Batch hydrothermal co-liquefaction of lignocellulosic biomass with glycerol in the presence of an alkaline catalyst
Lignoselülozik biokütlenin gliserin ile birlikte ve alkali katalizörler varlığında kesikli hidrotermal sıvılaştırılmsı
Yazar: ZAUR JABBARLI
Danışman: PROF. DR. LEVENT BALLİCE
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Biyokütle = Biomass ; Fındık kabuğu = Hazelnut shell ; Gliserin = Glycerin ; Hidrotermal = Hydrothermal ; Sıvılaşma = Liquefaction

Özet:
Günümüzde artan enerji ihtiyacına bağlı olarak fosil yakıtların yaygın kullanımı çevre kirliliğini her geçen gün artırmaktadır. Yenilenemeyen enerji kaynaklarına olan talebin artmasına rağmen, enerji kaynakları da azalmaktadır. Bu nedenlerle yenilenebilir ve çevre dostu yakıt kaynaklarına yönelim artmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynakları arasında en önemli enerji kaynaklarından biri biyokütleden enerji üretimidir. Odun atıkları, su bitkileri, tarım ürünleri ve hayvan atıkları biyokütle kaynakları olarak potansiyel yakıtlardır.
Bu çalışmada, lignoselülozik biyokütlenin gliserol ile ve alkali katalizörler varlığında kesikli hidrotermal sıvılaştırılması incelenmiştir. Deneysel çalışmada,  2 g biyokütle/ 18 mL solvent oranında çalışılmıştır solvent olarak saf gliserinden model çözelti olarak gliserin:su oranı olarak üç farklı oranda ((6 mL:12:mL); (9 mL:9 mL) ve (12 mL: 6 mL)) çözelti kullanılmıştır. Reaksiyon sıcaklıklığı ise toplamda 3 farklı sıcaklık olarak belirlenmiştir (200, 300, ve 400 oC). Reaksiyon işlemleri 30, 60 ve 90 dakikalık sürelerde gerçekleştirilmiştir, zamana bağlı ürün verimi ve bileşimi de incelenmiştir. Tüm deneyler hem katalizörsüz, hem de 2 farklı alkali katalizör (KOH ve K2CO3) varlığında 3 kez tekrarlanmıştır.
Çalışma sonucunda, biyokimyasal ve termokimyasal işlemlerde kullanılacak katalizörlerin işlem sonunda elde edilecek ürünün verimini ve bileşimini doğrudan etkilediği, ayrıca çok çeşitli çözücülerin kullanılabileceği tespit edilmiştir. Biyokütlenin solvent ortamında termokimyasal yöntemlerle sıvılaştırılması incelenmiştir. Çözücünün saf bir bileşikten ziyade bir yan ürün veya başka bir reaksiyon atığı olması da atık bertarafı için büyük önem taşımaktadır. Bu nedenle gliserolün çözücü olarak kullanımı ele alınmıştır. Gliserol, biyodizel üretiminin bir yan ürün olup bir polialkoldür. Gliserolün yüksek lignin içeriğine sahip biyokütle ile diğer çözücülere göre daha fazla etkileşime girerek ligninin yapıdan ayrılmasına etkisi incelenmiştir.

Abstract:
Today, the extensive use of fossil fuels due to the increasing energy need increases environmental pollution day by day. Despite the increasing demand for nonrenewable energy resources, energy resources are also decreasing. For these reasons, the trend towards renewable and environmentally friendly fuel sources is increasing. One of the most significant sources of energy among renewable energy sources is the production of energy from biomass. Wood waste, aquatic plants, agricultural products and animal wastes are potential fuels as biomass sources. 
In this study, batch hydrothermal liquefaction of lignocellulosic biomass with glycerol and in the presence of alkaline catalysts was investigated. In the experimental study, the ratio of 2 g biomass/ 18 mL solvent was studied. From pure glycerin as a solvent, as a model solution, glycerin: water ratio was used in three different ratios ((6 mL:12 mL); (9 mL:9 mL), and (12 mL: 6 mL)). The reaction temperature was determined as 3 different temperatures in total (200, 300, and 400 oC). The reaction processes were carried out for 30, 60, and 90 minutes, and the time-dependent product yield and composition were also investigated. All experiments were repeated 3 times both without a catalyst and in the presence of 2 different alkaline catalysts (KOH and K2CO3).
As a result of study, it is learned that the catalysts to be used in biochemical and thermochemical processes directly affect the yield and composition of the product to be obtained at the end of the process, and also that a wide variety of solvents are used in the liquefaction of biomass in a solvent environment by thermochemical methods. It is known that the solvent being a by-product or other reaction waste rather than a pure compound is also important for waste disposal. For this reason, the use of glycerol as a solvent is discussed. Glycerol is a by-product of biodiesel production and a polyalcohol. Additionally, glycerol can interact with biomass with high lignin content more than other solvents and can facilitate the separation of lignin from the structure.