Orman ürünleri atıklarının gazlaştırılması ile yakıt üretimi

Abstract

Biokütleden elde edilen yakıtlar çevresel etkisi bakımından, fosil yakıtlar ile kıyaslandığında çevreye daha duyarlıdırlar. Gazlaştırma sistemlerinde yakıt olarak atıkların değerlendirilmesi süreçlerinde (evsel ve endüstriyel atıklar, arıtma çamuru, talaş vb) çevreye negatif bir etki oluşturmadığı gibi, çevreye zararlı olan bu tür atıkların pozitif olarak geri dönüşümünü sağlar. Günümüz dünyasında enerji kaynaklarının önemi çok büyüktür. Bu ihtiyaç savunma sistem araçlarının örneğin tank, panzer, kamyon gibi araçların enerji gereksinimleri stratejik açıdan önem arz etmektedir. Savaş halinde bu araçların nakli ve kullanılması için yakıt gereklidir. Bu yakıtın temini gerek ekonomik gerekse güvenlik zafiyetleri doğabilmektedir. Yakıt ihtiyacının bu tarz sistemler ile temininin sağlanması ile gerek ekonomik gerekse güvenlik zafiyetleri azaltılmış olacaktır.Gazlaştırma, biokütleden sentez gazı elde edilen termo-kimyasal bir yöntemdir ve günümüzün en yaygın teknolojilerden biri haline gelmiştir. Bu süreçte sentez gazı karbon içerikli biyokütle kaynağının sınırlı oksijen ile gazlaştırma odasında yakılması ile oluşturulmaktadır. Bu süreç piroliz olarak da adlandırılmaktadır. Gazlaştırma tesislerinde atıkların (biyoyakıt) kimyasal yapılarında belirli oranlarda metan (CH4), karbondioksit (CO2), sülfür dioksit (SO2), etilen (C2H4), CH4, H2, ve CO, gibi maddeler bulunabilmektedir.Bu çalışmada orman ürünleri atıklarının gazlaştırılması ve bundan yakıt üretimi için aşağı akışlı gazlaştırıcı (downdraft gasifier) sistemi ile deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda geliştirilmiş bir aşağı akışlı gazlaştırıcı sistemi kullanılarak gazlaştırma çalışmaları gerçekleştirilmiş ve optimum çalışma koşulları belirlenmiştir. Gazlaştırma hammaddesi olarak orman atıkları değerlendirilerek gazlaştırma gerçekleştirilmiştir. Tasarımı yapılmış ve kurulmuş olan bir sistem bu çalışmaya özgün olarak revize edilerek deneme çalışmaları yapılmıştır. Sistemde bulunan reaktör 400°C ye kadar ısıtılmış ve bunu takiben orman atığı yakıt beslemesi yapılmıştır. Sisteme orman atığı olarak 3 cm ile 5 cm boyut aralığında ve nem oranın %15 olan 10kg odun talaşı yüklenerek gazlaştırma gerçekleştirilmiştir. Çalışma süresince sıcaklık, basınç ve çıkan gazların ölçümleri yapılmıştır. Yapılan analizler sonucunda sistemden CO, H2, CO2 ve CH4 gazlarının oluştuğu belirlenmiştir. Verimin maksimum ve çevreye verilen zararın minimum olması için, sistem parametreleri (yakıt/hava oranı gibi) optimize edilmiştir. Sonuç olarak biokütlenin gazlaştırılması ile elde ettiğimiz gaz ile elektrik enerjisi, ısı enerji gibi enerji türlerine uygun jeneratörlerle dönüşüm sağlanabileceği görülmüştür.

Fuels produced from biomasses are more environmentally-friendly comparing with fossil fuels. In the process of waste-usage as fuels (household or industrial wastes, sewages, woodchips etc.) in gasification systems, environment is not only protected from negative effects of the wastes but also provide positive effects by recycling them. The importance of energy in today's world is very tremendous. Strategically energy need for defence system utilities such as tank, truck, and armoured car are also very important. In case of war the transfer or the use of these vehicles requires fuel. Supplying fuels with such systems may prevent adverse situation that may arise from economic or security reasons. Gasification, one of the most widely used technologies of today, is a thermo-chemical process that producing syngas from biomasses. In this process, pyrolysis of carbon-containing biomass sources is carried out under limited oxygen combustion to generate syngas in the gasification chamber. The process consists of combusting carbon-based biomasses with limited oxygen in a reactor. This process is also called as pyrolysis. The chemical content of biofuels produced from gasification are mainly; methane (CH4), carbon dioxide (CO2), sulphur dioxide (SO2), ethylene (C2H4), H2, and CO which exist in different ratios.In this study, experimental studies are performed with downdraft gasifier system to produce fuel from wastes of forest products. In this content, optimum operating conditions are determined. A pyrolysis set-up constructed before was utilised for the present work. For the purpose of this study some reconstruction were made on this set-up and experimental studies are performed.In these experiments, the system was preheated to 400°C and then 10 kg of woodchips with sizes between 3 cm to 5 cm and have 15% humidity are loaded to the system and started to produce syngas. The temperature, the pressure and the amount of gases are monitored and measured during experimental runs. Gases of CO, H2, CO2 and CH4 are detected while monitoring the experiments. The required parameters are calculated and optimised to make the system work smoothly with maximum output and minimum damages to environment by changing the air/fuel ratio. As a result, it is seen that syngas produced from biomass gasification can be converted to heat and electricity using suitable generators.