Mikrodalga metodu ile tarımsal atıktaki lignoselülozik yapının parçalanması

Abstract

Gelişen dünya ile artan enerji talebi, insanları yeni enerji kaynaklarının arayışına yöneltmiştir. Yenilebilir enerji, geri dönüşümlü ve sürekli olmasıyla yeni enerji kaynakları arasında öne çıkmaktadır. Gelişmekte olan bir ülke konumundaki ve fosil kaynaklı enerji rezervleri de kısıtlı durumdaki Türkiye'nin enerji talebi gün geçtikçe artmaktadır. Dolayısıyla Türkiye için yeni enerji kaynakları ile ilgili araştırmalar daha da önem taşımaktadır. Bu çalışmada, Türkiye'nin tarım potansiyelinden yola çıkılarak, tarımsal faaliyetler sonucu oluşan sap, saman vb. atıklarının enerji kaynağı olarak değerlendirilmesi düşünüldü. Bu amaçla üretimi buğdaydan sonra en yaygın hububat olan arpanın samanı seçilerek çalışmalar yürütüldü. Arpa samanı, lignin ve selüloz içeriğinden dolayı yüksek miktarda şeker birimleri içerir. Ancak lignoselülozik yapı içinde saklı olan şekerin ortaya çıkmasını kolaylaştırmak için belirli ön işlemler gereklidir. Bu çalışmada fizikokimyasal ön işlem olarak, mikrodalga ve mikrodalga/kimyasal (NaOH, H2O2, H2SO4) uygulaması yapıldı. Arpa samanı talaşının mikrodalga ışınım etkisi ile şeker açığa çıkarması, farklı mikrodalga güçleri (100, 200, 300, 500, 600, 800, 900W) ve farklı işlem süreleri (0.5, 2.5, 5, 10, 15, 20 dakika) denenerek araştırıldı. Diğer taraftan, mikrodalga-kimyasal uygulamasında ise farklı konsantrasyonlardaki farklı kimyasal çözeltilerin (%1-%3-%5 NaOH; %2.5 H2O2; %1-%2-%3 H2SO4 çözeltileri)lignoselülozik yapıyı parçalamadaki başarısı araştırıldı. İşlem sonrasında arpa samanında oluşan yapısal değişimler SEM, XRD ve FTIR taramalarıyla belirlendi. Sonuç olarak; 2.5 dakika, 300 Watt mikrodalga gücünde ve %3 NaOH (w/v, 1:30) çözeltisi uygulandığında, arpa samanından en yüksek toplam şeker açığa çıkarma potansiyelinin elde edildiği gözlendi.

The increased energy request of the developing world directed human beings for searching new energy sources. Due to its recyclable and continual properties, renewable energy searches are always set forward to other new energy sources. The energy need of Turkey, which is a developing country and have limited fossil energy sources, raises day by day. By this occasion, investigations focusing on new energy sources are more valuable for Turkey. By taking into consideration of Turkey?s agriculture potential, possible usage of the agricultural by-products like stack and straw as an energy source was desired in this study. Barley straw was selected in our experiments because it is the most common cereals in Turkey after wheat. Due to its lignin and cellulose content, barley straw has rich sugar units. But certain pretreatments are needed to help exposing the hidden sugar in lignocellulosic structure. In this study, we used microwave and microwave/chemical (NaOH, H2O2, H2SO4) applications as physico-chemical pretreatments. The sugar exposing potential of barley straw shavings by microwave irradiation was tested by different microwave powers (100, 200, 300, 500, 600, 800, 900W), and by different exposing times (0.5, 2.5, 5, 10, 15, 20 minutes). On the other hand, during microwave-chemical applications, the effect of different chemical solutions in different concentrations (1%-3%-5% NaOH; 2.5% H2O2 and 1%-2%-3% H2SO4 solutions) were also analyzed. The structural changes occurred in barley straw shavings after pretreatments were determined with SEM, XRD and FTIR scanning. In conclusion, it was observed that the maximum total sugar exposing potential from barley straw was obtained by using 300 W microwave power with 3% NaOH solution (w/v, 1:30) for 2.5 minutes.