Assessment of the renewability of black, instant and ice tea production and waste valorization processes

Abstract

Bu çalışmada, Türkiye'deki siyah çay üretimi `tarladan çatala` yaklaşımı ile endüstriyel boyutta, instant ve soğuk çay üretimi ise pilot ölçekli olarak enerji, ekserji ve karbondioksit (CO2) salınımları açısından incelenmiştir. Siyah çay üretimi için enerji ve ekserji tüketimleri, literatürle uygunluk gösterir şekilde 12,748 and 45,532 MJ/t siyah çay olarak hesaplanmıştır. `Tarladan çatala` yaklaşımı ile hesaplanan CO2 salınımı ise 1,732 kg/t siyah çaydır. Tüm süreç değerlendirildiğinde, yüzde 70 enerji, yüzde 86 ekserji ve yüzde 72 CO2 salınımı ile siyah çayın fabrikada işlenmesi en çok enerji harcanan basamak olarak belirlenmiştir. En çok enerji ve ekserji sırası ile kurutma, soldurma ve paketleme basamaklarında harcanmaktadır. Kurutma basamağında harcanan ekserji 22,424 MJ/t siyah çay olup, toplamın yüzde 52'sine denk gelmektedir. Soldurmada kullanılan ısıtma ünitesi ekserji kaybında ilk sırada iken (2,542 MJ/t siyah çay), kurutmada kullanılan ısıtma ünitesi ise ikinci sırada gelmektedir (318 MJ/t siyah çay).İnstant ve soğuk çayın, tarladan paketlenen ürün dahil enerji ve ekserji tüketimleri sırası ile 1,431 MJ/kg ve 3,987 MJ/kg of instant çay ve 3,571 MJ/kg ve 4,464 MJ/kg of soğuk çay olarak hesaplanmıştır. Toplam CO2 salınımları ise 140 kg/ kg of instant çay ve 267 kg/ kg of soğuk çay olarak hesaplanmıştır. Ekstraksiyon aşamasında açığa çıkan atık çayın katma değerli ürünlere (aktif karbon, hidrojen ve adsorban) dönüştürülmesi de çalışma kapsamında değerlendirilmiştir. Atık çaydan; aktif karbon ve adsorban üretebilmek için gereken enerji ve ekserji sırasıyla 59.8 MJ/kg atık çay, 249.5 MJ/kg atık çay ve 3.7 MJ/kg atık çay, 15.2 MJ/kg atık çay olarak hesaplanmıştır. Instant çayın içime hazır hale getirilmesi en çok enerji tüketen ürün iken, demleme çay en az enerji tüketen ürün olarak bulunmuştur. Ürünlerin yenilenebilirlik değerleri ve toplam mükkemmeliyet dereceleri, incelenen tüm proseslerin yenilenebilir olmadığını göstermektedir.

Energy and exergy utilization, carbon dioxide (CO2) emission and exergy destruction were calculated for the `orchard to the retail market` industrial production of the black tea in Turkey and pilot scale production of the instant and ice tea. Energy and exergy utilization was 12,748 and 45,532 MJ/t of black tea produced, being consistent with the results given in the literature. The total amount of the CO2 emission in the entire process was 1,732 kg/t of black tea. In the entire black tea process, 70 per cent of the total energy and 86 per cent of the total exergy utilization was allocated to the processing of the tea, which also accounted for 72 per cent of the total amount of the carbon dioxide emission. The largest amounts of energy and exergy were used in the drying, withering and packaging stages of the processes, respectively. The total exergy utilized in drying process was 22,424 MJ/t, corresponding to 52 per cent of the total exergy utilization. HVAC units employed in withering were causing the largest exergy destruction, 2,542 MJ/t of black tea, followed by 318 MJ/t of black tea of exergy destruction during drying.Energy and exergy utilization from agriculture to packaging were 1,431 MJ/kg and 3,987 MJ/kg of instant tea and 3,571 MJ/kg and 4,464 MJ/kg of ice tea, respectively. The total amount of the CO2 emission in the entire process was 140 kg/ kg of instant tea and 267 kg/ kg of ice tea. Waste from the extraction step was analyzed further for potential conversion into value added products - activated carbon, hydrogen and adsorbent. Energy and exergy requirement for the activated carbon production from tea waste was 59.8 MJ/kg and 249.5 MJ/kg of waste tea and for the adsorbent production 3.7 MJ/kg and 15.2 MJ/kg of waste tea, respectively. Instant tea production was the most and the brewed tea was the least energy and exergy utilizing process among all the cases studied. The cumulative degree of perfection (CDP) and renewability indicator of the products showed that all of these processes were nonrenewable.