Atık fritlerin NaBh4'den metanoliz yöntemiyle hidrojen üretiminde katalizör olarak kullanılması
The use of waste frites as catalysts in the production of hydrogen from NaBh4 by methanolysis method
Yazar: DENİZ RÜZGAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ DERYA YILDIZ ; PROF. DR. HİLAL DEMİR KIVRAK
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Son zamanlarda gelişen teknoloji ile dünyamızın enerji ihtiyacı her geçen gün artmakta ve var olan enerji kaynakları gittikçe azalmakta olup, çok ciddi çevre sorunlarını da beraberinde getirmektedir. Enerji talebini karşılamak için yaygın olarak kullanılan petrol türevlerinin enerji ihtiyaçlarını karşılayamaz konuma gelmesi uzmanlar tarafından öngörülmektedir. Artan enerji ve yakıt ihtiyacının karşılanabilmesi için doğada en yaygın element olarak bulunan hidrojenin kullanılması ve depolanması için çalışmalar yürütülmektedir. Hidrojen enerjisinin kullanımı, yaygınlaşması ve depolanması için kullanılan katalizörler kritik değere sahiptir. Katalizörlerin maliyetleri ve sürdürülebilirliği bu anlamda önem taşımakta olup düşük maliyetli, çevre dostu ve aktivitesi yüksek olan katalizör türleri tercih edilmelidir. Atıkların kullanımı burada önem teşkil etmekte, sürdürülebilirliği ve maliyeti etkilemektedir. Seramik üretiminde kullanılan bir hammadde olan fritlerin füzyon süreci ile üretimi esnasında atık fritler oluşmaktadır. Bu ürünlerin hidrojen üretiminde kullanılması hem sürdürülebilir hem de karbon ayak izinin düşmesi yani çevre kirliliğinin azaltılmasına destek olabilir ve yeni bir bakış açısı getirebilir. Fritler içerdikleri birçok mineral sayesinde girdikleri reaksiyonu kataliz edebilirler. Bu amaçla, çalışmamızda atık seramik fritlerden katalizör olarak yararlanılarak sodyum borhidrürün (NaBH4) metanoliz tepkimesinden hidrojen üretimi gerçekleştirilmiştir.  Bu çalışmada 11 farklı fritin hidrojen üretim hızları (HGR) karşılaştırılmıştır. Bu fritlerin oksit içerikleri XRF analizi ile belirlenmiş ve en yüksek HGR değerlerine sahip iki frit XRD ve SEM-EDX yöntemleri ile karakterize edilmiştir. F1 ve F2 kodlarıyla tanımlanan iki frit için, 30°C' de 0,05 g katalizör ve % 1,25 NaBH4 ile sırasıyla 10027 mL/dak.gkat ve 8839 mL/dak.gkat başlangıç hızları elde edilmiştir. F1 ve F2 fritlerinin aktivasyon enerjileri sırasıyla 18,27 kJ/mol ve 29,71 kJ/mol olarak hesaplanmıştır. Elde edilen hidrojen üretim hızı (HGR) atık fritin mineral ve metal oksit içeriği sayesinde NaBH4 metanoliz tepkimesini katalizlediği ve bu proseste katalizör olarak kullanılabilirliğini göstermiştir. Atık fritlerin hidrojen üretiminde kullanılması, seramik üretim süreçlerinden kaynaklanan atıkların azaltılmasına yardımcı olabilir ve sürdürülebilir enerji üretimi için yenilikçi bir bakış açısı sağlayabilir.

Abstract:
The demand for energy is continuously increasing due to the advancement in technology, while the existing energy sources are depleting, leading to severe environmental issues. Experts predict that petroleum derivatives, which are currently used to meet energy demand, will soon be unable to meet the growing energy needs. To fulfill the rising demand for energy and fuel, researchers are exploring the possibility of using hydrogen, which is the most abundant element in nature. Catalysts play a crucial role in the utilization, diffusion, and storage of hydrogen energy. It is important to prefer catalysts with low cost, high activity, and environmentally friendly properties for their sustainability. The use of waste is also important in this regard as it affects sustainability and cost. During the production of frit, which is a raw material used in ceramic manufacturing, waste frits are generated by the fusion process. These waste products can be utilized in hydrogen production, promoting sustainability and reducing environmental pollution, which can provide a new perspective on the matter. Frits are capable of catalyzing reactions due to the many minerals they contain. In our study, we used waste ceramic frits as catalysts to produce hydrogen from the methanolysis reaction of sodium borohydride (NaBH4). We compared the hydrogen production rates (HGR) of 11 different frits and determined the oxide contents of these frits using XRF analysis. The two frits with the highest HGR values were characterized using XRD and SEM-EDX methods and were identified by the codes F1 and F2. With 0.05 g catalyst and 1.25% NaBH4 at 30°C, the initial rates obtained for F1 and F2 were 10027 mL/min.gcat and 8839 mL/min.gcat, respectively. The activation energies of F1 and F2 frits were calculated to be 18.27 kJ/mol and 29.71 kJ/mol, respectively. The hydrogen production rate (HGR) obtained showed that waste frit can catalyze the NaBH4 methanolysis reaction thanks to the mineral and metal oxide content it possesses. The use of waste frits in hydrogen production can help reduce waste from ceramic production processes and provide an innovative perspective for sustainable energy production.