Makrofit yapılı göl bitkilerinden polygonum amphibium`un hidrotermal karbonizasyon yöntemiyle biyoyakıtlara dönüştürülebilirliğinin araştırılması

Abstract

Bu çalışmada, makrofit yapılı göl bitkilerden olan Polygonum amphibium (PA)'un hidrotermal karbonizasyon (HTC) yöntemiyle katı biyoyakıtlara dönüştürülebilirliği araştırılmıştır. Deneysel çalışmalar kimyasal ilavesi olmadan ve kimyasal ilavesi yapılarak (Asetik asit, KOH ve Na2CO3) kritikaltı sıcaklıklar (225-300 C), farklı alıkonma süreleri (10-40 dk) ve farklı biyokütle:su (1:4-1:12) seyreltme oranlarında bir paslanmaz çelik reaktörde gerçekleştirilmiştir. HTC işleminde en yüksek üst ısıl değerli (HHV, 25.52 MJ/kg) hidrokokun asetik asit ilavesinde, 275 C sıcaklık, 30 dk alıkonma süresi ve 1:8 biyokütle su oranı reaksiyon koşullarında elde edilmiştir. Bununla birlikte en yüksek verime (% 48.20) sahip hidrokoka 225 C sıcaklık, 30 dk reaksiyon süresi ve 1:8 biyokütle su oranı reaksiyon şartlarında ulaşılmıştır.Ayrıca bu çalışmada, PA'nın HTC işleminden elde edilen hidrokokların hava atmosferinde termogravimetrik analiz (TGA) yoluyla 10, 20, 30 ve 40 C/dk farklı ısıtma hızlarında yanma kinetiği ve kinetik parametreleri incelenmiştir. TG eğrilerinin benzer eğilim göstermesinden dolayı PA hidrokoklarının yanma reaksiyonlarının ısıtma hızından bağımsız olduğu tespit edilmiştir. Kinetik parametreler Dağılımlı Aktivasyon Enerji Modeli (DAEM) ile hesaplanmıştır. HTC işleminden elde edilen PA hidrokokları için elde edilen aktivasyon enerji değerlerinin dönüşüm oranının 0.2'den 0.8'e artmasıyla azaldığı tespit edilmiştir.

In this study, convertibility of macrophyte lake plant Polygonum amphibium (PA) into solid biofuels by hydrothermal carbonization (HTC) method was examined. Experimental studies were conducted in a stainless steel reactor with and without chemical additives (Asetic acid, KOH and Na2CO3) at subcritical temperatures (225-300 C), different retention times (10-40 min) and various biomass:water dilution ratios (1:4-1:12). The hydrochar with the highest heating value (HHV, 23.92 MJ/kg) obtained at reaction conditions of 275 C temperature, 30 min retention time and 1:8 biomass:water ratio. However, maximum yield (% 48.20) of hydrochar achieved under reaction conditions of 225 C, 30 min and biomass:water ratio 1:8.Furthermore in this study, combustion kinetics and kinetics parameters of hydrochars produced from HTC process of PA were investigated at different heating rates 10, 20, 30 and 40 C/min by thermogravimetric analysis (TGA) under air atmosphere. The combustion reactions of PA hydrochars were determined independent from heating rate due to similar trends in TG curves. The kinetics parameters were calculated by Distribution Activation Energy Model (DAEM). The activation energies for PA hydrochars obtained from HTC process showed decrease with the progress in conversion degree from 0.20 to 0.80.