Şeker pancarı ve yan ürünlerinden biyoyakıt (etanol) üretimi ve biyoetanolün endüstriyel kullanımının değerlendirilmesi

Zeynep Güneş; Hatice Ebrar Kırtıl; Yasemin Şefika Küçükata; Biset Toprak

Şeker pancarı ve yan ürünlerinden biyoyakıt (etanol) üretimi ve biyoetanolün endüstriyel kullanımının değerlendirilmesi

Öz

Dünyada kullanılan enerjinin %80’inden fazlası kömür, doğal gaz ve petrol gibi fosil yakıtlardan karşılanmaktadır. Günümüzde artan enerji ihtiyacına bağlı olarak artan fosil yakıt kullanımı sera gazı emisyonu, asit yağmurları gibi olumsuz çevresel etkilere ve iklim değişikliklerine neden olmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan biyokütlenin çeşitli termokimyasal prosesler sonucunda elde edilen biyoyakıtlar, fosil yakıtlara alternatif olarak kabul edilmektedir. Biyoyakıt üretiminin fosil yakıtlara göre daha pahalı olması nedeniyle günümüzde uygun maliyetli teknolojilerin geliştirilmesi büyük önem arz etmektedir. Önemli biyoyakıtlardan biri olan biyoetanol şeker, nişasta ve selüloz içeren biyokütlenin fermente edilmesiyle elde edilir. Biyoetanol yüksek oktan sayısına sahip olup mısır, patates, şeker kamışı, şeker pancarından fermantasyon (mayalanma) yoluyla üretilmektedir. Mısır, kolza tohumu vb. alternatifleri göz önünde bulundurulduğunda şeker pancarının (Beta vulgaris var. saccharifera) biyoyakıt için en verimli hammadde olması ile birlikte daha ekonomik olduğu bildirilmektedir. Ayrıca şeker pancarı, tahıl ve diğer selülozik bitkilere kıyasla direkt olarak fermente edilebilme avantajına da sahiptir. Şeker pancarı posası (SPP), şeker pancarından sükrozun ekstrakte edilmesiyle geriye kalan bitkisel materyaldir. Melas ise şekerin daha fazla ekstrakte edilemediği şeker pancarı şurubudur. SPP’nin ve melasın biyoetanol elde edilmesinde kullanımı çevresel atığın değerlendirilmesi açısından önemlidir. SPP ve melasın karıştırmalı biyoreaktör tanklarında Saccharomyces cerevisiae ve çeşitli mikroorganizmalar ile fermantasyonu sonucunda etanol elde edilir. Gerçekleşen fermentasyon sonrasında oluşan etanolü saflaştırmak ve konsantrasyonunu artırmak için distilasyon ve susuzlaştırma işlemi uygulanmaktadır. Saflaştırma işlemiyle CO2, yan ürünler ve daha sonra çeşitli amaçlarla kullanılmak üzere biyoetanol elde edilmektedir. Bu derleme çalışmasında şeker pancarı ve SPP’den biyoyakıt olarak birçok avantajı bulunan biyoetanol üretim prosesi, fermentasyon işlemi ve endüstrideki önemi konularına değinilmiştir.

Anahtar Kelimeler

biyoyakıt,etanol,fermentasyon,melas,posa

Kaynakça

Akbas, M. Y., & Stark, B. C. (2016). Recent trends in bioethanol production from food processing byproducts. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 43(11), 1593–1609. https://doi.org/10.1007/s10295-016-1821-z
Altunbay, Ş.G., Kangal, A., Gürel, S., (2016). Şeker Pancarından Biyoetanol Üretimi. Tarla Bitkileri Merkez Araştırma Enstitüsü Dergisi, 25: 334-339.
Anonim, (2019a). Türkiye Şeker Fabrikaları A.Ş. Sektör Raporu 2018, Mayıs-2019. https://www.turkseker.gov.tr/data/dokumanlar/2018_Sektor_Raporu.pdf Son Erişim Tarihi: 29.05.2020
Anonim, (2019b). https://www.nordzucker.com/en/business/bioethanol/wide-range-of-applications.html Son Erişim Tarihi: 29.05.2020
Anonim, (2020a). Konya Şeker Biyoetanol Üretim Tesisi Bilgileri http://konyaseker.com.tr/tr/icerik/detay/2085/biyoetanol-uretim-tesisi, Son Erişim Tarihi: 29.05.2020
Anonim (2020b). When will fossil fuels run out? https://www.WIricity.co.uk/ Son Erişim Tarihi: 29.05.2020
Araújo, W. A. (2016). Ethanol Industry: Surpassing Uncertainties and Looking Forward. Sergio L. M. S., Luís A. B. C., José M. F. J., Sergio C. T., & Maria da Graça D. F (Eds.), Global Bioethanol: içinde (pp. 1-33). Academic Press.
Balat, M. & Balat, M. (2009). Political, economic and environmental impacts of biomass-based hydrogen. International Journal of Hydrogen Energy, 34:3589-3603. doi:10.1016/j.ijhydene.2009.02.067.

Balat, M. & Balat, H. (2009a). Recent trends in global production and utilization of bio-ethanol fuel. Applied Energy, 86, 2273–2282. doi:10.1016/j.apenergy.2009.03.015
Barta, K. (2018). Bio-enriching gasoline. Nature Energy, 3(11), 917-918. doi:10.1038/s41560-018-0264-3
Bowen, E., Kennedy, S. C., & Miranda, K. (2010). Ethanol from Sugar Beets. Retrieved May 29, 2020, from https://web.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project 042810165653/unrestricted/Ethanol_from_Sugar_Beets__A_Process_and_Economic_Analysis.pdf
Branco, R.H.R., Serafim, L.S. & Xavier, A.M.R.B. (2019). Second Generation Bioethanol Production: On the Use of Pulp and Paper Industry Wastes as Feedstock. Fermentation, 5 (1), 4, https://doi.org/10.3390/fermentation5010004
Bukvić, Ž., Kralik, D., Milaković, Z., Bogut, I., Miloš, S., (2008). Cereal Research Communications , Vol. 36, Supplement: Proceedings of the VII. Alps-Adria Scientific Workshop, Stara Lesna, Slovakia, 575-578.
Bušić, A., Marđetko, N., Kundas, S., Morzak, G., Belskaya, H., Šantek, M. I., Šantek, B. (2018). Bioethanol Production from Renewable Raw Materials and its Separation and Purification: A Review. Food Technology and Biotechnology, 56(3). doi:10.17113/ftb.56.03.18.5546
Canan, S. & Ceyhan, V., Ağırnaslıgil, T. (2016). Türkiye’de Biyokütle Fiyatındaki Değişimin Biyoetanol Maliyeti Üzerine Etkileri. XII Ulusal Tarım Ekonomisi Kongresinde sunulan bildiri, Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta. http://www.tarimarsiv.com/wp-content/uploads/2017/03/63-1.pdf
Cárdenas-Fernández, M., Bawn, M., Hamley-Bennett, C., Bharat, P. K. V., Subrizi, F., Suhaili, N., Lye, G. J. (2017). An integrated biorefinery concept for conversion of sugar beet pulp into value-added chemicals and pharmaceutical intermediates. Faraday Discussions, 202, 415–431. doi: 10.1039/c7fd00094d
Conde-Mejía, C., Jiménez-Gutiérrez, A., & Gómez-Castro, F. I. (2016). Purification of Bioethanol from a Fermentation Process: Alternatives for Dehydration. Computer Aided Chemical Engineering 26th European Symposium on Computer Aided Process Engineering, 373-378. doi:10.1016/b978-0-444-63428-3.50067-9
Demirbaş, A. (2008). Biofuels sources, biofuel policy, biofuel economy and global biofuel projections. Energy Conversion and Management, 49:2106–2116. doi:10.1016/j.enconman.2008.02.020.
Duraisam, R., Salelgn, K., Berekete, A.K. (2017). Production of beet sugar and bio-ethanol from sugar beet and it bagasse: A review. International Journal of Engineering Trends and Technology, 43(4): 222-233. Doi: 10.14445/22315381/IJETT-V43P237
ETKB, (2020). Dünya Enerji Görünümü. Enerji ve Tabi Kaynaklar Bakanlığı, Enerji işleri müdürlüğü. https://www.enerji.gov.tr/tr-TR/Anasayfa Son Erişim Tarihi: 29.05.2020
Gao, Y., Skutsch, M., Masera, O., Pacheco, P. (2011). Report part title: General characteristics and use of biofuels. Report title: A global analysis of deforestation due to biofuel development. Bogor, Indonesia: CIFOR.
Gumienna, M., Szambelan, K., Jeleń, H., Czarnecki, Z. (2014). Evaluation of ethanol fermentation parameters for bioethanol production from sugar beet pulp and juice. Journal of the Institute of Brewling, 120: 543–549. doi: 10.1002/jib.181.
Haankuku, C., Epplin, F. M., & Kakani, V. G. (2015). Industrial sugar beets to biofuel: Field to fuel production system and cost estimates. Biomass and Bioenergy, 80, 267-277. doi:10.1016/j.biombioe.2015.05.027
Hinková, A., Bubník, Z. (2001). Sugar beet as a raw material for bioethanol production. Czech J. Food Sci., 19: 224-234.
Içöz, E., Tuğrul, K. M., Saral, A., & Içöz, E. (2009). Research on ethanol production and use from sugar beet in Turkey. Biomass and Bioenergy, 33(1), 1–7. doi: 10.1016/j.biombioe.2008.05.005
Karp, A., Richter, G. M. (2011). Meeting the challenge of food and energy security. Journal of Experimental Botany, 62(10), 3263-3271. doi:10.1093/jxb/err099
Khan, I., Akhtar, M. W. (2011). Bioenergy Production From Plant Biomass: Bioethanol From Concept To Reality. Nature Precedings. doi:10.1038/npre.2011.6286.1
Lee, S. Y., Kim, H. U., Chae, T. U., Cho, J. S., Kim, J. W., Shin, J. H., Jang, Y. (2019). Author Correction: A comprehensive metabolic map for production of bio-based chemicals. Nature Catalysis, 2(10), 942-944. doi:10.1038/s41929-019-0358-8
Lopes, M.C., Paulillo, S. C. L., Godoy, A., Cherubin, R. A., Lorenzi, M. S., Giometti, F. H. C. ... Amorim, H. V. (2016). Ethanol production in Brazil: a bridge between science and industry. Brazilian Journal of Microbiology, 166: 1-13. doi: 10.1016/j.bjm.2016.10.003
Maryana, R., Wahono, S. K., Handoko, L. T., & Siregar, M. R. (2009). Production and Purification of Bioethanol from Molasses and Cassava. AIP Conference Proceedings. doi:10.1063/1.3243248
Mendoza-Pedroza, J.J., Segovia-Hernandez, J. G. (2018). Alternative Schemes for the Purification of Bioethanol: A Comparative Study. Recent Advances in Petrochemical Science, 4(2). doi:10.19080/rapsci.2018.04.555631
Moraes, B. S., Triolo, J. M., Lecona, V. P., Zaiat, M., & Sommer, S. G. (2015). Biogas production within the bioethanol production chain: Use of co-substrates for anaerobic digestion of sugar beet vinasse. Bioresource Technology, 190, 227–234. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.04.089
Moustafa, K. (2017). A clean environmental week: Let the nature breathe. Science of the Total Environment, 598, 639–646. http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.04.068
Nicodème, T., Berchem, T., Jacquet, N., Richel, A. (2018). Thermochemical conversion of sugar industry by-products to biofuels. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 88: 151. doi: 10.1016/j.rser.2018.02.037.
NNFCC, (2019). An Assessment of the Opportunities for Re-establishing Sugar Beet Production and Processing in Scotland, Prepared for Scottish Enterprise, Heslington, York, https://www.nnfcc.co.uk/files/mydocs/Scottish%20Enterprise%20Sugar%20Beet%20Report_FINAL.pdf Son Erişim Tarihi: 29.05.2020
NPG (Nature Publishing Group), (2006). Bioethanol needs biotech now. Nature Biotechnology, 24 (7).
Onuki, M.,S., Koziel, J.A., Leeuwen, J., Jenks, W.S., Grewell, D., Cai, L., (2008). Ethanol production, purification, and analysis techniques: a review. Agricultural and biosystems engineering conference proceedings and presentations. Iowa State University, USA. https://lib.dr.iastate.edu/abe_eng_conf/68/
Panella, L. (2010). Sugar Beet as an Energy Crop. Sugar Tech, 12(3–4), 288–293. https://doi.org/10.1007/s12355-010-0041-5
Pavlevčić, M., Vrana, I., Vibovec, K., Šantek, M.I., Horvat, P., Šantek, B., (2010). Ethanol production from different intermediates of sugar beet processing. Food Technol. Biotechnol. 48(3): 362–367. ISSN 1330-9862.
Popov, S., Ranković, J., Dodić, J., Dodić, S., & Jokić, A. (2010). Bioethanol production from raw juice as intermediate of sugar beet processing: A response surface methodology approach. Food Technology and Biotechnology, 48(3), 376–383.
Raharja, R., Murdiyatmo, U., Sutrisno, A., & Wardani, A.K. (2019). Bioethanol production from sugarcane molasses by instant dry yeast. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 230, 012076. https://doi.org/10.1088/1755-1315/230/1/012076
Rass-Hansen, J., Falsig, H., Jørgensen B., & Christensen C. H. (2007). Bioethanol: fuel or feedstock?. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 82, 329–333. https://doi.org/10.1002/jctb.1665
Razmovski, R., & Vučurović, V. (2012b). Bioethanol production from sugar beet molasses and thick juice using Saccharomyces cerevisiae immobilized on maize stem ground tissue. Fuel, 92(1), 1–8. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2011.07.046
Rodríguez, L. A., Toro, M. E., Vazquez, F., Correa-Daneri, M. L., Gouiric, S. C., & Vallejo, M. D. (2010). Bioethanol production from grape and sugar beet pomaces by solid-state fermentation. International Journal of Hydrogen Energy, 35(11), 5914–5917. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2009.12.112
SBG, (2020). Şeker Pancarı Tarım Üretim Raporu, Tarım Ürünleri Piyasaları-Şeker Pancarı, Ocak,2020.https://arastirma.tarimorman.gov.tr/tepge/Belgeler/PDF%20Tar%C4%B1m%20%C3%9Cr%C3%BCnleri%20Piyasalar%C4%B1/2020Ocak%20Tar%C4%B1m%20%C3%9Cr%C3%BCnleri%20Raporu/%C5%9Eeker%20Pancar%C4%B1%20Tar%C4%B1m%20%C3%9Cr%C3%BCnleri%20Piyasa%20Raporu%202020%20ocak.pdf Son Erişim Tarihi: 29.05.2020
Schwaiger, H., Pena, N., Mayer, A., & Bird, D. (2011). Technologies to produce liquid biofuels for transportation: An overview (pp. 16-17, Rep.). Center for International Forestry Research. www.jstor.org/stable/resrep02307.8
Singh, D. P., & Dwevedi A. (2019). Production of clean energy by green ways. A. Dwevedi (Ed.), Solutions to Environmental Problems Involving Nanotechnology and Enzyme Technology içinde (pp. 49-90). Academic Press.
Šantek, B., Gwehenberger, G., Šantek, M. I., Narodoslawsky, M., & Horvat, P. (2010). Evaluation of energy demand and the sustainability of different bioethanol production processes from sugar beet. Resources, Conservation and Recycling, 54(11), 872–877. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2010.01.006
USDA, (2019). EU-28 Biofuels Annual 2019, Global Agricultural Information Network, https://apps.fas.usda.gov/newgainapi/api/report/downloadreportbyfilename?filename=Biofuels%20Annual_The%20Hague_EU-28_7-15-2019.pdf
Vohra, M., Manwar, J. Manmode, R. Padgilwar, S. & Patil, S. (2014). Bioethanol production: Feedstock and current technologies. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2, 573–584. http://dx.doi.org/10.1016/j.jece.2013.10.013
Vučurović, V. M., & Razmovski, R. N. (2012a). Sugar beet pulp as support for Saccharomyces cerivisiae immobilization in bioethanol production. Industrial Crops and Products, 39(1), 128–134. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2012.02.002
Wang, M., Han, J. Dunn, J. B., Cai H., & Elgowainy, A. (2012). Well-to-wheels energy use and greenhouse gas emissions of ethanol from corn, sugarcane and cellulosic biomass for US use. Environmental Research Letters, 7: 1-13. doi:10.1088/1748-9326/7/4/045905
WBGU (German Advisory Council on Global Change) (2008). Future bioenergy and sustainable land use. Earthcsan, London.
World Bioenergy Association. (2019). GLOBAL BIOENERGY STATISTICS 2019. Retrieved May 29, 2020, from https://worldbioenergy.org/uploads/191129%20WBA%20GBS%202019_HQ.pdf
Yaramış, V., Çaynak, S., Şimşek, F., İlter, B., İzgi, M., Bayraktarkatal, B., Gülmez, A., Sağlam, A. (2014). Dünya Enerji Görünümü. Enerji ve Tabi Kaynaklar Bakanlığı, Enerji işleri genel müdürlüğü. 22-29 Eylül 2014.
Zabed, H., Faruq, G., Sahu, J. N., Azirun, M. S., Hashim, R., & Nasrulhaq Boyce, A. (2014). Bioethanol production from fermentable sugar juice. The Scientific World Journal. https://doi.org/10.1155/2014/957102
Zabochnicka-Świątek, M. & Sławik L. (2010). Bioethanol-Production and Utilization. Archivum Combustionis, 30(3), 237-246. Zhou, G., Zhang, G., & Qi, D. (2011). A New Method of Producing Bio-Energy by Using Sugar-Beets. Energy Procedia, 12, 873-877. doi:10.1016/j.egypro.2011.10.115

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

Mühendislik

Bölüm

Derleme

Yazarlar

Zeynep Güneş Bu kişi benim
0000-0002-4219-2368
Türkiye

Hatice Ebrar Kırtıl
0000-0003-0784-4452
Türkiye

Yasemin Şefika Küçükata ^*
0000-0002-2316-1507
Türkiye

Biset Toprak
0000-0003-1009-789X
Türkiye

Yayımlanma Tarihi

11 Eylül 2020

Gönderilme Tarihi

26 Haziran 2020

Kabul Tarihi

17 Ağustos 2020

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2020 Cilt: 2 Sayı: 2

IZ

https://izlik.org/JA32ZY72XH

Kaynak Göster

RIS / Bibtex

APA

Güneş, Z., Kırtıl, H. E., Küçükata, Y. Ş., & Toprak, B. (2020). Şeker pancarı ve yan ürünlerinden biyoyakıt (etanol) üretimi ve biyoetanolün endüstriyel kullanımının değerlendirilmesi. İstanbul Sabahattin Zaim Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 2(2), 16-24. https://izlik.org/JA32ZY72XH

AMA

1.Güneş Z, Kırtıl HE, Küçükata YŞ, Toprak B. Şeker pancarı ve yan ürünlerinden biyoyakıt (etanol) üretimi ve biyoetanolün endüstriyel kullanımının değerlendirilmesi. İZÜFBED. 2020;2(2):16-24. https://izlik.org/JA32ZY72XH

Chicago

Güneş, Zeynep, Hatice Ebrar Kırtıl, Yasemin Şefika Küçükata, ve Biset Toprak. 2020. “Şeker pancarı ve yan ürünlerinden biyoyakıt (etanol) üretimi ve biyoetanolün endüstriyel kullanımının değerlendirilmesi”. İstanbul Sabahattin Zaim Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 2 (2): 16-24. https://izlik.org/JA32ZY72XH.

EndNote

Güneş Z, Kırtıl HE, Küçükata YŞ, Toprak B (01 Eylül 2020) Şeker pancarı ve yan ürünlerinden biyoyakıt (etanol) üretimi ve biyoetanolün endüstriyel kullanımının değerlendirilmesi. İstanbul Sabahattin Zaim Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 2 2 16–24.

IEEE

[1]Z. Güneş, H. E. Kırtıl, Y. Ş. Küçükata, ve B. Toprak, “Şeker pancarı ve yan ürünlerinden biyoyakıt (etanol) üretimi ve biyoetanolün endüstriyel kullanımının değerlendirilmesi”, İZÜFBED, c. 2, sy 2, ss. 16–24, Eyl. 2020, [çevrimiçi]. Erişim adresi: https://izlik.org/JA32ZY72XH

ISNAD

Güneş, Zeynep - Kırtıl, Hatice Ebrar - Küçükata, Yasemin Şefika - Toprak, Biset. “Şeker pancarı ve yan ürünlerinden biyoyakıt (etanol) üretimi ve biyoetanolün endüstriyel kullanımının değerlendirilmesi”. İstanbul Sabahattin Zaim Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 2/2 (01 Eylül 2020): 16-24. https://izlik.org/JA32ZY72XH.

JAMA

1.Güneş Z, Kırtıl HE, Küçükata YŞ, Toprak B. Şeker pancarı ve yan ürünlerinden biyoyakıt (etanol) üretimi ve biyoetanolün endüstriyel kullanımının değerlendirilmesi. İZÜFBED. 2020;2:16–24.

MLA

Güneş, Zeynep, vd. “Şeker pancarı ve yan ürünlerinden biyoyakıt (etanol) üretimi ve biyoetanolün endüstriyel kullanımının değerlendirilmesi”. İstanbul Sabahattin Zaim Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, c. 2, sy 2, Eylül 2020, ss. 16-24, https://izlik.org/JA32ZY72XH.

Vancouver

1.Zeynep Güneş, Hatice Ebrar Kırtıl, Yasemin Şefika Küçükata, Biset Toprak. Şeker pancarı ve yan ürünlerinden biyoyakıt (etanol) üretimi ve biyoetanolün endüstriyel kullanımının değerlendirilmesi. İZÜFBED [Internet]. 01 Eylül 2020;2(2):16-24. Erişim adresi: https://izlik.org/JA32ZY72XH