Atık kağıt havludan karanlık fermentasyon ile hidrojen gazı üretimi

Abstract

Bu tez kapsamında atık kağıt havludan kesikli işletme modunda karanlık fermentasyon ile hidrojen gazı üretimi araştırılmıştır. Bu kapsamda başlangıç biyokütle, substrat ve C/N/P/Fe oranının hidrojen üretim verimi ve spesifik hidrojen üretim hızı üzerine olan etkileri incelenmiştir. Deneylerde besi maddesi olarak kullanılan şeker çözeltisi 200 g/L atık kağıt havlunun %5 H2SO4 ile 105°C’de 3.5 saat süreyle asit hidrolizi sonucunda elde edilmiştir. Başlangıç biyokütle konsantrasyonu olarak 0.1-6.0 g/L noktaları arasında çalışılmış ve en yüksek hidrojen üretim verimi 0.927 mol H2/mol glikoz olarak 0.875 g biyokütle/L’de elde edilmiştir. Ancak 0.1 g/L’de benzer verim (0.905 mol H2/mol glikoz) ve daha yüksek özgül hidrojen üretim hızına (188.81 mL H2/g biyokütle.saat) ulaşıldığı, ayrıca işletme kolaylığı açısından 0.1 g/L biyokütle konsantrasyonunun daha uygun olduğu sonucuna varılmıştır. Başlangıç substrat konsantrasyonu için 5-40 g glikoz/L arasında çalışılmış ve en yüksek hidrojen üretim verimi (0.498 mol H2/mol glikoz) ve özgül hidrojen üretim hızı (226.67 mL H2/g biyokütle.saat) 21 g glikoz/L’de elde edilmiştir. En uygun C/N/P/Fe oranının belirlenmesi için Design-Expert yazılımında bulunan Box-Behnken yüzey tepki metodu ile optimizasyon yapılmıştır. Buna göre yapılan deneyler sonucunda en yüksek hidrojen üretim verimi (0.656 mol H2/mol glikoz) ve özgül hidrojen üretim hızı (241.64 mL H2/g biyokütle.saat) 100/5/9/0.3’lik C/N/P/Fe oranında tespit edilmiştir. Bu şartlarda gerçekleştirilen doğrulama deneyi sonucunda bulunan hidrojen üretim verimi ve özgül hidrojen üretim hızı değerleri sırasıyla 0.525 mol H2/mol glikoz ve 243.14 ml H2/g biyokütle.saat olup, beklenilen verim ve hız değerleri ile uyumlu çıkmış ve modelin güvenirliği teyit edilmiştir.

In this thesis, hydrogen gas production from waste paper towel by batch dark fermentation was studied. In this context the effects of initial biomass and substrate concentrations and the effect of C/N/P/Fe ratio on hydrogen production yield and specific hydrogen production rate (SHPR) were investigated. Sugar containing hydrolyzate was used as substrate and this solution was obtained by acid hydrolysis of 200 g/L waste paper towel with %5 H2SO4 at 105°C for 3.5 hours. For the experiments where the initial biomass concentration was varied between 0.1-6.0 g/L the highest hydrogen production yield (0.927 mol H2/mol glucose) was obtained at 0.875 g/L biomass concentration. However, similar hydrogen production yield (0.905 mol H2/mol glucose) and SHPR (188.81 mL H2/g biomass.hours) was obtained at 0.1 g/L, which is more favourable to be used due to practical considerations. For the experiments where the initial substrate concentration was varied between 5–40 g/L, the highest hydrogen production yield (0.498 mol H2/mol glucose) and SHPR (226.67 mL H2/g biomass.hours) were obtained at substrate concentration of 21 g glucose/L. Effects of C/N/P/Fe on hydrogen formation yield and rate were analyzed using the Box-Behnken statistical experiment design tool in the software Design-Expert. The optimum C/N/P/Fe ratio resulting highest hydrogen production yield (0.656 mol H2/mol glucose) and SHPR (241.64 mL H2/g biomass.hours) was predicted by the software as 100/5/9/0.3. A confirmation experiment at this condition resulted similar yield (0.525 moL H2/mol glucose) and SHPR (243.14 mL H2/g biomass.hours) indicating the reliability of the model.