Bourbon yan ürünlerini süperkapasitöre dönüştürmek

Bourbon, neredeyse tamamı (%95’i) Kentucky’de üretilen bir Amerikan yüksek alkollü ürünüdür. Kentucky’de damıtma tesislerinin sayısının artmasıyla birlikte yeni bir zorluk gün yüzüne çıktı. Sektörün en büyük zorluklarından biri de damıtma artığıdır (tahıl artığı). Üretilen her bir 1 L Bourbon için 6 ila 10 L damıtma artığı kaldığı tahmin ediliyor.¹ Günümüzde, Kentucky Üniversitesi Martin-Gotton, eyaletin en büyük ve en hızlı büyüyen sektörlerinden birini beklenmedik bir yenilenebilir enerji kaynağına dönüştürdü. Ekip, Bourbon üretiminden arta kalan bir yan ürn olan damıtma artığının sürdürülebilir bir enerji kaynağı olma potansiyelini keşfetti.² Bourbon yan ürünü elektrotlarla, benzer büyüklükteki ticari cihazlardan daha fazla enerji depolayabilen süperkapasitör ürettiler.³

Bourbon damıtma artığından karbon üretmek

Çalışmada yer alan Josiel Barrios Cossio, Amerikan viskisinin atık sorununun boyutunu gıda, enerji ve su sorunlarını incelemek amacıyla yaptığı araştırma sırasında öğrendiğini belirtiyor. Üretilen son viski hacminden çıkan damıtma artığı normalde, genellikle çiftçilere hayvan yemi veya toprak katkı maddesi olarak satılan, sulu bir karışımdır. Islakken taşınılması zordur ve kurutulması da pahalı bir işlemdir.³ Damıtma endüstrisinin hızla büyümesi, ABD sığır endüstrisinin daralmasıyla tezatlık gösteriyor. Bu da damıtma atığı üretiminin sığır yemi talebini çok aşmasına ve dolayısıyla damıtma atığı bertaraf maliyetlerinin artmasına yol açıyor. Sektör genişledikçe, damıtma atıkları katma değerli ürünlere dönüştürmenin en iyi uygulamalarını belirlemeye yönelik kritik bir ihtiyaç ortaya çıkıyor.²

Alternatif bir çözüm ise yüksek yoğunluklu basınçlı pişirmeyi andıran hidrotermal karbonizasyon adı verilen tekniği kullanarak sulu damıtma artığının doğrudan daha değerli karbon malzemelerine dönüştürülmesidir. Barrios Cossio, ”Damıtma atığının olduğu gibi, bol miktarda su içeren bir dispersiyon halinde olabilir ve bu dezavantajı avantaja çevirebiliriz.” diyor. Ekibin karbon malzemelerle ilgilenmesinin sebebi, süperkapasitörler için iyi elektrot oluşturmalarıdır. Hidrotermal karbonizasyon, bu elektrotlar için bitki bazlı bir atık kaynağı sunabilir. Daha önceki araştırmalar mısır lifleri, çavdar, buğday ve arpa gibi tarımsal ürünlerin bu tür ısıtma ile karbon malzemelere dönüşebileceğini gösterdi ancak bu işlem mısır da içermesi gereken bir tahıl karışımdan oluşan Bourbon damıtma artığı ile denenmemişti.³

Ekip, ıslak damıtma artığını 10 L’lik bir reaktörde ısı ve basınç uygulayarak ince bir siyah toza dönüştürdü. Siyah toz, sert karbon oluşturmak amacıyla potasyum hidroksit ile birlikte sıcaklığı 800 dereceye kadar çıkan bir fırında ısıtıldı. Sert karbon, grafite benzer ama karbon tabakaları daha az düzenli bir şekilde istiflenmiştir. Bu da daha fazla lityum iyonu adsorbe ederek enerji depolama kapasitesini artırmak için ideal olmasını sağlar.

Süperkapasitör performans artışlarının test edilmesi

Ekip, aktif karbon elektrotlar arasına sıvı bir elektrolit yerleştirerek çift katmanlı kapasitörler üreterek bir prototip oluşturdu. Testlerde, madeni para büyüklüğündeki süperkapasitörler, kilogram başına 48 Wh kadar enerji depolayabiliyordu ki bu da piyasada bulunan ticari ürünlerle aynı seviyede olduğunu gösteriyor.

Araştırmacılar ayrı bir deney olarak, kapasitörlerin hızlı deşarj hızlarıyla pillerin daha yüksek olarak enerji depolama kapasitesi arasında bir denge kurmak amacıyla tasarlanmış hibrit lityum iyon süperkapasitörleri de ürettiler. Bu nedenle, biri kapasitör tipi aktif karbon elektrot diğeri ise pil tipi sert karbon elektrot olan ve her ikisine de lityum iyonları aşılanmış cihazlar ürettiler. Bu damıtma artığı kaynaklı süperkapasitörler, geleneksel tiplere göre kilogram başına 25 kata kadar daha fazla enerji depolayabiliyor.

Lityum iyon kapasitörler, tek bir cihazda iki farklı elektrot kullanımı için tarımsal kaynağın kullanılmasına yeni bir örnek olarak karşımıza çıkıyor. Barrios Cossio, ”Bu atıktan hibrit cihazlar üretilebileceğini keşfetmek benim için çok büyük bir şeydi.” diyor. Ardından ekliyor, ”Hibrit cihazlar yaygın değil.Hem yaygın değiller hem de üretimi kolay değil.”³

Ticari hale getirme amacına yönelik ileriki adımlar

Araştırmacıların bir sonraki adımları, damıtma atıklarından elde edilen süperkapasitörlerin enerji depolama mekanizmalarını inceleyerek ticarileştirme için optimize etmek olacak. Amaçları, daha büyük süperkapasitör tipleri geliştirmek ve bir gün bu teknolojinin, daha fazla yenilenebilir enerji kaynağı entegre edildikçe elektrik şebekesini dengelemeye yardımcı olmasını sağlamaktır. Daha yakın süreçte ise ekip, damıtma atıklarının enerji depolama cihazlarına dönüştürülmesinin sürdürülebilirliğini değerlendirmek amacıyla yaşam döngüsünün yanı sıra ekonomik ve teknolojik fizibilite değerlendirmeleri de yapacak.³

Kaynaklar

1. Barrios Cossio, J. de J., Guzman, M., Andrews, R., Martin-Gullon, I., Darlami, S., Gomez Urbano, J. L., & Balducci, A. (2026, March 25). Bourbon whiskey waste-derived carbons for electric double layer and Lithium-Ion supercapacitors [Conference presentation]. ACS Spring 2026, Atlanta, GA, United States. American Chemical Society.
2. Hockensmith, D., Crofcheck, C., & Barzee, T. J. (2024). Impacts of material characteristics on the anaerobic digestion kinetics and biomethane potential of American bourbon and whiskey stillage. Journal of Environmental Management, 367, Article 121975.
3. American Chemical Society. (2026, Mart 25). From stillage to storage: Turning bourbon byproducts into supercapacitors. Tech Xplore.