Biohydrogen production by immobilized purple non-sulfur bacteria
İmmobilize mor kükürtsüz bakteriler ile biyohidrojen üretimi
- Tez No: 489453
- Danışmanlar: PROF. DR. AYŞE MERAL YÜCEL, YRD. DOÇ. DR. HARUN KOKU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mikrobiyoloji, Biyoteknoloji, Biyokimya, Microbiology, Biotechnology, Biochemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyokimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Mor kükürtsüz bakteriler ile biyolojik hidrojen üretimi büyük ölçekte, dış ortamda doğal şartlarda, çeşitli yenilenebilir kaynaklardan hidrojen üretim sistemi oluşturmak için çarpıcı bir yoldur. Bu çalışmada, biyolojik hidrojen üretimi, agara immobilize (hareketsiz) mor kükürtsüz bakteriler tarafından iç ve dış mekanlarda gerçekleştirilmiştir. Yeni bir fotobiyoreaktör (1.4 L hacim) tasarlanıp ardışık seri mod ile 20 ila 64 gün süreyle sürekli olarak uzun süreli hidrojen üretimi için agar-immobilize Rhodobacter capsulatus YO3 kullanılarak çalıştırıldı. İmmobilize panel fotobiyoreaktör, pilot-ölçek öncesinde hidrojen üretiminin fizibilitesini göstermek için doğal dış ortamda da kullanıldı. Deneyler, 2016 yılı Mayıs ve Haziran ayları arasında Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara, Türkiye'de gerçekleştirilmiştir. Başlangıç sükroz konsantrasyonunu yükseltmenin hidrojen üretimi, verimi ve üretkeliği üzerine etkileri, uzun vadeli bir hidrojen üretimi için incelenmiştir. Uzun süreli hidrojen üretimi, sükroz veya şeker pancarı pekmezi üzerinde agar (% 4 w/v) immobilize Rhodobacter capsulatus YO3 ile gerçekleştirildi. En yüksek hidrojen verimi ve hidrojen üretkenliği, 5 mM sükroz üzerinde kapalı ortamda 19 mol H2/mol sukroz ve 0.73 mmol H2 L-1h-1 olarak elde edildi. Başlangıç sükroz konsantrasyonunun hidrojen üretimi üzerindeki etkileri de araştırılmıştır. En yüksek hidrojen verimi ve üretkenlik sırasıyla 10 mM sükroz üzerinde 6.1 ± 0.2 mol H2/mol sukroz ve 0.87 ± 0.06 mmol H2 L-l h-1 idi. Ayrıca, en yüksek hidrojen verimi (9.1 mol H2/mol sukroz) ve üretkenlik (0.64 mmol H2 L-1h-1) şeker pancarı melası kullanılarak kapalı ortam koşullarında elde edilmiştir. En yüksek hidrojen üretkenliği 0.79±0.04 mmol H2 L-1 h-1 ve verimi 5.2±0.4 mol H2/mol sucrose olarak dış ortamda elde edildi. Bu çalışmada, immobilize sistemin, değişen sıcaklık ve güneş enerjisi altında bile uzun süreli bir hidrojen üretimi için uygulanabilir olduğu gösterildi. Immobilize sistem aynı zamanda işlem sırasında sükroz kullanımıyla ani pH düşüşlerini de önledi. Bu çalışmanın son kısmı olarak hidrojen üretimi glukoz kullanılarak, Montreal Üniversitesi Kanada'da gerçekleştirildi. Bu amaçla, mikroaerobik karanlık fermantasyon glikozdan hidrojen üretimini göstermek arttırmak için kullanıldı. Bu nedenle, R. capsulatus JP91 ve R. palustris CGA009'un immobilize (hareketsiz) kültürleri tekli ve ardışık karanlık ve fotofermentatif işlemlerde kullanılmıştır. Box-Behnken tasarımı ile tepki yüzeyi metodolojisi, glikoz, inokulum ve oksijen konsantrasyonları gibi anahtar parametreleri optimize etmek için kullanıldı. En yüksek hidrojen verimi ve üretkenliği sırasıyla 7.8 mol H2/mol glikoz ve 0.15 mmol H2 L-1h-1 olarak R. capsulatus JP91 ile elde edildi. Bu sonuçlar, hareketsiz mor kükürtsüz bakterilerin biyolojik hidrojen üretiminin, özellikle büyük ölçekli açık doğal koşullar için umut vaat ettiğini gösterdi.
Özet (Çeviri)
Biological hydrogen production by purple non-sulfur bacteria is an attractive route to build a large scale hydrogen production system in outdoor natural conditions from various renewable sources. In this study, biological hydrogen production was carried out by agar immobilized purple non-sulfur bacteria in indoor and outdoor conditions. A novel photobioreactor (1.4 L volume) was built and operated continuously for 20 to 64 days in sequential batch mode for long-term hydrogen production using agar-immobilized Rhodobacter capsulatus YO3. The immobilized panel photobioreactor was also operated under natural outdoor conditions to show the feasibility of hydrogen production on a pre-pilot scale. The experiments were carried out in Middle East Technical University, Ankara, Turkey between May and June, 2016. The effects of initial sucrose concentration on hydrogen production, productivity and yield were examined in a long-term operation. Long-term hydrogen production was realized either on sucrose or sugar beet molasses by agar (4% w/v) immobilized Rhodobacter capsulatus YO3. The highest hydrogen yield and hydrogen productivity obtained were 19 mol H2/mol sucrose and 0.73 mmol H2 L-1h-1 in indoors on 5 mM initial sucrose. The effects of higher initial sucrose concentration on hydrogen production were also investigated. The highest hydrogen yield and productivity were 6.1 ± 0.2 mol H2/mol sucrose and 0.87 ± 0.06 mmol H2 L-1h-1, respectively on 10 mM sucrose. The highest hydrogen yield (9.1mol H2/mol sucrose) and productivity (0.64 mmol H2 L-1h-1) were obtained by using sugar beet molasses in indoor conditions. The highest productivity of 0.79±0.04 mmol H2 L-1 h-1 and yield of 5.2±0.4 mol H2/mol sucrose were obtained in outdoors. The present study demonstrated that the immobilized system is feasible for long-term hydrogen production even under varying temperature and illumination. The immobilized system also prevented sudden pH drops by sucrose utilization during the process. Hydrogen production from glucose was carried out as the last part of the study, which was carried out in University of Montreal, Canada. For this purpose, microaerobic dark fermentation was employed to demonstrate and enhance hydrogen production from glucose. Therefore, immobilized cultures of R. capsulatus JP91 and R. palustris CGA009 have been used in single and sequential dark and photofermentative processes. Response surface methodology with the Box-Behnken design was employed to optimize the key parameters such as glucose, inoculum and oxygen concentrations. The highest hydrogen yield and productivity obtained were 7.8 mol H2/mol glucose and 0.15 mmol H2 L-1h-1, respectively by R. capsulatus JP91. These results indicated that biohydrogen production by immobilized purple non-sulfur bacteria is promising particularly for large-scale outdoor natural conditions.
Benzer Tezler
- Photoelectrochemical hydrogen production by using bacteriorhodopsin immobilized in polyacrylamide gel
Poliakrilamit jele tutuklanan bakteriorhodopsin kullanarak foto elektro kimyasal yöntemle hidrojen gazı üretimi
EL-BASTİHİ TAREK
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
BiyolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MERAL YÜCEL
- Photoelectrochemical hydrogen production by using halobacterium halobium
Halobacterium halobium kullanarak fotoelektrokimyasal yöntemle hidrojen gazı üretimi
VEDAT SEDİROĞLU
Doktora
İngilizce
1997
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İNCİ EROĞLU
- Immobilize edilmiş nitzchia sp. ile biyohidrogen üretiminde ışık dalga boyuna bağlı değişiminin incelenmesi
Investigation of light wavelength dependence of biohydrogen production by immobilized nitzchia sp.
YUSUF ELMI OMAR
- Biohydrogen production from hydrolized waste wheat by continuous dark fermentation process containing novel support material
Hidrolize atık buğdaydan yeni bir destek taneciği kullanılarak sürekli işletilen karanlık fermentasyon süreci ile biyohidrojen üretimi
FİRUZE KARAOSMANOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Çevre MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLGİ KAPDAN
- Karanlık ve foto-fermantasyon yöntemleri kullanılarak ardışık immobilize biyoreaktörlerde hidrojen üretiminin incelenmesi
Assesment of hydrogen production in sequential immobilized bioreactors by dark and photo-fermentation
TUĞBA KESKİN GÜNDOĞDU
