Biyokütleden hidrojen üretiminin simülasyonu ve katalitik filtrenin ürün gazı üzerine etkisinin deneysel olarak incelenmesi

Sınırlı enerji kaynakları, artan yakıt ihtiyacı, endüstrileşme, çevre sorunları ve iklim değişikliği gibi olumsuz etkiler; yeni, rezervi yüksek, kolay işlenebilir, temiz ve düşük maliyetli enerji kaynaklarına yönelimi zorunlu kılmıştır. Fosil yakıtların yanmasından kaynaklanan sera gazı emisyonları ve yüksek enerjili temiz bir yakıt ihtiyacı üzerine artan endişeler, "biyo-hidrojen" olarak da bilinen biyolojik yenilenebilir kaynaklardan hidrojen üretimine ilgi uyandırmıştır. Biyokütle dönüşüm teknolojileri arasında verimli ve temiz olması sebebiyle gazlaştırma, biyoyakıt üretiminde daha çok tercih edilmektedir. Gazlaştırma, yakıt kaynaklarından enerji eldesinin ve katıların gazlara kısmi veya tamamen dönüşümü yoluyla kullanılabilir bir forma dönüştürülmesinin en etkili yollarından biridir. Hidrojen, gazlaştırma sürecinin bir yan ürünüdür ve biyokütle gibi temiz ve yenilenebilir bir kaynaktan üretildiğinde, çevre kirliliği ve emisyon konularındaki endişeleri azaltacaktır. Hidrojen enerji taşıyıcı bir yakıttır ve yakıt hücreleri gibi farklı enerji uygulamalarında kullanılmak üzere verimli bir şekilde diğer enerji formlarına dönüştürülebilen esnekliğe sahiptir. Çalışmada, çeşitli biyokütlelerin gazlaştırılmasıyla hidrojence zenginleştirilmiş sentez gazı üretiminin ASPEN HYSYS simülasyon programı ile modellenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, modelleme için ülkemizdeki biyokütle potansiyeli değerlendirilerek dört farklı biyokütle (fındık kabuğu, badem kabuğu, mısır atıkları ve ağaç atıkları) kaynağı seçilmiştir. Yapılan simülasyonda gazlaştırıcı çıkışında elde edilen ham sentez gazı bileşimi, modellemenin giriş akımı olarak kullanılmıştır. Ana giriş akımı (gazlaştırıcı çıkışı), katran ve istenmeyen partiküllerden arındırılarak su gaz dönüşüm reaktöründe (WGS) uygun sıcaklıkta şartlandırılmakta, böylece hidrojence zengin bir gaza dönüşmektedir. Hidrojen açısından zenginleştirilen bu gaz, saflaştırılmak üzere basınçlandırılarak, basınç salınımlı adsorpsiyon (PSA) ünitesine beslenmekte ve saf hidrojen elde edilmektedir. Yapılan modellemede, gazlaştırıcı ikinci kademesi (freeboard) sıcaklığına ve sentez gazının şartlandırılması için kullanılan su miktarına bağlı olarak H2/CO oranı, buhar/CO oranı, WGS reaktör sıcaklığı, WGS dönüşüm yüzdesi simüle edilerek oluşan gaz bileşimi incelenmiştir. Ayrıca, her modelleme için soğuk gaz verimi ve sistemin hidrojen üretim hızı hesaplanmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında, katalitik filtrenin hazırlanması ve sonrasında bu filtrenin katran dönüşümündeki performansının deneysel ortamda test edilmesidir. Deney sonucunda katran ve metan dönüşümleri ile gaz içeriğindeki değişimler incelenmiştir. Katran dönüşüm prosesi, deney verileri kullanılarak ASPEN HYSYS programında simüle edilmiş ve simülasyon sonuçları ile deney sonuçları karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Yapılan modellemeler sonucunda, 1,466 kg/h hidrojen üretim miktarı ile diğer biyokütlelerin kullanıldığı simülasyonlara göre en yüksek hidrojen üretiminin ağaç atıklarının kullanıldığı simülasyonda gerçekleştiği görülmüştür. Aynı zamanda bu simülasyonda hidrojen üretim hızı %79 ve soğuk gaz verimliliği %74 olarak hesaplanmıştır. Katran dönüşümü deney sonuçlarına göre ise, badem kabuğu atıkları ve atık odun biyokütlelerinin kullanıldığı durumlarda katran dönüşümü en etkin şekilde gerçekleştiği görülmüştür.