Tavuk atıkları ve çam odunu talaşından elde edilen biyo-yakıtın yakılmasında katkı maddelerinin etkisinin incelenmesi
Investigation of additivation effect on combustion of biofuel derived from poultry waste and pine woodchips
Yazar: HASAN HÜSEYİN KUBAY
Danışman: DOÇ. DR. ZUHAL AKYÜREK
Burdur Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu tez çalışmasının amacı hayvansal atıklar ve orman atıklarına yeşil enerjiye dönüştürme yoluyla değer kazandırılmasıdır. Tez konusu kapsamında gerçekleştirilen çalışmalarda tavuk atıkları ve çam odunu talaşının ağırlıkça eşit oranlarda karıştırılarak hava ortamında ve oksi-yakıt yakma koşullarında yanması sırasında işletme problemlerini azaltmak, düşük partiküler madde (PM) ve baca gazı emisyonları elde etmek amacıyla çeşitli katkı maddeleri eklenmiştir. Özellikle PM emisyonlarını azaltmak için yakıt karışımına uygun katkı maddesinin belirlenmesi önem taşımaktadır. Bu nedenle çalışmanın ilk aşamasında farklı katkı maddelerinin (CaHPO4, MgCO3, MnCO3, MgPO4, Kaolin, CaO, Zn) söz konusu biyokütle karışımı üzerinde etkinliğini belirleyen ve oksijen ortamında termogravimetrik analizine dayanan bir hızlı tarama metodu kullanılmıştır. Yakıt karışımına en uygun katkı maddeleri Zn ve MgCO3 olarak belirlenmiş ve ağırlıkça %2 oranında katkı maddesi içeren biyo-yakıtların termal bozunma performansları azot ortamında, hava ortamında ve oksi-yakıt yakma koşullarında termogravimetrik analiz (TGA) yöntemi ile incelenmiştir. Katkılı biyo-yakıt karışımından elde edilen küller XRF, XRD, SEM-EDS analizleri ile incelenmiş, katkı maddelerinin kül yapısına etkisi belirlenmiştir. Biyo-yakıt karışımının yakılmasında düşük PM emisyonu sağlayan Zn ve MgCO3 katkı maddelerinin baca gazı salınımları yanma ve oksi-yakıt yanma koşullarında TGA-FTIR ile analiz edilmiştir. En yüksek emisyonun CO2 olduğu, oksi-yakıt yanma sürecinin ve yakıt karışımına katkı maddelerinin eklenmesinin CO2 emisyonlarını azaltıcı etki gösterdiği görülmüştür. Oksi-yakıt yanma koşullarında hava ortamına göre daha yüksek CO emisyonu, daha düşük NOx, SO2 ve HCl emisyonu düşük oranda meydana gelmiş ve katkı maddeleri de azaltıcı etki göstermiştir. Zn Katkılı biyo-yakıt külünün kompozisyonu ve kristal yapısı partiküler madde emisyonunu azaltıcı etkisini desteklemektedir.  Zn'nun MgCO3'a göre partiküler madde ve baca gazı emisyonları açısından daha uygun bir katkı maddesi olduğu sonucuna varılmıştır.

Anahtar kelimeler: tavuk atığı, çam odunu talaşı, birlikte yanma, katkı maddesi, yenilenebilir enerji, atık yönetimi

Abstract:
The aim of this thesis is to add value to animal waste and forestry waste by converting them into green energy. Within the scope of the thesis, various additives were added to reduce operational problems and to obtain low particulate matter (PM) and flue gas emissions during the combustion of poultry waste and pine woodchips in equal proportions by weight in air and oxy-fuel combustion conditions. It is important to determine the appropriate additive for the fuel mixture, especially to reduce PM emissions. Therefore, in the first stage of the study, a fast screening method based on thermogravimetric analysis (TGA) in oxygen environment was used to determine the effectiveness of different additives (CaHPO4, MgCO3, MnCO3, MgPO4, Kaolin, CaO, Zn) on the biomass mixture. The most suitable additives for the fuel mixture were determined as Zn and MgCO3, and the thermal degradation performances of biofuels containing 2 wt. % additives were examined by TGA method in nitrogen environment, air environment and oxy-fuel combustion conditions. Ashes obtained from the addivated biofuel mixture were examined by XRF, XRD, SEM-EDS analyses, and the effect of additives on the ash structure was determined. Flue gas emissions of Zn and MgCO3 additives, which provide low PM emissions when burning the biofuel mixture, were analyzed by TGA-FTIR under combustion and oxy-fuel combustion conditions. It has been observed that the highest emission is CO2, and the oxy-fuel combustion process and addivation have a reducing effect on CO2 emissions. Under oxy-fuel combustion conditions, higher CO, lower NOx, SO2 and HCl emissions occurred at a lower rate compared to the air environment, and additives also showed a reducing effect. The composition and crystal structure of Zn addivated biofuel ash support its reducing effect in PM emissions. It was concluded that Zn is a more suitable additive in terms of PM and flue gas emissions than MgCO3.

Keywords: poultry waste, pine woodchips, co-combustion, additive, renewable energy, waste management