Atık biyokütlelerden elde edilen karbon aerojellerin enerji depolama malzemesi olarak kullanım potansiyelinin belirlenmesi
Determination of the use potential of carbon aerogels from waste biomasses as energy storage material
Yazar: HİCRET TAVUSBAY
Danışman: PROF. DR. AYSUN ÖZKAN
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Biyokütle = Biomass ; Enerji depolama = Energy storage ; Karbon aerojel = Carbon airgel ; Piroliz = Pyrolysis

Özet:
Karbonlu malzemeler gözenek yapıları ve elektriksel iletkenliklerinin uygun olmasından dolayı enerji depolama ve dönüştürme sistemlerinde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Doğal biyokütleden üretilen karbonlu malzemeler, geniş ve sürdürülebilir kaynakları ve düşük maliyetleri nedeniyle büyük ilgi görmektedir. Selüloz bazlı biyokütle atıklarından elde edilen karbon aerojeller, elektriksel ve termal özelliklerinin iyi olması, makro-mikro gözeneklere sahip olması ve yapısal özelliklerinin kontrol edilebilmesi nedeniyle pek çok alanda kullanılmaktadır. Bu tezde, bir atık biyokütle türü olan atık nar kabuklarından, karbon aerojel üretilmiş ve karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir.
Çalışmada; karbon aerojellerin üretimi için iki farklı yöntem kullanılmıştır. İlk yöntemde dondurarak kurutmanın ardından piroliz ile karbon aerojel üretilmiş, ikinci yöntemde birinci yönteme ek alarak hidrotermal karbonizasyon yöntemi kullanılmıştır. Her iki yöntemde de piroliz sıcaklıkları 400-600-800 °C ve ısıtma hızı 5 °C/dk seçilerek deneysel çalışmalar yapılmıştır. Son aşamada ise, üretilen karbon aerojellerin yoğunluk tayini, elementel analiz, FT-IR, Raman, TGA, DSC, XRD ve SEM analizleri ile ürünlerin karakterizasyonları yapılmıştır. Buna paralel olarak yapılan iki yöntem karşılaştırılmış ve yapısal özelliği en iyi olan karbon aerojeller tespit edilmeye çalışılmıştır. Hidrotermal karbonizasyon ile elde edilen karbon aerojellerin yapısal özelliklerinin daha üstün olduğu ve daha kararlı karbon yapılarına sahip olduğu yapılan karakterizasyon çalışmaları ile belirlenmiştir. Karbon aerojellerin sentezi ve enerji depolama alanında kullanılabilirliği için hidrotermal karbonizasyon prosesi kullanımının biyokütlenin kütle ve enerji değerini yükselttiği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Carbonaceous materials are widely used in energy storage and conversion systems due to their porous structure and electrical conductivity. Carbonaceous materials produced from natural biomass are of great interest due to their extensive and sustainable resources and low cost. Carbon aerogels, which are aimed to be obtained from cellulose-based biomass wastes, have many areas of use due to their good electrical and thermal properties, their macro-micropores and their controllable structural properties. From this point of view, carbon airgel was produced from waste pomegranate peels, which is a type of waste biomass, and its characterizations were carried out.
In the study; Two different methods were used for the production of carbon aerogels. In the first method, carbon airgel was produced by pyrolysis after freeze-drying. In the second method, the hydrothermal carbonization method was used in addition to the first method. In both methods, experimental studies were carried out by choosing pyrolysis temperatures of 400-600-800 °C and heating rate of 5 °C/min. At the last stage, the density determination of the produced carbon aerogels, elemental analysis, FT-IR, Raman, TGA, DSC, XRD and SEM analyzes and characterization of the products were made. In parallel, the two methods were compared and the carbon aerogels with the best structural properties were tried to be determined. It has been determined by characterization studies that the structural properties of carbon aerogels obtained by hydrothermal carbonization are superior and have more stable carbon structures. As a result, the hydrothermal carbonization process increases the mass and energy value of biomass for the synthesis of carbon aerogels and their use in energy storage.