Biyokütlenin süperkritik su ortamında gazlaştırılmasıyla hidrojen üretimi ve termodinamik modellenmesi
Hydrogen production from supercritical water gasification of biomass and thermodynamic modeling
Yazar: ELİF DEMİREL
Danışman: PROF. DR. NEZİHE AYAS
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Hidrojen enerjisi = Hydrogen energy ; Matematiksel modelleme = Mathematical modelling ; Yenilenebilir enerji kaynakları = Renewable energy resources

Özet:
Bu çalışmada, meyve suyu fabrikasının atığı olan meyve posasının süperkritik su ortamında gazlaştırılması (SKSG) ile hidrojen üretimi için en uygun reaksiyon parametreleri deneysel ve sayısal olarak araştırılmıştır. Reaksiyon parametrelerinden sıcaklık (400-600°C), süre (0-180 dk), biyokütle:su oranı (%2,5-10,0), katalizör oranı (%0-70) ve tipinin (KOH, K2CO3 ve Ru/C) elde edilen gaz, sıvı ve katı ürünlerin miktar ve bileşimine olan etkileri belirlenmiştir. Ayrıca, SKSG süreci için bir termodinamik model önerilmiş olup farklı sıcaklık ve biyokütle oranları için elde edilen sayısal sonuçlar deneysel sonuçlarla karşılaştırılarak model doğrulanmıştır.
Sıcaklık arttıkça gazlaştırma etkinliği ve gaz ürün içerisindeki H2 miktarının arttığı, biyokütle oranı ile önemli ölçüde azaldığı belirlenmiştir. 600°C, 30 dk reaksiyon süresi, %2,5 biyokütle oranı ve %10 KOH varlığında elde edilen H2 miktarı 32,1 mol/kg biyokütle; 600°C, 60 dk reaksiyon süresi, %2,5 biyokütle oranı ve %20 K2CO3 oranında elde edilen H2 miktarı 29,4 mol/kg biyokütle ve 600°C, 30 dk, reaksiyon süresi, %2,5 biyokütle oranı ve %30 Ru/C varlığında elde edilen H2 miktarı ise 54,8 mol/kg biyokütle olarak belirlenmiştir. Maksimum gaz ürün verimi (%150,8), karbon gazlaştırma etkinliği (%88,1) ve hidrojen gazlaştırma etkinliğine (%213,5) Ru/C katalizörü varlığında ulaşılmıştır. 
Termodinamik model ile elde edilen sayısal sonuçlarda dengedeki temel bileşenler H2, CO2, CH4 ve CO olarak tespit edilmiş olup model sonuçlarının deneysel sonuçlarla uyum içerisinde olduğu belirlenmiştir. 

Anahtar Kelimeler: Biyokütle, meyve posası, gazlaştırma, süperkritik su,  hidrojen

Abstract:
In this study, suitable reaction parameters were investigated for hydrogen production by supercritical water gasification (SCWG) of fruit pulp, which is a by-product of a fruit juice factory. For that purpose, the effects of reaction parameters such as temperature (400-600°C), time (0-180 min), biomass:water ratio (2.5-10.0%), catalyst ratio (0-70%) and type (KOH, K2CO3 ve Ru/C) on the yields of gas, liquid and solid products as well as their compositions were determined. Furthermore, a thermodynamic model was proposed for SCWG and the numerical results were validated with the experimental data for varying temperature and biomass ratio. 
Gasification efficiency and H2 amount in the gas mixture increased with temperature and decreased considerably with increasing biomass ratio. H2 amount was determined as 32.1 mol/kg biomass at 600°C, 30 min. reaction time, 2.5% biomass ratio and 10% KOH while it was 29.4 mol/kg biomass at 600°C, 60 min. reaction time, 2.5% biomass ratio and 20% K2CO3 and it was found to be 54.8 mol/kg biomass at 600°C, 30 min., reaction time, 2.5% biomass ratio and 30% Ru/C. Maximum gas product yield (150.8%), carbon gasification efficiency (88.1%) and hydrogen gasification efficiency (213.5%) were reached in the case of Ru/C. 
According to the thermodynamic model, the main gas compounds found in equilibrium condition was determined as H2, CO2, CH4 and CO. The numerical results of the model reasonably agree with the experimental data. 

Keywords: Biomass, fruit pulp, gasification, supercritical water, hydrogen