Anasayfa » Sektörler » Çevre ve Enerji Teknolojileri » Fermantasyon Yöntemleri ile Biyohidrojen Üretimi

Fermantasyon Yöntemleri ile Biyohidrojen Üretimi

Hidrojen, en hafif kimyasal olma özelliğiyle beraber en basit ve en çok bulunan elementtir. Renksiz, kokusuz, zehirsiz ve havadan 14.4 kez daha hafif bir gaz, petrol yakıtlarına göre ortalama 1.33 kat daha verimli bir yakıttır. Buna karşın, enerji olarak kullanılabilmesi için doğadaki bileşiklerden ayrıştırılması gerekir. Günümüzde, dünya ekonomisinin enerji ihtiyacının yaklaşık %80 i fosil yakıtlar tarafından karşılanmaktadır. Fosil yakıt kullanımı; hava kirliliği, asit yağmurları, küresel ısınma, iklim değişikliği, ozon tabakasının delinmesi gibi çevre sorunlarına sebep olmaktadır. Yapılan araştırmalar hidrojen enerjisinin fosil yakıt kullanımının olumsuz etkilerini ortadan kaldıracağını, daha aktif bir enerji sağlayacağını ispatlamaktadır.Yeni yüzyılın enerjisi olarak tanımlanan hidrojen enerjisi, çevreyi kirleten hiçbir gaz ve zararlı kimyasal madde bulundurmayan (karbonmonoksit veya karbondioksit gibi), temiz ve verimli bir enerji sistemidir. Dünyada Hidrojen Üretimi temel olarak;

 -48% doğal gazdan,

 -30% petrolden,

 -18% kömürden,

 -4 % elektroliz ile sudan üretilmektedir.

 

fermantasyon-yontemleri-ile-biyohidrojen-uretimi-01


Fermantasyon ile Biyohidrojen Üretimi, foto fermantasyon ve karanlık fermantasyon olmak üzere iki şekilde gerçekleşir.

Foto Fermantasyon

Fotosentetik mikroorganizma güneş enerjisi varlığında organik asitleri nitrojenaz ile katalizleyerek H2 üretirler. Foto fermentasyon ile Hidrojen Üretim Reaksiyonu aşağıdaki gibidir;

C6H12O6 + 6H2O + ışık enerjisi  → 12H2 + 6CO2

Endüstriyel Üretim İçin Fotosentetik Bakteri ile Hidrojen Üretiminin;

-Yüksek teorik dönüşüm verimine sahip oluşu,

-Farklı biyolojik sistemlerde aktivitenin yitirilmesi problemine sebep olan oksijen gelişiminin olmaması,

-Geniş spektrumdaki ışığın kullanabilirliği,

-Atıklardan türeyebilen organik substratları ve onları tüketebilmesi, atıksu arıtımı ile birlikte kullanım potansiyeline sahip oluşu gibi avantajları vardır.

Karanlık Fermantasyon

Karanlık fermantasyon ile hidrojen üretimi süresince, anaerobik bakteriler organik substratları kullanarak karanlık şartlarda hidrojen üretirler. Çünkü kullanılan anaerobik bakteriler ışığa ihtiyaç duymazlar. Karanlık fermentasyon ile Hidrojen Üretim Reaksiyonu aşağıdaki gibidir;

C6H12O6 + H2O  →  4H2 + 2CO+ 2CH3COOH

Endüstriyel Üretim İçin Karanlık Fermantasyon ile Hidrojen Üretiminin;

-Işık enerjisine ihtiyaç duyulmaması,

-Çeşitli karbonlu atıkları substrat olarak kullanılabilirliği,

-Yan ürün olarak organik asitler üretilebilirliği,

-Oksijen kısıtlama problemi olmaması gibi avantajları vardır.

Biyohidrojen Üretimini Etkileyen Faktörler

– Substrat Faktörü: Üç farklı substrat (biyokütle) kullanılabilir;Şeker içeren biyokütle, Nişastalı biyokütle, Lignoselülozik biyokütle. Bu biyokütleler çeşitli tarımsal atıklar olabileceği gibi endüstriyel atıklar da olabilir.

– Biyohidrojen Üreten Bakteri Faktörü: Fermantasyon türüne göre fotosentetik ve fermantatif bakteriler kullanılır.Bakteri seçiminde, dönüşüm verimi, oluşturulan yan ürünler, çevre koşulları(sıcaklık,pH) önemlidir.

– Reaktör Tipi Faktörü: Tam karıştırmalı sürekli reaktörlerde organik yükleme hızı gibi prametrelerin uygun seçilmesi ile hidrojen verimi arttırılabilir. Alternatif olarak tutuklanmış hücreli reaktör tipi ve biyofilm reaktör tipi de kullanılabilir. Hacimsel hidrojen üretim hızı arttıkça reaktör boyutu küçülür.

– Azot ve Fosfor Faktörü: Protein, nükleik asit ve enzimlerin yapısında Azot bulunduğu için gerekli bir madedir. Fazlalığı durumunda, Hidrojeni inhibe edebilir.Fosfat, hem nütrient değeri hem de tamponlama kapasitesi özelliği ile tepkime için gereklidir.

– Metal İyonu Faktörü:  Hücrenin ATP, NAD sentezinde enzim aktivitesini arttırır. Aşırı derişimlerde kullanıldığında; istenen enziminin oluşumunu engelleme, yüksek osmatik basınca sebep olabilir.

– Sıcaklık Faktörü:  Uygun aralıkta sıcaklık artışı, hidrojen üreten bakterinin yeteneğini arttırır.Fakat, çok yüksek sıcaklıklarda enzimlerin bozulma durumlarından dolayı bu yetenek azalır. Hücre ölebilir. Mezofilik aralık için en uygun sıcaklık 37 C, termofilik aralık için 55 C dir.

– Asidin Engelleyici Etkisi ve Ph Değişimi Faktörü:  Yüksek dönüşüm sonucunda yan ürünler sayesinde ortam asitleşebilir. Polar olmayan asitler düşük pH’da hücre duvarına nüfus ederek hücre içi pH’ı değiştirir. Bu da inhibisyon etkisi yaratır. Hidrojen üretimi için optimum pH 5-7 aralığındadır.

– Hidrojen Kısmi Basıncı Faktörü: Reaktör içindeki hidrojen basıncı artıkça hidrojen üretimi azalır.Hidrogenaz enzimi sıvı haldeki hidrojeni ferrodoksine çevirir.Kısmi basıncın azaltılması için; vakum uygulaması, inert gazın püskürtülmesi, güçlü karıştırma, azot ve hidrojen geçirebilen membranlar kullanılması yöntemleri uygulanabilir.

Kaynaklar:

Genç, N., Fermentatif Hidrojen Üretimi İçin Karışık Kültürden Hidrojen Üreten Aşının Hazırlanmasında Ön Arıtım Metotlarının Değerlendirilmesi, Tübav Bilim Dergisi, Cilt:3, Sayı:1, Sayfa:67-78, Yıl: 2010.
Genç, N., Atıkların Biyohidrojen Üretim Potansiyellerinin Değerlendirilmesi, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt 17, Sayı 2, Sayfa 63-77, 2011.
Emre, İ., Yarı-Kesikli Fermantasyonda Besleme Ve Havalandırma Profillerinin Optimizasyonu, Doktora Tezi, Ankara, 2007.
Fırat, G., Biyohidrojen Üretiminde Dinamik Analiz, Yüksek Lisans Tezi, Ankara, 2009.
Genç, N., Fermentatif Hidrojen Üretim Prosesinin Modellenmesi, Saü. Fen Bilimleri Dergisi, 14. Cilt, 2. Sayı, S.87-97, 2010.
 Gülşen, H. E., Kumbur, H., Koyuncu, G., Hidrojen Enerjisi, Üretim Mekanizmaları ve Çevresel Önemi, Isıtes, 1334-1342,2014
Genç, N., Biyolojik Hidrojen Üretim Prosesleri, BAÜ FBE Dergisi,Cilt:11, Sayı:2, 17-36Aralık 2009.

Görsel Kaynaklar:

http://www.automagg.com/toyotadan-hidrojen-yakit-hucreli-hibrid-geliyor/

Yardımlarından dolayı Pınar Sevinç’e teşekkür ederiz.

Send this to friend