Investigation of thermal decomposition behavior of some lignocellulosic materials

Abstract

Enerji ihtiyacımızın büyük bölümünü karşılayan fosil enerji kaynaklarının yakın bir gelecekte tükenecek olması, alternatif enerji kaynaklarının yaygın olarak kullanımını gerektirmektedir. Yenilenebilir enerji kaynakları; güneş, rüzgar, hidrolik, jeotermal, dalga ve biyokütle gibi kaynakları kapsamaktadır. Biyokütle kaynak potansiyeli, bugünkü küresel ticari enerji kullanımının on katı ve besin enerjisi tüketiminin iki yüz katına eşdeğerdir. 1970'li yıllarda gerçekleşen enerji (petrol) krizinden sonra dünya enerji ihtiyacının karşılanması için biyokütle kullanımı üzerinde araştırmalar yapılmıştır. Biyokütle kaynakları fotosentez yoluyla güneş enerjisini depolamaktadır. Düşük yoğunluğa sahip olan güneş enerjisinin depolanması hassas kolektörler aracılığıyla bile zordur. Ancak, biyokütle bu enerjiyi yapısında depoladığından önemli bir alternatif enerji kaynağıdır.Biyokütlenin enerji içeriği termokimyasal, fiziksel ve biyolojik prosesler ile belirlenir. Karbonizasyon ve piroliz, biyokütlelerin inert ortamda ısıtılarak sıvı, katı ve yoğunlaşmayan gaz ürünlere dönüşmesini sağlayan termokimyasal dönüşüm prosesleridir. Prosesin amacı, yüksek sıvı ürün verimi elde etmek ise düşük sıcaklık, yüksek ısıtma hızı; yüksek gaz ürün verimi elde etmek ise düşük ısıtma hızı uygulanmalıdır. Eğer yüksek katı ürün verimi elde edilmek isteniyorsa, ısıl bozundurma işlemi düşük sıcaklık ve düşük ısıtma hızında gerçekleştirilir ve proses karbonizasyon adını alır.Bu çalışmada, biyokütle kaynakları olan mısır küspesi, şeker pancarı küspesi, fındık kabuğu ile zeytin çekirdeği numunelerinin farklı koşullardaki (5,20,50 ve 100 K/dak ısıtma hızlarında, 50 ve 100 cm3/dak gaz akış debilerinde) ısıl bozunum davranımları termogravimetrik analiz sisteminde incelenmiş ve ısıl bozunum kinetik parametreleri diferansiyel termal gravimetri verilerinden yararlanılarak Coats-Redfern yöntemi ile hesaplanmıştır.

The fact that fosil fuels would deplete in foreseeable future, requires the utilization of alternative energy sources. Renewable energy sources are mainly comprised of solar, wind, hydraulic, geothermal, biomass. The biomass potential is ten times the global energy consumption and two hundred times that of food energy consumption. Subsequent to 1970s oil crisis, research studies on utilization of biomass as energy source have been conducted. Since biomass stores the solar energy in via photosynthesis, it is considered to be an important energy source.The energy content of biomass is extracted by means of thermochemical, biological and physical processes. Carbonization and pyrolysis are the two thermochemical conversion processes that are used to obtain solid, liquid and uncondensable gas products by heating biomass under inert atmospheres. The process is carried out at low temperatures and high heating rates if the aim is to produce high liquid yield products; whereas it should be conducted under low heating rates if the desired products are high yield gases. The process is named as carbonization if it is utilized to obtain high yield solid products, and it is carried out both at low heating rates and under low temperature.In this study, the thermal decomposition behavior of four different biomass samples, namely olive cake, hazelnut shell, sugarcane bagasse and corn cob are investigated under N2 atmosphere at four different heating rates, namely 5, 20, 50 and 100 K/min. Kinetic parameters have been calculated according to Coats Redfern, by partitioning the decomposition into three regions since biomass samples are composed of hemicelluse, cellulose and lignin.