Bitkisel atıklardan karbonizasyon yoluyla farklı kullanım amaçlı katı materyallerin üretimi
The production of solid materials from vegetable residues by carbonization for different usage areas
Yazar: CEREN KARAKAŞ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. DİDEM ÖZÇİMEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Biyokütlenin karbonizasyon işlemiyle, havasız veya inert ortamda ısı etkisiyle bozundurulmasıyla, karbon içeriği yüksek katı, sıvı ve gaz ürünler elde edilmektedir. Biochar olarak adlandırılan karbonizasyon katı ürünü, biyoyakıt, metal indirgeyici, toprak iyileştirici ve aktif karbon gibi pek çok uygulama alanına sahip bir materyaldir. Toprak iyileştirici materyal olarak kullanımında, toprak asitliğini gidermesi, toprak katyon değiştirme kapasitesi ve su tutma kapasitesini iyileştirmesi, toprak için yararlı mikroorganizmlar için yaşam alanı oluşturması en önemli özelliklerindendir. Dünya nüfusundaki artış ile birlikte daha fazla sayıda yiyecek gereksiniminin oluşması, verimli tarım arazilerinin azalması, topraklı tarımın yanısıra topraksız tarım tekniklerinin de gelişmesini sağlamıştır. Biochar tarımda toprak iyileştiriciliğinin yanısıra topraksız tarımda da toprak yerine geçebilecek bir materyal olarak da kullanıma sahiptir. Hidrofonik sistem topraksız tarım yöntemlerinden birisi olup, besin solüsyonunda optimum bitki yetiştirme tekniğidir. Hidrofonik sistemlerde bitki kök ortamını destekleyici pek çok çeşitlilikte inert ve organik substratlar kullanılır. Biochar, sahip olduğu fiziksel ve kimyasal özellikleri ile hidrofonik sistemlerde, organik substrat sınıfında kök ortam destekleyici olarak çok yüksek bir kullanım potansiyeline sahiptir.
Bu çalışmada, zeytin çekirdeği ve domates sapından split tipi boru reaktör kullanılarak farklı deney koşullarında biochar üretimi gerçekleştirilmiş ve sıcaklık, azot gazı debisi ve ısıtma hızının karbonizasyon katı ürün verimi üzerine etkisi incelenmiştir. En yüksek katı ürün  (biochar) verimi değerleri 773 K karbonizasyon sıcaklığı, 5K/dak ısıtma hızı ve 500 ml/dak sürükleyici azot gazı debisi koşullarında sırasıyla zeytin çekirdeği için % 32.58 ve domates sapı için % 37.53 olarak elde edilmiştir. Karbonizasyon katı ürünlerinin karakterizasyon işlemleri, FTIR, TGA, SEM ve BET cihazları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. 
Karbonizasyon katı ürünlerinin hem toprağa ilavesi şeklinde hem de direkt topraksız tarım katı ortam materyali olarak kullanımını araştırmak amacıyla domates fidesi yetiştirmede denenmiş, farklı oranlardaki karışımlarıyla perlit ve hindistan cevizi lifi gibi diğer topraksız tarımda kullanılan materyallerle karşılaştırması sunulmuştur. Tüm katı ortam materyalleri içinde, en uzun domates fidesi zeytin çekirdeği biocharı ortamında elde edilmiştir. Elde edilen tüm sonuçlar, zeytin çekirdeği biocharının topraksız tarım teknikleri için katı ortam materyali olarak kullanımını desteklemektedir.

Abstract:
Carbonization process are applied to produce solid, liquid and gas products with high carbon content by heating the biomass in the absence of air. Biochar, solid product of carbonization process, is used in many applications such as biofuel, metal reductant, soil amender and actived carbon. When used as a soil amender, most important characteristics of biochar are increasing soil pH, improving soil CEC and water holding capacity, and providing refugia for microorganisms. High demand for food as a result of increase in world population and decrease in available fertile cultivation areas provided development of soilless culture tecniques as well as those for soil culture. As well as its soil ameliorant effects, biochar can also be used as substrate instead of soil. Hydroponic system, one of the soilless culture methods, is the technique for providing optimum plant growth in nutrient solution. There are various inorganic and organic substrates for supporting plant root in hydroponic systems. By its physical and chemical properties, biochar has a high potential to be used in hydroponic system, in the class of organic substrates.
In this study, by using split type pipe reactor under different experimental conditions, biochars were produced from olive seed and tomato stalk and the parameters such as carbonization temperature, nitrogen gas flow and heating rate that effect on biochar yield were investigated. Maximum solid product (biochar) yield under 773 K carbonization temperature, 5K/min heating rate and 500 ml/min nitrogen gas flow conditions for olive seed and tomato stalk are 32.58 % and 37.53 %, respectively. Characterization process of carbonization solid products are performed by using FTIR, TGA, SEM ve BET devices. 
To investigate the effect of carbonization solid products by applying into soil and using as solid growing medium in soilless culture, tomato seedlings have grown and comparison of carbonization products and their mixtures at different ratios with other substrates used in soilless culture such as perlite, coconut coir presented. Among all solid growing mediums, the highest tomato seedling is obtained in the olive seed biochar medium. All of the results support olive seed biochar to be used as solid growing medium for soilless techniques.