Çay fabrikası atıklarının hidrojen üretimi ve enerji depolanmasında çok yönlü kullanımının araştırılması
Investigation of the versatile use of tea factory wastes in hydrogen production and energy storage
Yazar: SALİHA ÖZARSLAN
Danışman: PROF. DR. SEBAHATTİN ÜNALAN ; DOÇ. DR. MUSTAFA KAYA
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışması, çay fabrikası atıklarından (ÇFA) asit, baz ve metal ile muamele edilmiş katalizörler üretilmesini, bu katalizörlerin sodyum bor hidrürün (NaBH4) metanolizi yoluyla hidrojen üretiminde ve süper kapasitör elektrot malzemesi olarak kullanılmasını kapsar. Katalizör üretimi için çeşitli asit (HCOOH, HCl ve CH3COOH), baz (NH4Cl, KOH ve NaOH) ve metal (KNO3, EDTA, CoCl26H2O, MgCl2, N2NiO66H2O ve CuSO45H2O) kimyasal maddeler kullanılmıştır. En yüksek hidrojen üretim performansına ulaşmak için farklı konsantrasyonlarda, farklı karbonizasyon sıcaklıklarında, farklı karbonizasyon sürelerinde ve deney ortamı sıcaklıklarında parametrik deneyler yapılmıştır. En yüksek performansı CH3COOH, NaOH ve CuSO45H2O sergilemiştir. Tüm parametreler açısından en iyi hidrojen üretimini veren katalizörlerin ve saf ÇFA'nın karakterizasyonları FTIR, SEM-EDX ve XRD analizleri kullanılarak yapılmıştır.  Değişik parametreler açısından en yüksek hidrojen üretimini veren katalizörler, bir enerji depolama aracı olan süper kapasitörlerin üretimi için elektrot malzemesi olarak kullanılmıştır. Elektrotların elektrokimyasal performansları 6 M potasyum hidroksit (KOH) elektrolit çözeltisi kullanılarak üç elektrotlu alüminyum hücre sisteminde ölçülmüştür. CV, EIS ve GCD diyagramları üzerinden performans değerlendirmesi yapılmıştır. Elde edilen sonuçların, biyokütle kaynağının hem yenilenebilir enerji üretiminde hem de enerji depolama alanında kullanılması bakımından çok yönlü ve yeni çalışmalara yol gösterici nitelikte olduğu düşünülmektedir.

Anahtar Kelimeler: Çay fabrikası atıkları, Hidrojen üretimi, Katalizör, Elektrot, Süper kapasitör, Enerji depolama

Abstract:
This thesis study covers the production of acid, base and metal-treated catalysts from tea factory wastes (TFW), the use of these catalysts in hydrogen production through the methanolysis of sodium borohydride (NaBH4) and as supercapacitor electrode material. Various acid (HCOOH, HCl and CH3COOH), base (NH4Cl, KOH and NaOH) and metal (KNO3, EDTA, CoCl26H2O, MgCl2, N2NiO66H2O and CuSO45H2O) chemicals were used for catalyst production. In order to achieve the highest hydrogen production performance, parametric experiments were carried out at different concentrations, different carbonization temperatures, different carbonization times and experimental ambient temperatures. The highest performance was demonstrated by CH3COOH, NaOH and CuSO45H2O. The characterizations of the catalysts and pure TFW giving the best hydrogen production in terms of all parameters were performed using FTIR, SEM-EDX and XRD analyses. Catalysts, which give the highest hydrogen production in terms of different parameters, have been used as electrode materials for the production of supercapacitors, which is an energy storage tool. Electrochemical performances of the electrodes were measured in a three-electrode aluminum cell system using 6 M potassium hydroxide (KOH) electrolyte solution. Performance evaluation was made on CV, EIS and GCD diagrams. It is thought that the results obtained are versatile and guiding new studies in terms of the use of biomass source in both renewable energy production and energy storage.

Keywords: Tea factory waste, Hydrogen production, Catalyst, Electrode, Super capacitor, Energy storage