C3 enerji bitkisi olan enginar (Cynara cardunculus L.) saplarının pirolizi ve biyoyakıt üretiminin incelenmesi
Pyrolysis of artichoke stalks (Cynara cardunuculus L.), c3 energy crop, and an investigation into production of bio-oil
Yazar: YUNUS EMRE ŞİMŞEK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SAİT YORGUN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
vÖZETEnerji ekonomik gelişme ve yaşam standartlarını yükseltmek için gereklidir.Kömür, petrol ve doğal gaz rezervlerinin giderek azalması doğada yenilenebilir alternatifenerji kaynaklarına olan ilgiyi artırmıştır. Yenilenebilir enerji kaynakları arasındabiyokütle büyük bir potansiyele sahip olup, yakın gelecekte önemli bir rol oynayacaktır.Biyokütle kolayca depolanabilen ve elektrik ve ısıya dönüştürülebilen çok yönlübir enerji kaynağıdır. Ayrıca biyokütle, yakıt ve kimyasal madde üretimi olarakkullanılabilme potansiyeline sahiptir. Biyokütlenin termokimyasal dönüşüm yöntemleriile katı, sıvı ve gaz ürünlere dönüşümü günümüzde endüstriyel ve ekonomik bir önemesahiptir. Biyokütlenin enerji ve ürünlere dönüştürme yöntemleri arasında piroliz enbasitidir.Bu çalışmada hayvan yemi ve doğrudan yakma dışında kullanım alanı olmayanenginar sapları bir enerji kaynağı olarak değerlendirilmesi amacıyla seçilmiştir.Enginar saplarının (Cynara Cardunculus L.) enerji kullanımı açısındanaraştırılması için sabit yatak reaktöründe pirolizi gerçekleştirilmiş, katı ve sıvı ürünlerinkarakterizasyonu yapılmıştır. İlk piroliz aşamasında farklı ortamlarda ısıtma hızı (10, 30,50, 75 ºC/dk), piroliz sıcaklığı (300-600 ºC), sürükleyici gaz (N2, 100-300 cm3/dk), vekatalizör oranı (alümina, feldispat ve sodyum karbonat, ağırlıkça %20-100) gibi pirolizparametrelerinin piroliz ürün verimlerine etkisi incelenmiştir. Ayrıca ikinci aşamadaenginar saplarının yüksek kül içeriğinden dolayı numune asit-baz ile yıkanmış ve pirolizigerçekleştirilmiştir.Deneylerden elde edilen katranların FTIR (Fourier Transform InfraredSpectroscopy), 1H-NMR (Proton Nuclear Magnetic Resonance) ve elementel analizlerigerçekleştirilmiştir. Ayrıca katranlar sütun kromatografisinde fraksiyonlarına ayrılmış; altfraksiyonların FTIR spektrumları ve elementel analizleri yapılmış, katran içindekihidrokarbon türleri belirlenmiştir.Bu çalışmada ayrıca termogravmetrik analiz ile enginar saplarının termal davranışıve kinetiği belirlenmiştir. Termal bozunma analizleri oda sıcaklığından 900 ºC' ye kadarısıtılıp hava ve azot gibi farklı ortamlarda, 10, 30, ve 50 ºC/dk gibi üç farklı ısıtma hızındaTGA-DTA analizleri gerçekleştirilmiştir.ANAHTAR KELİMELEREnerji, biyokütle, enginar, piroliz, karakterizasyon, kinetik

Abstract:
viSUMMARYEnergy is essential for economic development and rising living standards. Thegradual but steady decrease in coal, oil, natural gas reserves has a considerable interestin using alternative energy sources which are renewable in nature. Among sources of therenewable energy, biomass has a great potential and will play a vital role in the nearfuture.Biomass is a versatile source of energy in that can be readily stored andtransformed into electricity and heat. It has also a potential that it is used as a rawmaterial for production of fuel and chemical feedstock. The conversion of biomass intosolid, liquid and gaseous products by the help of thermochemical methods is now of greatindustrial and economic importance. Among thermochemical methods transformingbiomass into energy and products, pyrolysis is the simplest.In this study, artichoke stalks, which have no usage area except food for animalsand direct burning, were chosen to utilize as an energy source.The pyrolysis of artichoke stalks (Cynara Cardunculus L.) was carried out in afixed bed reactor to characterize solid and liquid phase with a view to its energy use. Firstpyrolysis stage was performed in different atmospheres and the effect of pyrolysisparameters such as heating rate (10, 30, 50, 75 ºC/min), pyrolysis temperature (300-600ºC), sweeping gas (a nitrogen flow rate of 100-300 cm3/min), catalyst ratio (alumina,feldispat and sodium carbonate, 20-100% in weight) on the product yields. In the secondpyrolysis stage owing to high ash content in artichoke stalks, the sample was washed byacid-base and was pyrolyzed.Tars obtained from the experiments were characterized by Fourier TransformInfrared Spectroscopy (FTIR), Proton Nuclear Magnetic Resonance (1H-NMR) andelemental analyses. The tars were fractioned in column chromatography; FTIR spectraand elemental analysis of subfractions were taken and type of hydrocarbons were found.In this study, also, thermogravmetric analysis (TGA-DTA) was used to determinethermal behaviour of artichoke (Cynara Cardunculus L.) and its kinetics. Thermaldegradation analyses were done by using a thermogravmetric analyzer from roomtemperature to 900 ºC in different atmospheres of air and nitrogen and at different heatingrates of 10, 30 and 50 ºC/min.KEY WORDSEnergy, biomass, artichoke, pyrolysis, characterization, kinetics