Atık lignoselülozik biyokütlenin su ve etanol içerisinde katalitik sıvılaştırılması

Abstract

21. yüzyılda, fosil kaynakların daha sürdürülebilir alternatif kaynaklarla değiştirilmesi en büyük zorluklardan biridir. Lignoselülozik biyokütle, çevre dostu ve yenilenebilir olmak, yaygın olarak bulunmak gibi temel kriterlere sahip az sayıda kaynaktan biridir ve petrolün aksine oksijen oranı yüksek, katı ve heterojen bir maddedir. Bu nedenle, yakıtlara ve değerli kimyasallara dönüşümü için verimli süreçler geliştirmek çok önemlidir. Su ve etanol, lignoselülozik biyokütlenin dönüşümü için yaygın olarak kullanılan reaksiyon ortamlarıdır. Bu çalışmada, lignoselülozik biyokütle (meşe talaşı, ladin talaşı, göknar talaşı ve üzüm çekirdeği) su ve etanol içerisinde katalizörsüz ve katalizörlü (ZSM-5, MgCl2:TiCl4, KF/Al2O3, Pd/C, Sm(OTf)3, La(OTf)3, Cu(OTf)2) ortamda sıvılaştırılmıştır. Deneyler 250, 300 ve 350°C sıcaklıklarda ve 15, 30 ve 60 dakika reaksiyon sürelerinde gerçekleştirilmiştir. Katalizörlerin ürün (biyo-yağ ve katı ürün) verimine ve içeriğine etkisi incelenmiştir. Katı ürünlerin karakterizasyonu için taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve elementel analiz cihazları kullanılmıştır. Biyo-yağların analizi için GC-MS (gaz kromatografisi-kütle spektrometresi), elementel analiz ve termogravimetrik analiz (TGA) cihazları kullanılmıştır.

One of the biggest challenge in the 21st century is to replace fossil resources with more sustainable alternative resources. Lignocellulosic biomass is one of the few resources that provide the basic criteria such as being sustainable, environmentally friendly, and abundant and it has more oxygen as well as being solid and heterogeneous compared to petroleum. Therefore, it is at utmost importance to develop productive processes for its conversion into fuels and valuable chemicals. Water and ethanol are widely used reaction media for the conversion of lignocellulosic biomass. In this study, lignocellulosic biomass (oak sawdust, spruce sawdust, fir sawdust, and grape seed) was liquefied in water and ethanol without and with catalysts (ZSM-5, MgCl2:TiCl4, KF/Al2O3, Pd/C, Sm(OTf)3, La(OTf)3, Cu(OTf)2). The experiments were carried out at temperatures of 250, 300 and 350°C for reaction times of 15, 30 and 60 minutes. The effect of the catalysts on product (bio-oil and solid product) yield and content was investigated. Scanning electron microscope (SEM) and elemental analysis devices were used for the characterization of solid products. GC-MS (gas chromatography-mass spectrometer), elemental analysis and thermogravimetric analysis (TGA) devices were used for the analysis of bio-oils.