Pirolitik Prosesin Biyokütlenin Yapısal Özelliklerine Ve Fonksiyonel Grup Dağılımına Etkisi

Abstract

Ülkemizin artan enerji ihtiyacını karşılayabilmek için yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı giderek önem kazanmaktadır ve yenilenebilir enerji kaynaklarımız içerisinde biyokütle önemli bir potansiyele sahiptir. Biyokütle, fosil yakıtlarla kıyaslandığında daha düşük enerji yoğunluğuna sahiptir. Bu nedenle, biyokütleden enerji üretebilmek amacıyla uygun proseslerin seçimi (piroliz, gazlaştırma, sıvılaştırma, yakma) önemlidir. Holoselüloz, lignin, ekstraktif maddeler, biyokütlenin ana bileşenleri olmakla birlikte, biyokütlede farklı oranlarda ve türlerde bulunur. Bu maddelerin termal dönüşüm proseslerindeki davranımları farklıdır. Bu çalışmada, biyokütlenin yapısal bileşenlerinin pirolitik şartlardaki termal davranımı ve fonksiyonel grup dağılımları incelenmiştir. Biyokütle numunesi olarak, tarımsal atık (ayçiçeği sapı ve tablası), endüstriyel atık (kayısı çekirdeği), ve enerji ormancılığında kullanılan ağaç türü (melez kavak) seçilmiştir. Biyokütle numunelerinin alkol-benzen ekstraksiyonu ile ekstraktif maddeleri giderildikten sonra holoselüloz ve lignin ayrı ayrı izole edilmiştir. Biyokütle ve yapısal bileşenlerine kısa analiz, ısıl değer, termal analizler (TG, DTG, DTA, DSC), amorf ve kristal yapıların tayini için XRD analizleri, inorganik yapıların tayini için ise XRF analizleri gerçekleştirilmiştir. Biyokütle numunelerinin ve yapısal bileşenlerinin inert atmosferde gerçekleştirilen termal analizlerinden elde edilen DTG eğrilerinden uçucu maddelerin çıkmaya başladığı, uçucu madde çıkışının maksimum olduğu, sonlandığı ve ağırlık kaybının sabitlendiği karakteristik sıcaklıklar belirlenmiştir. Biyokütle ve yapısal bileşenlerinden azot atmosferinde 10oC/dak. ısıtma hızıyla belirlenen sıcaklıklarda yatay boru fırında yarıkoklar üretilmiş ve fonksiyonel grup dağılımlarını belirlemek amacıyla FTIR analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca; üretilen yarıkokların fiziksel ve yapısal özelliklerinin incelenmesi amacıyla BET ve SEM teknikleri de uygulanmıştır.

The use of renewable energy sources to meet the growing energy needs of our country become increasingly important. Biomass has a considerable potential in our renewable energy sources. Biomass has a low energy intension when it is compared to fossil fuels. Therefore, it is important to choose appropriate thermal processes (pyrolysis, gasification, liquefaction, combustion) in order to generate energy from biomass. Holocellulose, lignin and extractive compounds are the major constituents of biomass which are present in different ratios and different species. Also, they have different thermal behaviours in thermal processes. In this study, under pyrolytic conditions, the thermal behaviours and the functional group distributions of structural components of biomass were investigated. Agricultural crop (sunflower stalk and stover), industrial waste (apricot stone) and energy forestry biomass (hybrid poplar) were used as biomass samples. Holocellulose and lignin were isolated from samples seperately, after the extractive matter removal by alcohol-benzene extraction. Proximate analysis, calorific value analysis, thermal analyses (TG, DTG, DTA, DSC), XRD analyses for detecting crystallinity and amorph structures, XRF analyses for detecting inorganic species of biomass samples and their structural components were performed. The characteristic pyrolysis temperatures as the beginning of the volatile matter release, the maximum volatile matter release, the end of the volatile matter realease, and the end of the weight loss temperatures were determined from DTG curves of thermal analysis, which was performed under inert atmosphere. The biochars were produced at the determined temperatures under nitrogen atmosphere with a heating rate 10oC/min in horizontal tube furnace. FTIR analyses were performed to investigate the functional group distribution of produced biochars. In addition, BET and SEM analyses were performed to investigate the physical and structural features of produced biochars.