Bağ budama artıklarından torrefaksiyon ile katı yakıt üretimi

Sunulan bu çalışmada bağ budama işlemi sonrası elde edilen atık biyokütlenin torrefaksiyon işlemi ile kullanılabilir bir katı yakıta dönüştürülmesi amaçlanmaktadır. Bunun için bağ budama atığı sabit yatak sisteminde torrefaksiyon işlemine tabi tutuldu. Ürün verimi ve katı ürünün özelliklerine, sıcaklık, işlem süresi ve taşıyıcı gazdaki N2 ve O2 konsantrasyonu gibi işlem parametrelerinin etkisi incelendi. Torrefaksiyon işlemi 220, 250, 280 °C sıcaklık, 0, 10, 20, 40, 60 dakika işlem süresi ve % 0'dan % 21 O2'e kadar dört farklı oksijen konsantrasyonu içeren azot-hava karışımından oluşan taşıyıcı gaz ortamında gerçekleştirildi. İşlem sonunda elde edilen katı ürünün özelliklerinin belirlenmesi ve ham biyokütle ile karşılaştırılması için; kısa, elementel, FTIR, TGA ve DTA analizleri yapıldı ve üst ısı değerleri belirlendi. Bağ budama işlemi sonrası elde edilen atık biyokütlenin torrefaksiyon işlemi ile kullanılabilir bir katı yakıta dönüştürülmesi amacıyla yapılan çalışma sonucunda, ürün veriminin en fazla çalışma sıcaklığından etkilendiği ve artan sıcaklıkla katı ürün verimi düşerken sıvı ve gaz ürün veriminin arttığı belirlendi. İşlem süresinin ise büyük boyuttaki örneklerde etkili olduğu görüldü. Hava ve azot ortamında yapılan torrefaksiyon işlemleri karşılaştırıldığında, hava ortamında katı ürün, azot ortamında ise sıvı ve gaz ürün miktarlarının yüksek olduğu bulundu. Artan işlem sıcaklığının katı ürünün sabit karbon oranını artırdığı ve hafif torrefaksiyon şartlarında O2 konsantrasyonunun katı ürünün bileşimini etkilemediği belirlendi. Azot atmosferinde ve şiddetli torefaksiyon şartlarında katı ürünün H/C ve O/C oranlarının yerleştirildiği Van Krevelen diyagramında turba ve lignin bulunduğu bölgeye yaklaştığı tespit edildi. Ayrıca inert ortamda artan işlem sıcaklığı ile üst ısı değeri artarken enerji veriminin azaldığı belirlendi. 280˚C'de torrefiye edilen biyokütlenin enerjisinin % 79.73'ünün korunduğu ve üst ısı değeri kömüre yaklaştığı için bağ budama atığının torrefaksiyonunun bu sıcaklıkta yapılmasının uygun olacağı sonucuna varıldı. İnert ortamda elde edilen katı ürünün fonksiyonel gruplarının artan işlem sıcaklığından etkilediği belirlendi. Ham biyokütle ve azot atmosferinde 250 ve 280˚C sıcaklıkta elde edilen torefiye biyokütlelerin TGA ve DTA eğrileri, torefaksiyon sıcaklığının lignoselülozik yapı üzerinde etkili olduğu ve artan torrefaksiyon sıcaklığı ile lignin içeriği yüksek bir katı ürün elde edilebileceği sonucuna varıldı. İnert ve oksidatif ortamda elde edilen katı ürünlerin TGA-DTA eğrileri, oksidatif ortamda yapılan torrefaksiyonun veriminin inert ortamdan düşük olduğunu gösterdi.