Biyokütle kaynaklı sentez gazından hidrojen üretiminin ve entegre bir güç üretim sisteminin incelenmesi

Abstract

Teknolojinin gelişmesi ve endüstriyel büyüme ile birlikte kesintisiz enerjiye olan talep hızla artmaktadır. Özellikle, ülkemizde büyük oranda dışa bağımlı temin edilen fosil kaynaklı yakıtların rezervlerinin gün geçtikçe azaldığı günümüzde ihtiyaç duyulan enerjinin biyokütle, jeotermal, güneş ve rüzgâr gibi sürdürülebilir, yerli ve yenilenebilir kaynaklardan üretilmesi önem kazanmıştır. Bununla birlikte, fosil kaynaklı yakıtlara alternatif temiz yakıt teknolojilerinin geliştirilmesi ve uygulanması da geleceğe yönelik endişelerin giderilmesi bakımından önemlidir. Bu noktada, moleküler olarak doğada yaygın olmamasına rağmen, çeşitli yöntemlerle doğadaki farklı kaynaklardan üretilebilen ve yüksek enerji içeriğine sahip olan hidrojen gazı alternatif bir yakıt olarak öne çıkmaktadır. Gelecekte hidrojene dayalı teknolojilerin gelişerek artmasıyla birlikte, birleşik hidrojen ve güç üretim sistemlerinin ekonomik ve verimli bir şekilde uygulanmasının, enerjide arz ve talep dengesinin sürdürülebilir kılınmasına büyük katkı sağlayacağı öngörülmektedir.Bu çalışmada, biyokütlenin gazlaştırılmasıyla oluşan sentez gazından termokimyasal proses işlemleri ile hidrojen üretiminin incelenmesi ve hidrojen üretim prosesinin ihtiyaç duyduğu enerjinin karşılanması için yenilenebilir kaynaklı bir güç üretim sisteminin modellenmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda, yüksek saflıkta hidrojen üretimi sağlayan bir hidrojen üretim prosesi ile entegre jeotermal ve güneş enerjisi destekli olmak üzere iki ayrı güç üretim sistemi modellenmiştir. Modellenen entegre hidrojen ve güç üretim sistemleri Aspen HYSYS paket programı vasıtasıyla bilgisayar destekli benzetim yapılarak incelenmiştir. Ayrıca, ekserji analizi yöntemi kullanılarak, modellenen hidrojen ve güç üretim sistemlerinin performansları ayrı ayrı incelenmiş, enerji ve ekserji verimlilikleri değerlendirilmiştir. Böylece, yerli ve yenilenebilir bir kaynak olan biyokütle esaslı sentez gazından katma değeri yüksek hidrojen gazının üretildiği bir sistem ile beraber hidrojen üretim prosesine entegre olarak yine yenilenebilir kaynakların kullanıldığı hibrit bir güç üretim sisteminin yapılabilirliği araştırılmıştır.

The demand for uninterrupted energy is increasing rapidly along with the development of technology and industrial growth. The reserves of fossil fuels, which are largely dependent on foreign sources especially in our country today, are decreasing day by day. It has gained importance to generate the required energy from sustainable, domestic and renewable sources such as biomass, geothermal, solar and wind. At the same time, the development and implementation of alternative clean fuel technologies to fossil fuels is important in terms of eliminating future concerns. At this point, although not molecularly common in nature, hydrogen gas which can be produced from different sources in nature by various methods and has high energy content, stands out as an alternative fuel. It is anticipated that the economic and efficient implementation of combined hydrogen and power generation systems will greatly contribute to the sustainability of the supply and demand balance in energy with the increasing of hydrogen-based technologies in the future.In this study, it is aimed to examine the production of hydrogen from synthesis gas produced by gasification of biomass using thermochemical processes and to model a renewable source based power generation system to supply the energy required by hydrogen production process. Within this scope, two different power generation systems based on geothermal and solar energy sources are modeled integrated with the hydrogen production process that provides high purity hydrogen production. The modeled integrated hydrogen and power generation systems are examined by computer aided simulation using Aspen HYSYS package program. In addition, by using the exergy analysis method, the performances of the modeled hydrogen and power generation systems were examined separately and their energy and exergy efficiencies were evaluated. Thus, the feasibility of a hybrid power generation system using renewable resources integrated with the hydrogen production process together with a system in which high value-added hydrogen gas from biomass based synthesis gas, which is a domestic and renewable resource was investigated.