Hide/Show Apps

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

2016
Alipour, Siamak
Eroğlu, İnci
Koku, Harun
Doğan, Melis Ezgi
Savaştürk, Dilan
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.