Biyokömürleştirme ve hidrotermal karbonizasyon yöntemleri ile elde edilen ürünlerin karşılaştırılması
Comparison of biofuels produced by two different conversion methods: Torrefaction and hydrothermal carbonization
Yazar: SELİN YADİGAR GÜLTEKİN
Danışman: DOÇ. DR. MELİH SONER ÇELİKTAŞ
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Güneş Enerjisi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Biyokütle enerjisi = Biomass energy ; Sürdürülebilir enerji = Sustainable energy ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy ; Yenilenebilir enerji kaynakları = Renewable energy resources

Özet:
Pirina, Türkiye ve diğer Akdeniz ülkelerinde zeytinyağı üretimi esnasında fazla miktarlarda açığa çıkan bir yan üründür. Bu ürün daha çok doğrudan yakma yoluyla enerjiye dönüştürülmektedir. Ancak yapısal özellikleri gereği içeriğindeki nem ve uçucuların uzaklaştırılmasıyla linyit benzeri daha nitelikli bir enerji kaynağı olarak kullanılabilme potansiyeline sahiptir. Bu çalışmada pirinanın iki farklı biyokütle dönüşüm yöntemiyle biyokömür ve hidrokömür adları verilen kömür benzeri katı bir ürünlere dönüşümü ve bu ürünlerin yapısal özelliklerinin karşılaştırılması gerçekleştirilmiştir. 
Uygulanan dönüşüm yöntemleri hidrotermal karbonizasyon ve biyokömürleştirme olarak belirlenmiştir. Biyokömürleştirme denemeleri 250, 275, 300 ve 350°C sıcaklıklarda 10, 20 ve 30 dakika reaksiyon sürelerinde gerçekleştirilmiştir. Hidrotermal karbonizasyon denemeleri ise 180, 200 ve 220°C sıcaklıklarda 2, 3 ve 4 saat reaksiyon sürelerinde tamamlanmıştır. Denemeler sonucunda oluşan ürünlerin kısa analizleri, elementel analizleri yapılmış, bomba kalorimetride ise enerji içerikleri ölçülmüştür. 
Üst ısıl değeri 20,34 MJ/kg olarak ölçülen pirinanın hidrotermal karbonizasyon denemelerinden sonra elde edilen üst ısıl değerlerin 22,14 – 26,94 MJ/kg aralığında, biyokömürleştirme sonrası elde edilen değerlerin ise 20,58 – 29,41 MJ/kg aralığında olduğu hesaplanmıştır. Linyit için üst ısıl değerin 26,7 MJ/kg civarında olduğu belirtilmektedir.
Biyokömürleştirme sonucu 300 – 350 °C sıcaklıklarında elde edilen üst ısıl değerlere rağmen enerji veriminin kütle verimindeki düşüşle bağlantılı olarak çok azaldığı görülmüştür. Biyokömürleştirme denemeleri için enerji yoğunluğu 1,01 ve 1,45 aralığında değişmektedir. Hidrotermal karbonizasyon içinse 1,09 ve 1,32 aralığında ölçülmüştür.
İki proses için de enerji veriminin yaklaşık % 62 olduğu reaksiyon şartlarında, biyokömürleştirme için 275°C, 20 dakika ve hidrotermal karbonizasyon için 220°C, 2 saat, üst ısıl değerler sırasıyla 23,73 ve 25,20 MJ/kg olarak ölçülmüştür. O/C ve H/C değerleri ise linyite yakın olarak biyokömürleştirme için 0,46 ve 1,33, hidrotermal karbonizasyon için ise 0,39 ve 1,31 olarak belirlenmiştir. Daha yüksek sıcaklık ve reaksiyon sürelerinde bu oranların düştüğü ve iki ürünün de linyite yakın değerlere ulaştığı görülmüştür. Denemeler sonucu kül içerikleri incelendiğinde, hidrokömürün kül içeriğinin sıcaklıkla azaldığı; biyokömürün kül içeriğinin ise sıcaklık ve reaksiyon süreleriyle doğru orantılı olarak arttığı gözlenmiştir. 
Biyokömürleştirme ürünlerine üst ısıl değer, enerji verimi, atomik O/C ve H/C oranları açısından benzer nitelikte katı yakıtların, hidrotermal karbonizasyon yöntemi ile daha düşük sıcaklıklarda ve kurutma prosesine gerek kalmadan üretilebileceği gözlenmiştir.

Abstract:
Olive pomace is a by-product which is obtained during the process of olive oil production mostly in Mediterranean countries such as Turkey. This product is mainly eliminated by direct combustion. However, due to its organic structure, it has the potential to be a lignite-like solid biofuel. In this study, olive pomace was treated by two different biomass conversion methods and the products were compared by their structural characteristics.
The conversion methods were determined as hydrothermal carbonization and torrefaction. Torrefaction experiments were carried under the temperature values of 250, 275, 300 and 350°C; reaction times of 10, 20 and 30 minutes. The experiment conditions at the hydrothermal carbonization were performed as temperature values of 180, 200 and 220°C and with the reaction time of 2, 3 and 4 h. The proximate and elemental analyses of the products were made. The higher heating value of the raw biomass was measured as 20,34 MJ/kg. Hydrothermal carbonization products' HHV were between 22,14 – 26,94 MJ/kg and HHV of torrefaction products' were between 20,58 – 29,41 MJ/kg. HHV for lignite were calculated to be approximately 26,7 MJ/kg.  Despite the high energy contents, the energy yields dramatically decreased for higher torrefaction temperatures (300 - 350°C). Energy densities for torrefaction were calculated between 1,01 and 1,45. On ther other hand, energy densities of the hydrothermal carbonization products were measured between 1.09 and 1.32. 
The higher heating values of torrefaction at 275°C for 20 minutes and the hydrothermal carbonization at 220°C for 2 h were measured 23,73 and 25,20 MJ/kg respectively, for the same energy yield value of 62 %. Atomic O/C and H/C ratios were also obtained as 0,46 and 1,33  for the torrefaction; 0,39 and 1,31  for hydrothermal carbonization. In contrast of hydrothermal carbonization products, the ash contents of torrefied biomass increased correspondingly with the higher temperature values and reaction times.
It may be concluded that it is possible to produce chars from olive pomace through hydrothermal carbonization process with low temperature values, without a drying process and obtain hydrochars which have approximate high heating values, energy yields and atomic O/C and H/C ratios as torrefaction products.