Termal enerji depolama sistemleri için doğal kaynaklardan sürdürülebilir malzemelerin geliştirilmesi - Yiğit, Esra (My University, 2025)
21. yüzyılda enerjiye duyulan ihtiyaç yalnızca üretim-tüketim dengesine değil, aynı zamanda çevresel sürdürülebilirliğe de odaklanmayı zorunlu kılmıştır. Artan nüfus, şehirleşme ve sanayileşme ile birlikte enerji talebi katlanarak artmakta; buna karşın fosil yakıtların sınırlı rezervleri ve yol açtığı çevresel tahribat, alternatif çözümler üretmeyi kaçınılmaz kılmaktadır. Bu doğrultuda yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı her ne kadar önemli bir adım olsa da, bu kaynakların süreksiz doğası, enerjinin verimli bir şekilde depolanmasını temel bir ihtiyaç haline getirmiştir. İşte bu noktada, termal enerji depolama sistemleri (TEDS), sürdürülebilir enerji yönetiminin anahtar bileşenlerinden biri olarak öne çıkmaktadır. TEDS, yenilenebilir enerji kaynaklarının doğasında bulunan süreksizlik sorununa çözüm sunarak, enerji üretimi ve tüketimi arasındaki dengeyi sağlamada stratejik bir rol üstlenmektedir. TEDS’in enerji verimliliği, karbon salınımının azaltılması ve enerji arz güvenliğinin sağlanması gibi birçok alanda sağladığı avantajlar, bu teknolojilerin farklı sektörlerle entegrasyonunu da gündeme getirmiştir. Bu tez çalışmasında, doğal kaynaklardan elde edilen biyopolimerler kullanılarak hem biyobozunur hem de termal enerji depolama özelliği taşıyan fonksiyonel ambalaj materyallerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Sıcak gıda ve içeceklerin belirli bir sıcaklıkta muhafazasını sağlayabilecek ambalaj yapılarının oluşturulması hedeflenmiş ve bu doğrultuda faz değiştiren malzeme (FDM) teknolojisi temel alınmıştır. Mısır yağının hidroliziyle elde edilen yağ asidi amidleri, epoksi grupları ile modifiye edilerek FDM özellikli bileşenler geliştirilmiş; ayrıca, zein proteini yağ alkolleri ile işlevlendirilerek yeni bir biyo-esaslı FDM yapısı sentezlenmiştir. Bu bileşenler, polilaktik asit (PLA) matrisi içerisinde epoksi-karboksilik asit ve epoksi-amin bağları aracılığıyla kovalent olarak bağlanmış ve film formunda birleştirilmiştir. Elde edilen yapı; ısı depolama ve geri salma işlevi taşımanın yanı sıra, dinamik bağ yapısı sayesinde geri dönüştürülebilirlik özelliği de göstermektedir. Geliştirilen bu yüksek biyo-içerikli, çevre dostu PLA-Zein-FDM film yapıları, yalnızca sıcak zincir ambalaj teknolojileri için değil, aynı zamanda sürdürülebilir enerji yönetimine katkı sağlayacak nitelikte yeni nesil uygulamalara da zemin hazırlamaktadır. Faz değiştiren malzemelerin sıcaklık dalgalanmalarını dengeleme ve enerji transferini yönetme yetenekleri sayesinde hem gıda güvenliği hem de tüketici memnuniyeti artırılmaktadır. Bu tez ile, termal enerji depolama teknolojilerinin çevre dostu ambalaj sistemleriyle bütünleştirilmesi yoluyla, enerji verimliliğini destekleyen, döngüsel ekonomiye katkı sunan yenilikçi ve stratejik bir çözüm önerisi geliştirilmiştir.

In the 21st century, the demand for energy necessitates not only a balance between production and consumption but also a focus on environmental sustainability. With increasing population, urbanization, and industrialization, energy demand is rising exponentially; however, the limited reserves of fossil fuels and the environmental damage they cause make it imperative to develop alternative solutions. In this regard, while the use of renewable energy sources represents a significant step, the intermittent nature of these sources has made efficient energy storage a fundamental requirement. At this point, Thermal Energy Storage Systems (TES) emerge as key components of sustainable energy management. In this context, Thermal Energy Storage Systems play a strategic role in addressing the intermittency inherent to renewable energy sources by helping to balance energy production and consumption. The advantages of TES in areas such as energy efficiency, reduction of carbon emissions, and ensuring energy supply security have also brought forward the integration of these technologies with various sectors. This thesis aims to develop functional packaging materials that are both biodegradable and possess thermal energy storage capabilities by using biopolymers derived from natural resources. The objective is to create packaging structures that can maintain the temperature of hot food and beverages, based on phase change material (PCM) technology. Fatty acid amides obtained via the hydrolysis of corn oil were modified with epoxy groups to develop PCM-based components. Additionally, zein protein was functionalized with fatty alcohols to synthesize a novel bio-based PCM structure. These components were covalently bonded within a polylactic acid (PLA) matrix through epoxy-carboxylic acid and epoxy-amine linkages and assembled in the form of films. The resulting structure not only offers heat storage and release capabilities but also exhibits recyclability due to its dynamic bonding nature. These high bio-content, eco-friendly PLA-Zein-PCM film structures not only serve applications in thermal chain packaging technologies but also pave the way for next- generation solutions contributing to sustainable energy management. Through their ability to buffer temperature fluctuations and regulate energy transfer, phase change materials enhance both food safety and consumer satisfaction. This thesis presents an innovative and strategic solution proposal that integrates thermal energy storage technologies with environmentally friendly packaging systems, thereby supporting energy efficiency and contributing to the circular economy.
Development of sustainable materials from natural resources for thermal energy storage systems
Keywords: Besin ambalajları; biodegradable packaging; Biopolymers; Biyobozunur Ambalaj; Biyopolimerler; Faz Değiştiren Malzemeler; Faz değiştiriciler; Food containers; food packaging; Gıda Ambalaj; Heat storage; Isı depolama; phase change materials; Phase shifters; Polilaktik asit (PLA); polylactic acid (PLA); sustainable materials; Sürdürebilir Malzemeler; Termal Enerji Depolama Sistemleri; Thermal energy storage systems; Zein