Fındık zurufu, mısır ve ayçiçeği saplarının katı biyoyakıt olarak değerlendirilebilme olanaklarının araştırılması
Investigating the utilization possibilty of hazelnut husk, maize and sunflower stalks as a solid biofuel
Yazar: BAHADIR DEMİREL
Danışman: DOÇ. DR. GÜRKAN ALP KAĞAN GÜRDİL
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarım Makineleri ve Teknolojileri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Enerji = Energy ; Ziraat = Agriculture
Dizin: Biyokütle enerjisi = Biomass energy

Özet:
Bu çalışmada, Karadeniz Bölgesi'nde yoğun olarak tarımı yapılan başta fındık olmak üzere, ayçiçeği ve mısır bitkilerinin hasat ve harman işlemlerinden sonra açığa çıkan tarımsal artıkların katı biyoyakıt olarak değerlendirilme olanakları araştırılmıştır. Çalışmada, sıkıştırma basıncı 0-200 bar arasında ayarlanabilen ve kalıp çapı 50 mm olan hidrolik tip bir pres kullanılmıştır. Denemelerde, iki farklı sıkıştırma basıncında (80 ve 160 MPa), iki farklı nem içeriğinde (%8-10 ve %13-15) ve iki farklı parçacık boyutunda (2-5 mm ve 7-10 mm) içi dolu briketler elde edilmiştir. Briketlerin fiziksel özellikleri ile ilgili olarak hacim ağırlığı, düşme-dayanıklılık direnci, kırılma direnci, su alma kapasitesi, hava nemi direnci değerleri belirlenmiştir. Briketlerin, yanması sonucu atmosfere salınan baca gazı emisyon değerleri ile yanma verimleri ölçülmüş ve kül içerikleri ve ısıl değerleri belirlenmiştir. Briketlerin hacim ağırlıkları yaş bazda 936 - 1216 kg.m-3 arasında değişmiştir. Briketlerin hacim ağırlıkları üzerinde sıkıştırma basıncı ve nem içeriği değerleri önemli bulunmuştur (P<0.01). En düşük düşme dayanıklılık direnci ve kırılma direnci 80 MPa sıkıştırma basıncı, %8-10 nem içeriği ve 7-10 mm parçacık boyutunda sırasıyla %44.70 ve %76.20 olarak fındık zurufundan elde edilen briketlerde gerçekleşmiştir. Ayçiçeği ve mısır sapı briketlerinin belirlenen parametreler altında hem kırılma direnci hem de düşme-dayanıklılık direnci oldukça yüksek çıkmıştır. 2. dakika su alma kapasitesinin fındık zurufu ve mısır sapı briketleri üzerinde etkisinin önemli olduğu (P<0.01) tespit edilmiştir. Su alma kapasitesinin en düşük değeri 160 MPa sıkıştırma basıncı altında %8-10 nem içeriğinde ve 7-10 mm parçacık boyutunda ayçiçeği bitkisi briketlerinde %9.39 olarak tespit edilmiştir. Fındık zurufundan üretilen briketlerde en iyi hava nemi direnci (%-0.76) 160 MPa sıkıştırma basıncında %13-15 nem içeriğinde ve 2-5 mm parçacık boyutu değerlerinde belirlenmiştir. Ayçiçeği ve mısır sapından üretilen briketlerde ise en iyi değerler sırasıyla %0.15 ve %-0.05 olarak gerçekleşmiştir. En yüksek üst ısıl değeri 18.49 MJ.kg-1 ile %8-10 nem içeriğinde fındık zurufu briketlerinde elde edilmiş olup, en düşük üst ısıl değer ise %13-15 nem içeriği değerinde ayçiçeği sapı tarımsal atığı briketlerinde 15.32 MJ.kg-1 değeri ile elde edilmiştir. Tarımsal artıkların kül içeriği değerleri incelendiğinde nem oranına bağlı olarak en yüksek kül içeriği değeri %19.01 değeri ile %13-15 nem değerinde ayçiçeği sapından elde edilen briketlerin yanması sonu açığa çıkmış olup, en düşük kül içeriği değeri %8-10 nem içeriği değerlerinde fındık zurufu briketlerinden elde edilmiştir (%8.47). Makine kapasitesi ve enerji tüketim değerleri dikkate alındığında, en iyi değerler 160 MPa sıkıştırma basıncı altında, %8-10 nem içeriğinde ve 2-5 mm parçacık boyutu aralığında ayçiçeği sapı tarımsal artıklarından üretilen briketlerde gerçekleşmiştir. Briketlerin yakılması sonucunda elde edilen en yüksek baca gazı emisyon değerlerinin ısınmadan kaynaklanan hava kirliliğinin kontrolü yönetmeliğinde belirtilen sınır değerler altında kaldığı görülmüştür. Sonuç olarak, denemelerde kullanılan her üç tarımsal artık materyalinin katı biyoyakıt olarak özelliklerinin uygun olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
In this study mainly hazelnut husk, stalk of sunflover maize which are agricultural wastes and released intensly from agricultural areas in the Black Sea region were investigated and evaluated an a solid biofuel. A hydraulic type press having 0-200 bar pressure range and 50 mm press die diameter was used for manufacturing the briquettes. The briquettes were pressed under two different compression pressures (80 and 160 MPa), with two different moisture contents (%8-10 and %13-15) and particle sizes (2-5 and 7-10 mm). Some physical properties of briquettes such as bulk density, tumbler index, shatter index, water absorption capacity, moisture and equivalent humidity content were determined. Gas emissions values of briquettes after combustion and the combustion efficiency were measured. Ash contents and calorific values were also determined. All the data obtained from experiments are evaluated statistically. The density values of briquettes in wet basis varied between 936.24-1216 kg.m-3. The compression pressure and moisture content values were significant on the density of briquettes (P<0.01). The lowest values of tumbler and shatter indexes obtained from hazelnut husk briquettes at 80 MPa compression pressure, %8-10 moisture content and 7-10 mm particle size which were %44.70 and %76.20, respectively. Regarding those parameters briquettes made of sunflower and maize stalks had higher resistances. The effect of water absorption capacity at the end of the second minute were found to be significant for hazelnut husks and maize stalks briquettes (P<0.01). The lowest value of the water absorption capacity was determined as %9.39 at sunflower stalks briquettes under 160 MPa compression pressure, %8-10 moisture content and 7-10 mm particle size. The best equivalent humidity content values were determined under 160 MPa compression pressure, %13-15 moisture content and 2-5 mm particle size (% -0.76). These values were %0.15 and %-0.05 for sunflower and maize stalks briquettes. The highest calorific value and the lowest ash content value is derived from hazelnut husk briquettes (%8-10 moisture content, 18.49 MJ.kg-1, %8.47). The lowest calorific value and the highest ash content is derived from sunflower stalk briquettes (%13-15 moisture content, 15.32 MJ.kg-1, %19.01). When the machine capacity and energy consumption values are considered, the best values are obtained at 160 MPa compression pressure, %8-10 moisture content and 2-5 mm particle size produced from agricultural waste sunflower stalk briquettes. The flue gas emissions of all the briquettes after combustion were found to be below the limit values given in the IKHKKY regulations. In conclusion concerning the physical and chemical properties, all the briquettes made from three different agricultural residues were found to be suitable for a solid biofuel.