İki adımlı fermantasyon ile atık pirinçten biyobütanol üretimi ve ekonomik analizi

Abstract

Gıda atıklarından biyoyakıt üretimi, Birleşmiş Milletler (BM) tarafından hedef gösterilen 2050 yılına kadar net sıfır karbon salınımı amacıyla CO2 emisyonlarını azaltarak gelecekteki düşük karbon toplumuna katkıda bulunmak için umut verici yaklaşımlardan biridir. Biyobütanol üretimi biyolojik yöntem olan aseton-bütanoletanol (ABE) fermantasyonu ile gerçekleştirilmektedir, Clostridium’un anaerobik doğası ve kullanılan ham maddelerin ihtiyaç duyduğu ön işlemler sebebiyle enzim ve anaerobik ortam oluşturma gibi ekstra operasyonel maliyetler ortaya çıkmaktadır. Bu çalışmada, atık pirinçten iki adımlı fermantasyon ile biyobütanol üretilmiştir. ABE fermantasyonundan önce pirincin sakkarifikasyonu, yukarıda belirtilen enzim maliyeti sınırlamalarını aşmak için katı-hal fermantasyonu ile Aspergillus oryzae kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, literatürde ilk kez aerotolerant özellikli yabani tip C. acetobutylicum YM1 suşu ile aerobik ve steril olmayan şartlarda ABE fermantasyonu gerçekleştirilmiş ve operasyonel maliyetler düşürülmüştür. Fermantasyon sonuçları ve temel varsayımlar, iki adımlı biyolojik süreçlerle

endüstriyel ölçekli bir ABE üretim tesisi için SuperPro Designer®'a uyarlanmıştır. Enzim ve azot maliyetini ortadan kaldırmanın yanı sıra, bütanol üretim maliyetinin daha da düşürülmesi için proses artıklarından buhar, güç üretimi ve ısı entegrasyonu gibi diğer stratejiler uygulanmıştır. Hem deneysel fermantasyon hem de yazılım simülasyonu sonuçları, enzimatik sakkarifikasyon yerine katı-hal fermantasyonunun uygulanması ve aerobik koşullar altında ABE fermantasyonunun gerçekleştirilmesinin, bütanolün birim fiyatında umut verici bir düşüşle sonuçlandığını göstermektedir. Ayrıca, net bugünkü değer, geri ödeme süresi, iç karlılık oranı gibi bir işletmenin karlılık analizi için gerekli temel ekonomik kavramlar hesaplanmıştır. Son olarak, ABE tesisinin dalgalı biyoyakıt piyasa fiyatları ve çevresel koşullara karşı karlılığını göstermek için hammadde fiyatına, iskonto oranına ve kredi faiz oranına karşılık birleşik duyarlılık analizi gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, endüstriyel ölçekte iki adımlı bir fermantasyon tesisinin nişasta bazlı atıkların bütanol üretiminde verimli bir şekilde değerlendirilmesi için umut verici bir yaklaşım olduğunu göstermiştir.