4 3

Proje Grubu: MAG Sayfa Sayısı: 1 Proje No: 114M436 Proje Bitiş Tarihi: 01.11.2016 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 05-10-2018

Pilot Ölçekli Fotofermentatif Hidrojen Üretimi için bir Reaktör Sisteminin Tasarımı, Kurulumu, İşletilmesi ve Analizi

Öz:
Hidrojen, sürdürülebilir yöntemlerle üretildiği takdirde tükenen fosil yakıtların yerini alabilecek potansiyele sahiptir. Fotosentetik bakteriler, ışık altında organik besiyerlerinden hidrojen üretebilmektedir. Küçük ölçeklerde (1 litre veya daha az hacimli) iyi tanımlanmış bu biyolojik üretimin, ‘pilot ölçek’ tabir edilen 10 litre ve üzeri sistemlerde, ucuz besiyerleriyle ve doğal güneş ışığıyla, açık ortamda gerçekleştirilebilmesi, büyük ölçeklerde üretimi değerlendirmek için önemli bir adımdır. Bu projede, bir şeker yan ürünü olan melastan tek aşamalı bir sistemle açık havada ve 9-20 litre sıvı hacimli fotobiyoreaktör sistemlerinde hidrojen üretimi planlanmış, gerçekleştirilmiş ve incelenmiştir. İlk aşamada, pilot-ölçekli, modüler bir fotobiyoreaktör, akış ve ışık dağılımı, sıvı-gaz sızdırmazlığı, kapladığı yüzey alanı ve soğutma entegrasyonu gibi çok sayıda kriter göz önünde bulunarak tasarlanmıştır. Tasarımın akış dağılımı simüle edilmiş, sonuçlar doğrultusunda tüplerin iç çap ve uzunluğu gibi parametreler belirlenmiş ve 9-20 litre hacimli cam fotobiyoreaktörler yerli imkanlarla imal edilmiştir. İkinci aşamada, fotobiyoreaktörlerin açık havada üzerine etki eden ısı unsurları modellenerek mertebe olarak hesaplanmış ve buna bağlı soğutma görevi belirlenmiştir. Temel bulgular, radyasyon öğelerinin belirleyici unsurlar olduğunu göstermektedir. Bu bulgular ışığında bir sıcaklık kontrol sistemi tasarlanmış, üretilmiş ve fotobiyoreaktöre entegre edilmiştir. Şeker kullanımına yönelik küçük-ölçekli deneylerde, 5 mM sükroz içerecek şekilde seyreltilen melasta en yüksek hidrojen üretimi elde edilmiş, pilot-ölçekli deneyler de buna göre tasarlanmıştır. Pilot-ölçekli fotobiyoreaktörler, 2015 ve 2016 yaz aylarında iki kez çalıştırılmış, ilk denemede 9-11 litrelik iki fotobiyoreaktör, ikincisinde ise 20 litrelik tek bir fotobiyoreaktör işletilmiştir. Sıvı ortam sıcaklığı kontrol sistemiyle sabit tutulmuştur. Melasla çalıştırılan iki fotobiyoreaktörde de 0.52 mol/m3saat'e varan ve küçük-ölçekli deney değerlerine yakın hızlarda hidrojen üretimi gözlenmiştir. Deneylerde pH değeri tekrarlanabilir bir şekilde düşmekte ve optimum koşullardan uzaklaşmaya sebep olduğu için hidrojen üretimini olumsuz etkilemektedir. Son olarak, teknik olarak yapılabildiği gösterilen pilot-ölçekli üretimin ekonomik uygulanabilirliğine yönelik bir analiz gerçekleştirilmiştir. Yapılan analizde, ekonomik uygulanabilirliğin olması için bakteri bazında üretkenliğin yükseltilmesi gerektiği anlaşılmıştır. Üretkenliği artırmaya yönelik öneriler raporda belirtilmiştir.
Anahtar Kelime: pilot ölçek modelleme melas fotofermentasyon fotobiyoreaktör Biyohidrojen

Konular: Mühendislik, Kimya

Pilot Ölçekli Fotofermentatif Hidrojen Üretimi için bir Reaktör Sisteminin Tasarımı, Kurulumu, İşletilmesi ve Analizi

Öz:
Hydrogen is a potential substitute for fossil fuels, provided it can be produced sustainably. Photosynthetic bacteria are capable of hydrogen production from organic feedstock when exposed to a light source. This biological production is well-characterized for small-scale (under 1 liter volume) systems, but to be able to assess large-scale production, it is necessary to achieve pilot-scale (over 10 liter volumes) production under an outdoor environment with natural sunlight. In this project, molasses, a by-product of sugar production, has been used as feedstock to produce hydrogen from single-stage outdoor photobioreactor systems with 9-20 liter liquid volumes. In the first stage of the project, a pilot-scale, modular photobioreactor was designed with respect to several criteria such as flow and light distribution, gas-liquid impermeability, occupied ground area and cooling integration. The flow distribution of the design was simulated, and based on the results, parameters such as tube inner diameter and length were determined. Finally, 9-20 liter volume reactors were manufactured usig local resources and facilities. In the second stage, heat transfer elements were modeled, their order of magnitude estimates calculated and accordingly, the cooling duty was determined. Primary findings show that radiative contributions are decisive. Based on these findings, a temperature control system was designed, manufactured and integrated to the photobioreactor system. The pilot-scale photobioreactors were operated twice, during the summer months of 2015 and 2016. In the first run two photobioreactors with 9-11 liter volume, and in the second, a 20 liter volume reactor were used. The liquid medium temperature was held constant by the control system. In the two reactors with molasses as feedstock, a hydrogen production rate up to 0.52 mol/m3hr, comparable to the small-scale experiment performance, was observed. During the experiments, the pH value dropped reproducibly and adversely affected hydrogen production as it resulted in a deviation from optimal conditions. Finally, with the technical feasibility of pilot-scale production thus demonstrated, an economic feasibility analysis was carried out. The results of the analysis showed that the overall bacterial productivity had to be increased for economically feasible production. Suggestions to improve productivity have been given.
Anahtar Kelime:

Konular: Mühendislik, Kimya
Erişim Türü: Erişime Açık
APA Koku H, EROĞLU İ, ALİPOUR S, DOĞAN E, SAVAŞTÜRK D (2016). Pilot Ölçekli Fotofermentatif Hidrojen Üretimi için bir Reaktör Sisteminin Tasarımı, Kurulumu, İşletilmesi ve Analizi. , 1 - 1.
Chicago Koku Harun,EROĞLU İnci,ALİPOUR Siamak,DOĞAN Ezgi Melis,SAVAŞTÜRK Dilan Pilot Ölçekli Fotofermentatif Hidrojen Üretimi için bir Reaktör Sisteminin Tasarımı, Kurulumu, İşletilmesi ve Analizi. (2016): 1 - 1.
MLA Koku Harun,EROĞLU İnci,ALİPOUR Siamak,DOĞAN Ezgi Melis,SAVAŞTÜRK Dilan Pilot Ölçekli Fotofermentatif Hidrojen Üretimi için bir Reaktör Sisteminin Tasarımı, Kurulumu, İşletilmesi ve Analizi. , 2016, ss.1 - 1.
AMA Koku H,EROĞLU İ,ALİPOUR S,DOĞAN E,SAVAŞTÜRK D Pilot Ölçekli Fotofermentatif Hidrojen Üretimi için bir Reaktör Sisteminin Tasarımı, Kurulumu, İşletilmesi ve Analizi. . 2016; 1 - 1.
Vancouver Koku H,EROĞLU İ,ALİPOUR S,DOĞAN E,SAVAŞTÜRK D Pilot Ölçekli Fotofermentatif Hidrojen Üretimi için bir Reaktör Sisteminin Tasarımı, Kurulumu, İşletilmesi ve Analizi. . 2016; 1 - 1.
IEEE Koku H,EROĞLU İ,ALİPOUR S,DOĞAN E,SAVAŞTÜRK D "Pilot Ölçekli Fotofermentatif Hidrojen Üretimi için bir Reaktör Sisteminin Tasarımı, Kurulumu, İşletilmesi ve Analizi." , ss.1 - 1, 2016.
ISNAD Koku, Harun vd. "Pilot Ölçekli Fotofermentatif Hidrojen Üretimi için bir Reaktör Sisteminin Tasarımı, Kurulumu, İşletilmesi ve Analizi". (2016), 1-1.
APA Koku H, EROĞLU İ, ALİPOUR S, DOĞAN E, SAVAŞTÜRK D (2016). Pilot Ölçekli Fotofermentatif Hidrojen Üretimi için bir Reaktör Sisteminin Tasarımı, Kurulumu, İşletilmesi ve Analizi. , 1 - 1.
Chicago Koku Harun,EROĞLU İnci,ALİPOUR Siamak,DOĞAN Ezgi Melis,SAVAŞTÜRK Dilan Pilot Ölçekli Fotofermentatif Hidrojen Üretimi için bir Reaktör Sisteminin Tasarımı, Kurulumu, İşletilmesi ve Analizi. (2016): 1 - 1.
MLA Koku Harun,EROĞLU İnci,ALİPOUR Siamak,DOĞAN Ezgi Melis,SAVAŞTÜRK Dilan Pilot Ölçekli Fotofermentatif Hidrojen Üretimi için bir Reaktör Sisteminin Tasarımı, Kurulumu, İşletilmesi ve Analizi. , 2016, ss.1 - 1.
AMA Koku H,EROĞLU İ,ALİPOUR S,DOĞAN E,SAVAŞTÜRK D Pilot Ölçekli Fotofermentatif Hidrojen Üretimi için bir Reaktör Sisteminin Tasarımı, Kurulumu, İşletilmesi ve Analizi. . 2016; 1 - 1.
Vancouver Koku H,EROĞLU İ,ALİPOUR S,DOĞAN E,SAVAŞTÜRK D Pilot Ölçekli Fotofermentatif Hidrojen Üretimi için bir Reaktör Sisteminin Tasarımı, Kurulumu, İşletilmesi ve Analizi. . 2016; 1 - 1.
IEEE Koku H,EROĞLU İ,ALİPOUR S,DOĞAN E,SAVAŞTÜRK D "Pilot Ölçekli Fotofermentatif Hidrojen Üretimi için bir Reaktör Sisteminin Tasarımı, Kurulumu, İşletilmesi ve Analizi." , ss.1 - 1, 2016.
ISNAD Koku, Harun vd. "Pilot Ölçekli Fotofermentatif Hidrojen Üretimi için bir Reaktör Sisteminin Tasarımı, Kurulumu, İşletilmesi ve Analizi". (2016), 1-1.