Kayısı çekirdeği kabuğundan üretilen pirolitik yakıtın bir dizel motorda kullanımının deneysel olarak araştırılması
Experimental investigation of usage of pyrolytic fuel produced from apricot kernel shell in a diesel engine
Yazar: GÜRKAN KARA
Danışman: PROF. DR. HAKAN ÖZCAN
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Biyoenerji = Bioenergy ; Biyokütle = Biomass ; Piroliz = Pyrolysis ; Reaktörler = Reactors

Özet:
Küresel çapta sanayileşmenin artması ve teknolojinin gündelik hayat içerisindeki payının yükselmesi, buna mukabil fosil yakıtların tükenmekte olması ve fosil yakıtların aşırı kullanıma bağlı oluşan çevresel riskler, sürdürülebilir ve yenilenebilir enerji kaynakları arayışlarını hızlandırmıştır. Biyokütle enerjisine olan ilgi, fosil yakıtlara göre daha çevreci ve yenilenebilir bir enerji olması hasebiyle her geçen gün artmakta ve bu alandaki çalışmalar da hızla devam etmektedir. Bu tez çalışmasında, termokimyasal biyokütle dönüşüm yöntemlerinden birisi olan piroliz işlemi ile sıvı yakıt eldesi üzerine yoğunlaşılmış ve elde edilen sıvı yakıtın dizel yakıt katkısı olarak kullanım olanakları araştırılmıştır. Ayrıca, literatürde farklı biyokütle çeşitleri, farklı piroliz proses parametreleri kullanılarak yapılan piroliz deneylerinin ve bu deneylerden elde edilen verilerin karşılaştırılmalı incelemesi yapılmıştır. Tüm bu çalışmaların ışığında biyokütle olarak seçilen kayısı çekirdeği kabuğu; sabit yataklı bir piroliz reaktöründe, 550 ℃ proses sıcaklığında, 40 ℃/dk ısıtma hızında ve 100 ml/dk azot gazı debisinde piroliz işlemine tabi tutulmuş ve optimum miktarda sıvı ürün elde edilmeye çalışılmıştır. Hammadde olarak kullanılan biyokütleye ve reaksiyon sonucunda elde edilen sıvı ürüne, FTIR analizi ve literatürden alınan bilgiler ile yaklaşık içerik tayini yapılmıştır. Elde edilen pirolitik biyoyağın direkt olarak motorin ile karıştırılabilecek nitelikte olmadığı belirlenmiştir. Bundan dolayı elde edilen pirolitik biyoyağın dizel yakıt katkısı olarak kullanılabilmesi için farklı çözücü ve yüzey aktif maddeler denenmiştir. Sonuçlar, %3 aseton, %5 bütanol ve Span 80 kullanımında biyoyağın motorine karıştırılarak kullanılabileceğini göstermiştir. Kullanılan katkı maddeleri, motor performans ve emisyon değerlerine doğrudan etki edebilecek nitelikte olduğundan, pirolitik biyoyağın bağımsız olarak etkilerini görebilmek amacıyla deneylerde; saf motorin ve biyoyağ katkılı motorin karışımına ek olarak biyoyağ hariç katkılar ve motorin karışımını temsil eden yakıt da tek silindirli bir dizel motorunda motor performans ve egzoz emisyon testlerine tabi tutulmuştur. Motor performans ve egzoz emisyon testlerinin sonuçları, özgül yakıt sarfiyatında önemli bir değişim olmaksızın, biyoyağ hariç, katkılar ve motorin karışımını temsil eden yakıtın saf motorine göre ortalama olarak CO emisyonlarında %38,25 ve NOx emisyonlarında %44,57 oranlarında azalma sağladığı, biyoyağ hariç katkılar ve motorin karışımını temsil eden yakıta eklenen biyoyağın CO ve  NOx emisyonlarında sırasıyla ortalama %26,02 ve %48,82 oranlarında artışa sebep olduğu, eklenen pirolitik biyoyağın CO ve NOx emisyonlarını artırıcı yönde etki göstermesine karşın yakıt karışımı içeriğinde bulunan çözücülerin emisyonları düşürücü etkisi daha baskın olduğundan saf dizel yakıtına göre yine de CO ve NOx emisyonlarında ortalama olarak sırasıyla; %22,19 ve %17,51 oranlarında azalma sağladığı gözlenmiştir.

Abstract:
Due to the increase in global industrialization and the increase in the share of technology in daily life, the depletion of fossil fuels and the environmental risks due to excessive use of fossil fuels have accelerated the search for sustainable and renewable energy sources. The interest in biomass energy is increasing day by day due to the fact that it is more environmentally friendly and renewable energy compared to fossil fuels, and studies in this field continue rapidly. This thesis focused on the production of liquid fuel by the pyrolysis process which is one of the thermochemical biomass conversion methods, and were made the investigation of possibilities of usage of the obtained liquid fuel as a diesel fuel additive. In addition, a comparative analysis of the pyrolysis experiments in the literature using different biomass types, different pyrolysis process parameters and the data obtained from these experiments were made. In the way of all these studies, the apricot kernel shell selected as biomass was subjected to pyrolysis process, in a fixed bed pyrolysis reactor, 550 ℃ process temperature, 40 ℃/min heating rate and 100 ml/min nitrogen gas flow rate, and optimum amount of liquid product was tried to be obtained. The content of the biomass used as raw material and the liquid product obtained as a result of the reaction was determined by FTIR analysis and information obtained from the literature. It was observed that the obtained pyrolytic biooil did not have the ability to be blended with diesel. Therefore, different kinds of solvents and surfactants have been tried in order to use the obtained pyrolytic bio-oil as a diesel fuel additive. As a result, the biooil was suitably blended with the diesel in case %3 acetone, %5 butanol and Span 80 were used. Since the additives in the blend can directly affect the engine performance and emissions, in the experiments, in order to see the effects of the pyrolytic biooil independently, in addition to the  pure diesel and mixture of diesel fuel with bio-oil and additives, the fuel representing the mixture of diesel fuel and additives excluding biooil was also subjected to engine performance and exhaust emission tests in a single-cylinder diesel engine. The results of engine performance and exhaust emission tests show that, without a significant change in specific fuel consumption, the fuel representing the mixture of additives and diesel fuel excluding biooil, provides an average of 38.25% reduction in CO emissions and 44.57% in NOx. When biooil is added into the fuel which represents the additives-diesel blend excluding biooil, it respectively caused the increase of 26.02% and 48.82% on CO and NOx emissions. Although the addition of pyrolytic bio-oil has an increasing effect on CO and NOx emissions, since the solvents in the fuel mixture have a more dominant effect on reducing emissions, the reductions on CO and NOx emissions were achieved which are respectively average 22.19% and 17.51% compared to pure diesel.