Production of Lignocellulosic Ethanol as an Alternative Fuel: A Study on Cotton Yarn Wastes

Öz

Energy increases day by day in parallel with the development of technology and industry, on the other hand, the oldest and the most widely used energy source fossil fuels, are depleted rapidly by this demand. At the same time, the use of renewable energy sources is a priority for air pollution, greenhouse gas and global warming effect. Lignocellulosic biomass is one of these renewable energy sources.  Ethanol can be produced from lignocellulosic biomass.  As a source of raw materials, it is important not only to use forests that have ecological significance with foodstuffs but also for agriculture or industrial wastes. For this reason, in this study, the cotton yarn waste was used as raw material. Pyrolysis, enzymatic hydrolysis and fermentation were applied and ethyl alcohol was obtained and approximately 18,75% alcohol conversion rate was determined. It was concluded that 60.22 grams of ethyl alcohol could be obtained for 1000 grams of cotton fibres. 

Anahtar Kelimeler

• Ethanol,Enzymatic hydrolysis,Lignocellulose

Alternatif Yakıt Olarak Lignoselülozik Etanol Üretimi: İplikhane Pamuk Telefleri Üzerine Bir Çalışma

Öz

Enerji talebi, teknolojinin ve sanayinin gelişmesine paralel olarak her geçen gün artmakta, diğer taraftan en eski ve en çok kullanılan enerji kaynağı olan fosil yakıtlar artan enerji ihtiyacı ile birlikte hızla tükenmektedir. Aynı zamanda hava kirliliği, sera gazı etkisi ve küresel ısınmadan dolayı yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı ön plana çıkmaktadır. Lignoselülozik biyokütle bu yenilenebilir enerji kaynaklarından biridir. Etanol, lignoselülozik biyokütleden üretilebilir. Etanolün hammadde kaynağı olarak sadece yiyecek maddeleri ile çevresel öneme haiz olan ormanları kullanmayıp, tarımsal veya endüstriyel tarım atıklarından da elde edilebildiği için önem arz etmektedir. Bu nedenle bu çalışmada iplikhane pamuk telefleri kullanılarak sırası ile önhazırlık, piroliz, enzimatik hidroliz ve fermantasyon işlemleri yapılmıştır ve yaklaşık %18,75 alkol dönüşüm oranı belirlenmiştir. Pamuk liflerinden 1000 g için ortalama 60,22 g etil alkol elde edilebileceği sonucuna ulaşılmıştır.  

 

Anahtar Kelimeler

• Etanol,Enzimatik hidroliz,Lignoselüloz

Kaynakça

1. 1. https://www.ag.ndsu.edu/energy/biofuels/energ y-briefs/history-of-ethanol-production-andpolicy 14.2.2018.
2. 2. DiPardo, J., 2002. Outlook for Biomass Ethanol Production and Demand, https://www.agmrc.org/media/cms/biomass_E6 EE9065FD69D.pdf 14.02.2018.
3. 3. https://ethanolrfa.org/resources/industry/statisti cs/#1549569130196-da23898a-53d8 14.2.2018.
4. 4. http://depo.btu.edu.tr/dosyalar/sanayi/Dosyalar/ MURAT_ERTAS.pdf 14.2.2018.
5. 5. Doğan, Z., 2012. Tekstil Sektöründe Atık Ekolojisi Uygulamaları 1. Uluslararası Moda ve Tekstil Tasarımı Sempozyumu, 8-10 Ekim Antalya, 2012.
6. 6. Eser, B., Çelik, P., Çay, A., Akgümüş, D., 2016. Tekstil ve Konfeksiyon Sektöründe Sürdürülebilirlik ve Geri Dönüşüm Olanakları, Tekstil ve Mühendis, 23(101), 43-60.
7. 7. Celep, G., Doğan, G., Yüksekkaya, M.E., Tercan, M., 2016. Geri Dönüşümlü Lifler İçeren Süprem Kumaşların Isıl Konfor Özelliklerinin İncelenmesi, Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 4, 104-112.
8. 8. Kalın, V., 2005. Tekstil Atıkları ve Pamuk Linterinden Kağıt Hamuru ve Kağıt Üretim Koşullarının Belirlenmesi, Kahraman Maraş Sütçü İmam Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tekstil Mühendisliği Anabilimdalı Yüksek Lisans Tezi, 62.

9. 9. Usta, İ., Akalın, M., Koçak, D., Merdan, N., Taşdemir, M., 2003. Farklı Oranlardaki Pamuk Atıkları (Telef) ile Desteklenmesi PP Polimerinin Oluşturduğu Kompozit Yapıların Mekanik ve Akış Özelliklerinin İncelenmesi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi 16(2), 403-410.
10. 10. Prasad, S., Sigh, A,, Joshi, H., 2007. Ethanol as an Alternative Fuel from Agricultural, Industrial and Urban Residues. Resource Convers Recycle, 50, 1-30.
11. 11. Chena, M., Xiaaa, L., Xueb, P., 2007. Enzymatik Hydrolysis of Corncob and Ethanol Production from Cellulosic Hydrolysate. International Biodeterioration and Biodegradation 59, 85-89.
12. 12. Tucker, M., Kyoung, H.K., Newman, M.M., Nguyen, Q.A., 2003. Effects of Temperature and Moisture on Dilute Acid Steam Explosion Pretreatment of Corn Stover and Cellulase Enzyme Digestibilty, Applied Biochemistry and Biotechnology, 105(1), ISSN:0273-2289.
13. 13. Öhgren, K., Vehmaanpera, J., Siika-Aho, M., Galbe, M., Viikari, L., Zacchi, G., 2007. High Temperature Enzymatic Prehydrolysis Prior to Simultaneous Saccharification and Fermentation of Steam Pretreated Cornstover for Ethanol Production. Enzyme and Microbial Technology 40, 607–613.
14. 14. Kaar, W.E., Holtzapple, M.T., 2000. Using Lime Pretreatment to Facilitate the Enzymic Hydrolysis of Cornstover, Biomass and Bioenergy 18, 189-199.
15. 15. Kristensen, J.B., Börjesson J., Bruun, M.H., Tjerneld, F., Jørgensen, H., 2007. Use of Surface Active Additives in Enzymatic Hydrolysis of Wheat Straw Lignocellulose. Enzyme and Microbial Technology 40, 888–895.
16. 16. Cao, W., Sun, C., Liu, R., Renzhan, Y., Xiaowu, W., 2012. Comparison of the Effects of Five Pretreatment Methods on Enchancing the Enzymatic Digestibility and Ethanol Production from Sweet Sorghum Bagasse. Bioresource Technology, 111, 215-221.
17. 17. Oberoi, H.S., Vadlania, P.V., Brijwania, K. Bhargav, V.K., Patil, R.T., 2010.. Enchaced Ethanol Production Via Fermentation of Rice Straw with Hydrolysate-adapted Candidatropicalis ATCC 13803, Process Biochemistry, 45, 1299-1306.
18. 18. Tye, Y.Y., Lee, K.T., Wan Abdullah, W.N., Leh, C.P., 2016. The World Availability of Non-wood Lignocellulosic Biomass for the Production of Cellulosic Ethanol and Potential Pretreatments for the Enhancement of Enzymatic Saccharification Renewable Energy Reviews 60, 155-172.
19. 19. Xing-cai, L., Jian-guang, Y., Wu-gao Zhang, Zhen, H., 2004. Effect of Cetane Number Improver on Heat Release Rate and Emissions of High Speed Diesel Engine Fueled with Ethanol-diesel Blend Fuel. Fuel 83, 2013-2020.
20. 20. Yüksel, F., Yüksel, B., 2004. The use of Ethanol-gasoline Blend as a Fuel in an SI Engine, Renewable Energy 29, 1181-1191.
21. 21. http://www.yegm.gov.tr/yenilenebilir/biyoetan ol.aspx 14.2.2018.
22. 22. https://docplayer.biz.tr/241461-Biyoetanolkullanim-zorunlulugunun-turk-ekonomisindeyaratacagi-etkiler-dr-f-figen-ar-pankobirlikdunya-enerji-konseyi-turk-milli-komitesi.html 14.2.2018.
23. 23. Adıgüzel, A.O., 2013. Lignoselülozik Materyallerden Biyoetanol Üretimi için Kullanılan Ön-Muamele ve Hidroliz Yöntemleri SAÜ. Fen Bil. Der. 17(3), 381-397.
24. 24. Shesler, R., 1994. Ethanol production in Hawaii Processes, Feedstocks, and Current Economic Feasibility of Fuel Grade Ethanol Production in Hawaii Prepared for State of Hawaii Department of Business, Economic Development & Tourism Final Report July.
25. 25. Johannesen, R., 2018. Energy Efficiency & Environmental News: Alcohol Production from Biomass, Florida Energy Extension Service 14.2.2018.
26. 26. Understanding Biomass as a Source of Sugars and Energy, http://permanent.access.gpo.gov/ websites/www.ott.doe.gov/biofuels/understandi ng_biomass.html 14.2.2018.
27. 27. Wheals, A.E., Basso, L.C., Alves, D.M.G., Amorim, H.V., 1999. Fuel Ethanol After 25 Years, Renewable Fuels Association TIBTECH December (Vol 17).
28. 28. Zabed, H., Sahu, J.N., Boyce, A.N., Fasruq, G., 2016. Fuel Ethanol Production from Lignocellulosic Biomass: An Overview on Feedstocks and Technological Approaches. Renewable an Sustainable Energy Reviews 66, 751-774.
29. 29. Alhalabi, K., 2007. Suriye ve Türkiye’de Üretilen Pamuk Liflerinin Özelliklerinin ve Eğrilme Yeteneklerinin Karşılaştırılmalı İncelenmesi. Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, Adana
30. 30. Raja, P.B., Sethuraman, M.G., 2008. Inhibitive Effect of Black Pepper Extract on the Sulphuric Acid Corrosion of Mild Steel. Materials Letters, 62(17), 2977-2979.
31. 31. Anonymous Sheet, 2010. Fuel Ethanol Application. CellicCTec and HTec2—Enzymes for Hydrolysis of Lignocellulosic Materials. Novozymes A/S, Luna-01668:01.
32. 32. Yang, Y., Sharma-Shivappa, R.R., Burns, J.C., Cheng, J., 2009. Saccharification and Fermentation of Dilute-Acid-Pretreated FreezeDried Switchgrass. Energy&Fuels, 23(11), 5626-5635.
33. 33. Pickering, G.J., Heatherbll, D.A., Barnes, M.F., 1998. Optimising Glucose Conversion in the Production of Reduced Alcohol Wine Using Glucose Oxidase. Food Research International, 31, 685-692.
34. 34. Cordier, H., Mendes, F., Vasconcelos, I., François, J.M., 2007. A Metabolic and Genomic Study of Engineered Saccharomyces cerevisiae Strains for High Glycerol Production. Metabolic Engineering, 9, 364-378.