi genellikle tam karışımlı reaktör ile yapılır. Çünkü TKR'nin kullanımı kolay ve biyokütlenin hammadde ile teması tam karışım sayesinde en yüksek düzeydedir fakat TKR'nin en önemli kısıtı sistemden hidrojen üreten mikroorganizmaların çıkış akımı içerisinde çıkmasıdır. Bununla mücadele etmenin de tek yolu bir yandan hidrojen üreten hücreleri sistem içinde tutarken öteki yandan sisteme yüksek organik yükleme yapabilmektir. Son zamanlarda membran biyoreaktörler biyokütleyi dışarı geçirmeyerek etkin olarak sistem içinde tutma özellikleri ile öne çıktılar. Membran ile ayırma diğer biyokütleyi reaktörde tutan sistemlerle karşılaştırıldığında reaktördeki hidrojen üreten biyokütleyi tutma konusunda daha başarılıdır bu yüzden de gerçek ölçekte uygulaması mümkündür. MBR organik atıklardan hidrojen üretimi için önemli bir alternatiftir. Türkiye'de toplanan evsel katı atığın büyük bir bölümü yemek atığıdır. Yemek atığı, içeriğindeki yüksek miktardaki uçucu katı madde ve nem nedeniyle toplama, taşıma ve depolamadaki çürüme, koku ve sızıntı suyunun ana kaynağıdır. Atık azaltımı yaparken yemek atığının yüksek enerji içeriğinden faydalanarak enerji üretmek ideal bir çözüm olarak düşünülmektedir. Bu çalışmanın amacı, yemek atıklarından biyohidrojen üretiminin araştırılmasıdır. Bu kapsamda anaerobik membran biyoreaktör sistemi kullanılarak hidrojen üretimi için optimum koşullar incelenmiştir. Sistem, öncelikle sabit pH'da (pH=7) 4 farklı HBS'de (Değişken, 10 gün, 5 gün ve 2,5 gün) işletilmiş, daha sonra HBS sabit tutularak (5 gün), 4 farklı pH (8, 6, 5,5, değişken) koşulu denenmiştir. Çalışmada kullanılan anaerobik membran biyoreaktör sistemi iki ana birleşenden oluşmaktadır. Bunlar fermantasyon reaktörü ve batık membran ünitesidir. Fermantasyon reaktörünün hacmi 5L olup, 55o C de işletilmiştir. Membran modül 3,5 L'dir ve içerisindeki membranlar batık haldedir. Fermantasyon reaktörü ile membran modülü arasında pompayla sürekli bir devir daim yapılmıştır. Biyohidrojen üretiminde kullanılan yemek atıkları, İTÜ Ayazağa yerleşkesinde yer alan merkez yemekhaneden temin edilmiştir. Beslenen yemek atığı asidik olup, ortalama katı maddesi % 4, 6, UKM/TKM oranı %91 civarında oldukça kuvvetli organik karakterdedir. Anaerobik membran biyoreaktör ile sabit pH'da (pH=7) 4 farklı HBS'de (Değişken, 10 gün, 5 gün ve 2,5 gün) yapılan çalışmalarda en yüksek hidrojen üretimi HBS= 5 günde 110, 9 mL H2/g UKM olarak elde edilmiştir. Sonraki aşamlarda, ilk aşamada optimum olarak belirlenen HBS= 5 gün sabit tutularak, farklı pH aralıkları test edilmiştir. pH 8'de 8,4 mL H2/g UKM, asidik pH'larda ise (pH 4 ,5-6) 0,9- 2 mL H2/g UKM seviyelerinde bir hidrojen üretimi gözlenmiştir. Buna göre en yüksek biyolojik hidrojen üretimi HBS'nin 5 ve pH'nın 7 olduğu 3. dönemde 110, 9 H2/UKMeklenen olarak belirlenmiştir.