Biyokütle esaslı hidrojen üretim sistemlerinin eksergoekonomik analizi ve yaşam döngüsü değerlendirilmesi
Exergoeconomic analysis and life cycle assesment of biomass based hydrogen production systems
Yazar: YILDIZ KALINCI
Danışman: PROF. DR. ARİF HEPBAŞLI ; PROF. DR. İBRAHİM DİNÇER
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Biyokütle = Biomass ; Ekserji = Exergy ; Enerji = Energy ; Hidrojen = Hydrogen

Özet:
Bu tezde, öncelikle biyokütleden hidrojen üretim yöntemleri araştırılmış ve farklı biyokütleler ekserjetik olarak incelenmiştir. Sonraki adımda termokimyasal çevrimlere odaklanarak, piroliz ve gazlaştırma yöntemleri ekserji analizi ile karşılaştırılmıştır. Daha sonra yaygın kullanılan gazlaştırma teknikleri olan sabit yataklı ve akışkan yataklı gazlaştırma örnekleri ekserjetik olarak kıyaslanmıştır.Bir sonraki aşamada, biyokütleden hidrojen üretiminin ekonomik uygunluğu ekserji analizi ile incelenmiştir. Bunun için ekserji, maliyet, enerji, kütle: exergy, cost, energy, mass (EXCEM) ve özgül ekserji maliyeti: specific exergy cost (SPECO) metotları kullanılmıştır. Bu metotlar downdraft, akışkan yataklı ve son zamanlarda yeni bir gazlaştırma tekniği olarak bahsedilen plazma gazlaştırma örnek sistemlerine uygulanmıştır. Yapılan analiz sonucunda bu sistemlerin ekserji verimleri % 20.18 ile % 45.16 arasında değiştiği gözlenmiştir. Buna göre üretilen hidrojen maliyetinin değişimi 2.915 $/kg ile 4.24 $/kg arasındadır. Bu maliyetin, ana olarak basınç dalgalı adsorbsiyon: pressure swing adsorption (PSA) öncesi gazın hidrojen içeriğine bağlı olduğu görülmüştür. Bu maliyeti düşürmek için ürün gazının hidrojen içeriği % 50 ile % 80 arasında ve PSA hidrojen geri kazanımı % 60 ile % 80 arasında değiştirilmiştir. Sonuç olarak bu maliyetlerin 7.49 $/kg dan 1.59 $/kg a düştüğü görülmüştür.Ayrıca, termal sistemler için enerji, ekserji ve ekonomik incelemenin yeterli olmadığı ve bu sistemlerin çevresel etkilerinin de incelenmesi gerektiği vurgulanarak, sürdürülebilirlik ve yaşam döngüsü analizi: life cycle analysis (LCA) yapılmıştır.

Abstract:
First, in this thesis biomass based hydrogen production methods are explored in detail and investigated thermodynamically for different biomasses. Second, the focus is put on thermochemical cycles, pyrolysis and gasification methods and their comparisons as exergetically. Then, fixed bed and fluidized bed gasification samples, which are commonly used gasification techniques, are considered.In addition, economical feasibility of biomass based hydrogen production is examined through exergoeconomic analysis. Therefore, exergy, cost, energy, mass (EXCEM) and specific exergy cost (SPECO) methods are employed. These methods are then applied to downdraft, fluidized bed and plasma gasification systems. The results of this study confirm that exergy efficiencies of the systems vary from 20.18% to 45.16%. Accordingly, hydrogen production cost varies between 2.915 $/kg and 4.24 $/kg. It is seen that the unit cost is directly related to hydrogen content of syngas at the inlet pressure swing adsorption (PSA). In order to decrease the cost of hydrogen, the PSA hydrogen recovery ratios are changed from 50% to 80% and from 60% to 80%, respectively. Consequently, it is observed that the cost can potentially be decreased from 7.49 $/kg to 1.59 $/kg.In addition to the present energy, exergy and exergoeconomic investigations, some sustainability and life cycle assessment (LCA) studies are undertaken to investigate the environmental impacts of the systems considered.