Tavuk gübresi işleyen bir biyogaz tesisinin katı fermente ürününden üretilen biyopeletlerin biyoyakıt ve aktif karbon olarak kullanım potansiyelinin araştırılması
Investigating the potential of utilizing biogas solid digestate pellets of a biogas plant operating on chicken manure as solid biofuels and activated carbon
Yazar: MEHMET SOLAK
Danışman: PROF. DR. KAMİL EKİNCİ
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Tarım Makineleri ve Teknolojileri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Ziraat = Agriculture
Dizin: Aktif karbon = Activated carbon ; Biyoyakıtlar = Biofuels ; Pelet = Pellet

Özet:
Bu çalışma, tavuk gübresinden biyogaz üretimi atıkları olan katı fermente üründen biyoyakıt ve aktif karbon üretimini araştırmaktadır. 7MW kurulu güce sahip bir biyogaz-elektrik üretim tesisinin, yılda yaklaşık 45 000 ton ürettiği katı fermente ürünün yakıt peletleri olarak, uluslararası kalite kriterleri açısından incelenmesi, ayrıca bir biyoyakıt iyileştirme ön işlemi olarak torefaksiyonun yakıt parametrelerine etkisi incelenmek için peletler tam ölçekli bir akışkan yataklı kazanda yakılmış ve yakıt özellikleri deneysel olarak incelenmiştir. İdeal torefaksiyon sıcaklığı ve süresi, üst ısıl değer temel alınarak 290°C'de 60 dakika olarak belirlenmiştir. Torefaksiyon işlemi, yakıt peletlerinin fiziksel, kimyasal, elementel ve emisyon parametrelerinde değişikliklere neden olmuş ve termodinamik özelliklerini değiştirmiştir. Atıkların, biyoyakıt peletleri olarak kalite kriterlerini karşılamaması ve torefaksiyon işleminin, bazı yakıt parametrelerini iyileştirmesine rağmen, kalite standartlarına uygun biyoyakıt üretimini sağlamaması, atıkların değerlendirilmesi için alternatif olarak aktif karbon üretim olanakları araştırılmıştır. Başlangıçta 4.49 m2/g BET değerine sahip materyal 1N ZnCl2, KOH ve H3PO4 kimyasallarıyla emprenye edilmiş ve ardından termal aktivasyon ile aktif karbona dönüştürülmüştür ve sırasıyla 582.76 m2/g, 457.31 m2/g ve 0.68 m2/g yüzey alanına sahip olmuştur. Başlangıçta iyot ve metilen mavisi adsorpsiyon yeteneği olmayan materyal, ZnCl2, KOH ve H3PO4 ile aktivasyon ile, sırasıyla 1759.9 mg/g, 1295.4 mg/g ve 0.68 mg/g iyot numarası ve 318.1 mL/g, 260 mL/g ve 3.3 mL/g metilen mavisi numarasına sahip olmuştur. Kimyasal aktivasyonda, ZnCl2 ile aktivasyonda başarı sağlanırken H3PO4 kimyasalı, materyalin tamamen tahrip olmasıyla sonuçlanmıştır. Katı fermente ürünün ilk durumda %36.45 olan karbon miktarı ZnCl2 aktivasyonu ile %70.37 seviyesine kadar iyileştirilmiştir. Katı fermente ürün atıklarının değerlendirilmesinde, ZnCl2 kimyasalı ile aktif karbon üretimi, başarıyla sonuçlanmıştır.

Abstract:
This study examines the potential for producing biofuel and activated carbon from the solid digestates of a biogas plant operating on chicken manure. The biogas plant with a capacity of 7MW, annually produces 45,000 tons of solid digestates. The solid digestate pellets was evaluated against international quality criteria for fuel pellets. The pellets, pre-treated with torrefaction as an enhancement to biofuels fuel properties were experimentally investigated by combustion in a large-scale fluidized bed boiler. Optimal torrefaction conditions were determined to be 60 minutes at 290°C, based on the higher heating value. Torrefaction nearly altered all of the biofuel properties. Despite some were improvements, raw and torrefied, the solid digestate pellets failed quality conformity tests. So as an alternative waste valorization process focusing on the production of activated carbon was investigated. The initial material, with a BET surface area of 4.49 m²/g, was impregnated with 1N ZnCl₂, KOH, and H₃PO₄ for 72 hours and converted to activated carbon through thermal activation. The resulting surface areas were 582.76 m²/g, 457.31 m²/g, and 0.68 m²/g, respectively. Initially, the material had no iodine and methylene blue numbers, it achieved iodine numbers of 1759.9 mg/g, 1295.4 mg/g, and 0.68 mg/g, and methylene blue numbers of 318.1 mL/g, 260 mL/g, and 3.3 mL/g for ZnCl₂, KOH, and H₃PO₄ treatments, respectively. The most successful chemical activation was achieved with ZnCl₂, yielding the highest improvements. The carbon content was 36.45%, increased to 70.37%. Therefore, the production of activated carbon using ZnCl₂ as the activating agent was successfully completed.