Zeytin budama ve sera domates artıklarının peletlenmesinde sıcak buhar uygulaması ve pelet torefikasyon işleminin pelet kalite parametrelerine etkisinin belirlenmesi

Son yıllarda, evsel ve endüstriyel ısıl ihtiyaçların karşılanması amacıyla odun peletlerinin üretimi ve tüketimi dünya çapında artış göstermiştir. Artan talep, odun peletlerinin birincil hammaddesi olan orman endüstrisi artıklarının sürdürülebilir temininde aksaklıklara neden olmaktadır. Bu durum dünya çapındaki başlıca pelet üreticisi ülkelerin hammadde veya doğrudan odun peleti ithalatına yönelmesine neden olmuştur. Yerli enerji kaynağı kullanımının son derece stratejik olduğu günümüzde, mevcut tarımsal artıkların pelet olarak değerlendirilmesi pelet hammaddesi temin sorunlarına çözüm niteliğindedir. Tarımsal artıkların pelet olarak değerlendirilebilmesi için orman ürünlerinden farklı olan peletleme değişkenlerinin optimize edilmesi ve yakıt iyileştirme teknolojileriyle uyumluluğunun araştırılması konusunda ulusal ve uluslarası literatürde eksiklik bulunmaktadır. Tarımsal artıkların ürün bazında değişken fiziksel ve kimyasal yapısı her bir tarımsal artığın peletlenebilme karakteristiklerinin ve termokimyasal dönüşüm yöntemlerine tepkilerinin ürün bazında belirlenmesi gerekliliği ortaya çıkmaktadır. Tarımsal artıkların sürdürülebilir temini, peletleme değişkenlerinin optimize edilmesi ve peletlere yakıt iyileştirme teknolojilerinin uyarlanmasıyla dünya çapında pelet üretimine önemli katkılar sunması beklenmektedir. Bu çalışmada, tarımsal artıklardan sera domates sapları (SD) ve zeytin budama (ZB) artıkları alternatif pelet hammaddesi olarak kullanılmıştır. Odun peleti üretiminde yaygın biçimde kullanılan sıcak buharlı peletleme yöntemi tarımsal artıklara uyarlanarak, sıcak buhar düzeyinin peletleme parametrelerine, pelet fiziksel özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Tarımsal artıkların odun peletlerine ve kömüre kıyasla görece düşük kalitede yakıt özelliklerine sahip olması nedeniyle torefikasyon yöntemiyle peletlerin yakıt özelliklerinde iyileştirme işlemi yapılmıştır. Elde edilen peletler otomatik beslemeli ev tipi bir pelet sobasında yakılarak yanma performansları ve baca gazı emisyonu değerleri incelenmiştir. Çalışma sonunda elde edilen sonuçlara göre, sıcak buharlı peletleme işlemi pelet üretim kapasitesini SD peletlerinde %112 arttırırken, ZB peletlerinde %50 artış meydana gelmiştir. Sıcak buhar uygulaması peletleme sırasında özgül enerji tüketimlerini düşürerek SD'de 114.07 kWh/ton, ZB'de 152.80 kWh/ton değerleri hesaplanmıştır. Sıcak buhar, peletleme sırasında hammadde fiziksel özellikleri ve lignoselülozik yapıya göre her iki tarımsal artığın pelet üretim parametreleri ve pelet fiziksel özelliklerine farklı düzeylerde etki etmiştir. Genel anlamda, sıcak buhar düzeyinin artışı, peleti oluşturan öğütülmüş partiküller arası bağı kuvvetlendirerek daha yoğun ve dayanıklı peletler üretilmesine olanak sağlamıştır. Böylece, SD peletlerinde en yüksek parça yoğunluğu ve yığın yoğunluğu değeri sırasıyla 1395 kg/m3 ve 833 kg/m3 olarak hesaplanmıştır. ZB peletleri için en verimli buhar düzeyinde parça yoğunluğu ve yığın yoğunluğu değerleri sırasıyla 1289 kg/m3 ve 736 kg/m3'tür. Sıcak buhar uygulamasının pelet üretim parametreleri ve pelet fiziksel özellikleri üzerindeki iyileştirme etkisi öğütülmüş hammaddenin partikül boyutu ve lignoselülozik içeriğiyle doğrudan ilişkilidir. Peletlerin torefikasyonu azot ortamında, 220, 250 ve 280 °C sıcaklıklarda 15 dakika işlem süresince gerçekleştirilmiştir. Artan sıcaklık peletlerin yakıt özelliklerinde iyileşmeye neden olurken, fiziksel açıdan pelet kırılganlıklarında artış meydana gelmiştir. Ayrıca, sıcak buhar düzeyinin artışı sıcak buharsız peletlemeye göre daha yoğun formda peletler üretilmesine olanak sağladığı için yoğun peletler torefikasyona karşı direnç göstermişlerdir. Torefikasyon işlemiyle elde edilen en yüksek iyileştirme faktörü SD ve ZB peletlerinde sırasıyla 1.20 ve 1.18 olarak hesaplanmıştır. İşlem görmemiş SD peletlerinin 16.91 MJ/kg olan ısıl değeri torefikasyon işlemiyle 20.29 MJ/kg'a, ZD peletlerinde 17.52 MJ/kg olan ısıl değer 20.73 MJ/kg'a yükselmiştir. Artan torefikasyon sıcaklığıyla koyulaşan peletlerin renk parametreleri farklılığyla torefikasyon verimlilikleri arasında yüksek düzeyde ilişki (R2≥0.90) tespit edilmiştir. Peletlerin yakılmasında, domates sapı artıklarının içerdiği plastik askı ipi ve plastik klip partikülleri yanma odasında cüruflaşma ve tıkanma meydana getirmiştir. Bu bakımdan verimli yanma için yeterli hava akışının sağlanamaması CO ve NOx emisyonlarının sırasıyla 2363-11616 ppm ve 123-296 ppm düzeylerinde elde edilmesine neden olmuştur. Sera domates saplarının %0.26-0.44 düzeyinde kükürt içermesi yanma sırasında 35-203 ppm düzeylerinde SO2 salınımı meydana getirmiştir. ZD peletlerinin yakılması sırasında yanma odasında kül birikmesi ve cüruflaşma meydana gelmemiş olup, yanma verimleri SD peletlerine göre oldukça üstündür. SD ve ZD peletlerinin ortalama baca gazı sıcaklıkları sırasıyla 110-213 °C ve 198-269 °C düzeylerindedir. ZD peletlerinde CO ve NOx emisyonları sırasıyla 764-2353 ppm ve 134-206 ppm aralığındadır. Tarımsal artıkların peletlenme karakteristikleri artık tipine, öğütülmüş hammadde parçacık boyutuna ve sıcak buhar düzeyine göre farklılık göstermektedir. Bu bakımdan, tarımsal artıkların verimli peletleme işlemi için peletleme değişkenlerinin artık tipine göre ayrı ayrı değerlendirilmesi gerekmektedir. Yakıt özelliklerini iyileştirmek adına kullanılan torefikasyon işlemi tarımsal artıkların yakıt kalitesini arttırmak için kullanılabilecek umut vadeden bir dönüşüm teknolojisidir. Tarımsal ürünlerin yetiştiriciliğinde kullanılan azot ve kükürt içerikleri gübreler tarımsal artıklardan elde edilen biyokütle yakıtlarının elementel içeriklerine ve yanma karakteristiklerine doğrudan ve dolaylı olarak etkide bulunurlar. Ayrıca, seralarda yetiştiricilikte kullanımı zorunlu olan askı ipi, plastik klips gibi yabancı maddelerin, sera artıklarından üretilecek peletlerin yanma kalitesini olumsuz yönde etkileme potansiyeli bulunmaktadır. Genel anlamda, tarımsal artıkların pelet hammaddesi olarak kullanımı ulusal enerji kaynaklarının üretilmesi kapsamında stratejik öneme sahiptir. Tarımsal peletlerin ısıl verimliliğinin maksimize edilmesi için özgün yakma sistemleri ve yakma yöntemlerinin üzerine çalışmalar yürütülmesi gerekmektedir.