Production and Areas of Use of Gas Biofuels and Optimization of Bioprocess Parameters Affecting the Production Efficiency

Year 2018, Volume: 8 Issue: 2/2, 60 - 67, 27.12.2018

Nesrin Dursun Hakki Gülşen

Abstract

The importance of renewable energy sources is increasing day by day due to the reasons such as fossil fuel reserves being on the point of exhaustion and trying to minimize the negative effects thereof on the environment. In biogas processes, hydrogen and carbondioxide gases are released through the degradation of organic matters by acidogenic bacteria with fermentation and the conversion thereof into organic acids. In the second stage, organic acids are transformed into acetic acid, hydrogen and carbondioxide by acidogenic bacteria. While methane bacteria use the hydrogen they need, they also remove the hydrogen that affects the acidogenic bacteria negatively. Biohydrogen production processes, on the other hand, the system is processed by applying heat pretreatment to anaerobic fermentation bacteria for 20-45 mins and between 90-105 ⁰C. In the first stage, organic wastes with high carbohydrate ratio are degraded by heat pretreated anaerobic fermentation bacteria into organic acids, hydrogen and carbondioxide. In the second stage, the organic acids produced in the first stage are degraded to hydrogen and carbondioxide with fermentative bacteria. In this study, optimization of the bioprocess parameters affecting the production, use and production efficiency of gas biofuels is presented.

Keywords

Biogas, Biohydrogen, Renewable Energy

Gaz Biyoyakıtların Üretimi, Kullanım Alanları ve Üretim Verimini Etkileyen Biyoproses Parametrelerinin Optimizasyonu

Abstract

Fosil yakıt rezervlerinin tükenmek üzere olması ve çevreye olumsuz etkilerini azaltabilmek gibi nedenlerden
dolayı yenilenebilir enerji kaynaklarının önemi gün geçtikçe artmaktadır. Biyogaz proseslerinde, organik
maddelerin asidojenik bakteriler tarafından fermantasyonla parçalanarak organik asitlere dönüştürülmesi ile
hidrojen ve karbondioksit gazları açığa çıkmaktadır. İkinci aşamada, organik asitler asidojenik bakteriler
tarafından asetik asit, hidrojen ve karbondioksite dönüşür. Metan bakterileri ihtiyaç duydukları hidrojeni
kullanırken, asidojenik bakterileri olumsuz etkileyen hidrojeni de uzaklaştırmış olurlar. Biyohidrojen üretim
proseslerinde ise, anaerobik fermantasyon bakterilerine 20-45 dak ve 90-105 0
C aralığında ısıl ön-işlem
uygulanarak sistem işletilmektedir. İlk aşamada karbonhidrat oranı yüksek organik atıklar, ısıl ön işlem
uygulanmış anaerobik fermantasyon bakterileri tarafından organik asitler, hidrojen ve karbondioksite parçalanır.
İkinci aşamada ise birinci aşamada üretilen organik asitler fermantatif bakteriler ile hidrojen ve karbondioksite
kadar parçalanır. Bu çalışmada, gaz biyoyakıtların üretimi, kullanım alanları ve üretim verimini etkileyen
biyoproses parametrelerinin optimizasyonu sunulmuştur.

Keywords

Biyogaz, Biyohidrojen, Yenilenebilir Enerji

References

• Acaroglu, M. (2003). Alternatif enerji kaynakları. Atlas Yayın Dağıtım.
• Akinbami, J.F.K., Ilori, M.O., Oyebisi, T.O., Akinwumi, I.O., Adeoti, O. (2001). Biogas energy use in Nigeria: current status, future prospects and policy implications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 5, 97-112.
• Azbar, N., Eltem, R., Dalay, M.C., Dokgöz, F.T.C., Keskin, T., Oncel, S., Gezgin, Y., Akbal, Z. (2009). İki aşamalı reaktör sistemlerinde organik kökenli sanayi atıklarından hidrojen üretimi (TÜBİTAK-ÇAYDAG-104Y298 nolu Proje Kesin Raporu). İzmir.
• Azbar, N., Dizge, N., Karaalp, D., Calıskan, G., Tutuk, F. (2013). Kapalı Döngü Membran Destekli Biyogaz Prosesi İle Tavuk Atıklarından Temiz Enerji Üretimi (TÜBİTAK-ÇAYDAG-111Y019 nolu Proje Kesin Raporu). İzmir.
• Cavalcante De Amorim, E.L., Barros, A.R., Zamariolli Damianovic, M.H.R., Silva, E.L. (2009). Anaerobic fluidized bed reactor with expanded clay as support for hydrogen production through dark fermentation of glucose. International Journal of Hydrogen Energy, 34, 783-790.
• Çallı, B. (2012). Atıklardan Biyogaz Üretimi. Türkiye Kimya Derneği-Genç Kimyacılar Platformu. http://mebig.marmara.edu.tr/Presentations/BiyogazUretimi.pdf Erişim tarihi: 03.03.2018.
• Das, D., Veziroglu, T.N. (2001). Hydrogen production by biological processes: a survey of literature. International Journal of Hydrogen Energy, 26, 13-28.
• Demirer, G.N., Chen, S. (2004). Effect of retention time and organic loading rate on anaerobic acidification and biogasification of dairy manure. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 79, 1381-1387.
• Demirer, G.N. (2012). Yenilenebilir biyoyakıtlar, Yenilenebilir enerji yönetimi ve hukuku sertifika programı sunumu, İstanbul Institute, Yıldız Teknik Üniversitesi. http://users.metu.edu.tr/goksel/environmental-biotechnology/pdf/185.pdf Erişim tarihi: 08.02.2018.
• Department of Areas of Usage for Hydrogen. Hidrojen Kullanım Alanları. (2018). https://www.hidrojen.gen.tr/hidrojen-kullanim-alanlari.html Erişim tarihi: 09.05.2018.
• Genc, N. (2010). Fermentatif biyohidrojen üretim proseslerinde hidrojen veriminin geliştirilmesindeki yaklaşımlar. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 26(3), 225-239.
• Guwy, A.J., Dinsdale, R.M., Kim, J.R., Massanet-Nicolau, J., Premier, G. (2011). Fermentative biohydrogen production systems integration. Bioresource Technology, 102, 8534–8542.
• Gulen, J., Cesmeli, C. (2012). Biyogaz hakkında genel bilgi ve yan ürünlerinin kullanım alanları. EÜFBED Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, (5-1), 65-83.
• Hawkes, F.R., Hussy, I., Kyazze, G., Dinsdale, R., Hawkes, D.L. (2007). Continuous dark fermentative hydrogen production by mesophilic microflora: Principles and progress. International Journal of Hydrogen Energy, 32, 172-184.
• İlkilic, C., Deviren, H. (2011). Biyogazın Üretimi ve Üretimi etkileyen faktörler. 6 th International Advanced Technologies Symposium (IATS’11). 16-18 May, Elazığ, 144-149.
• Lam, M.K., Lee, K.T. (2011). Renewable and sustainable bioenergies production from palm oil mill effluent (POME): Win–win strategies toward better environmental protection. Biotechnology Advances, 29, 124–141.
• Öztürk, H.H. (2008). Yenilenebilir enerji kaynakları ve kullanımı. Teknik Yayınevi, Mühendislik Mimarlık Yayınları.
• Porpatham, E., Ramesh, A., Nagalingam, B. (2007). Effect of hydrogen addition on the performance of a biogas fuelled spark ignition engine. International Journal of Hydrogen Energy, 32, 2057-2065.
• Weiland, P. (2003). Production and energetic use of biogas from energy crops and wastes in Germany. Applied Biochemistry and Biotechnology, 109, 263-274.
• Xu, J., Zhou, W., Li, Z., Wang, J., Ma, J. (2009). Biogas reforming for hydrogen production over nickel and cobalt bimetallic catalysts. International Journal of Hydrogen Energy, 34, 6646-6654.