Biyokömürleştirme için parabolik güneş yoğunlaştırıcılı sistem tasarımı, kurulumu ve farklı biyokütle kaynakları için optimum işletme koşullarının belirlenmesi

Biyokütle enerjisi termokimyasal dönüşüm teknolojileri ülkemiz için öncelikli destek alanları arasında yer almaktadır. Bu teknolojiler enerji, çevre ve kimya gibi farklı alanlarda kullanılabilmektedir. En önemli avantajı ise, ihtiyaç duyulan formda (katı, sıvı veya gaz) ürün elde edilebilmesidir. Ürünler, ısıtma ve elektrik üretiminde yakıt olarak değerlendirilebilmekte veya kimyasal madde olarak satılabilmektedir. Katı ürün olan biyokömür "Torrefaction" olarak bilinen termal bir proses sonucu elde edilmektedir. Günümüzde toprak şartlandırıcı, linyit ile birlikte yakılabilecek alternatif bir yakıt veya diğer proseslere destek verebilecek önişlem ürünü olarak kullanılabilmektedir. Biyokütle karakteristiğine bağlı olarak 200°C – 300°C sıcaklık aralığında ve oksijensiz ortamda gerçekleştirilen bu proses pirolizin alt basamağıdır. Sadece hidrojen bağlarını kopararak yapısal bozunmanın sağlanması, nemin uzaklaştırılması ve en az düzeyde uçucu kaybı amaçlanır. Güneş enerjisi ise günümüzde hem ısıtma hem de elektrik üretiminde kullanılabilen yenilenebilir enerji kaynaklarındandır. Fotovoltaik sektörünün hız kazanması ve maliyetlerin düşürülmesi ile güneş yoğunlaştırıcılı sistemlerin, elektrik üretiminden ziyade kızgın buhar üretimi amacıyla kullanımı ekonomik olarak tercih edilmektedir. Yoğunlaştırılmış güneş enerjisi, su ve yağ gibi akışkanlara aktarılabildiği gibi katı maddeye de aktarılabilmektedir. Mevcut tez çalışmasında ise, biyokömürleştirme ile yüksek sıcaklığa ulaşabilen parabolik oluk tipi güneş yoğunlaştırıcı sistem birlikte kullanılmıştır. Böylece, laboratuvar ölçekli biyokömürleştirme sisteminin yatırım ve işletme maliyetlerini düşürmek hedeflenmiş, büyük ölçekli sistemler için altyapı oluşturmak amaçlanmıştır. "Concentrated Solar Power" (CSP) tesislerinden farklı olarak tasarlanan sistemde, parabolik yoğunlaştırıcıyla biyokömür üretim sistemi için gerekli enerjinin doğrudan temini gerçekleştirilmiştir. Bu yaklaşımla, doğrusal odak noktasına biyokömürleştirme reaktörü yerleştirilmiş ve laboratuvar ölçekli üretim sistemi prototipi kurulmuştur. Sistemin optik verimi yaklaşık 0,73 olarak hesaplanmış, tasarlanan borosilikat cam örtülü, arası vakumsuz, bakır selektif yüzey kaplı çelik alıcı boru ile toplam ısı transfer katsayısı 1,04W/m2K olarak bulunmuştur. Bunun yanında, elektrikli biyokömürleştirme sisteminde pamuk sapı, çam cipsi ve tavuk atığı gibi biyokütle kaynakları kömürleştirilmiştir. Sıcaklık, parçacık boyutu, yoğunluk ve bekletme süresi gibi performans parametrelerinin etkisi her biyokütle kaynağı için değerlendirilmiş ve optimum koşullar saptanmıştır. Elde edilen optimum proses koşulları tasarlanan ve kurulan güneş yoğunlaştırıcılı biyokömürleştirme sisteminde tekrarlanarak, biyokömür üretim verimleri karşılaştırılmıştır. Denemelerde elde edilen tüm biyokömürler literatürde verilen değerlerle uyumlu bulunmuştur. Prosesin kütle kaybı ve enerji verimiyle, biyokömürlerin karbon yüzdeleri, üst ısıl değerleri (HHV), H/C ve O/C atomik oranlarından yararlanılarak ANOVA istatistiki analizi yapılmıştır. Sıcaklığın bu sonuç değişkenleri üzerinde en önemli parametre olduğu saptanmıştır. Pamuk sapı biyokömürü için optimum üretim koşulları 318°C'de 60 dakika bekletme süresi ve 155 kg/m3 yığın yoğunluğu şeklinde elde edilmiştir. Çam cipsi biyokömürü için 5mm parçacık boyutlu hammaddeden 350°C'de 10 dakika bekletme süresi, tavuk atığı biyokömürü içinse 300°C'de 60 dakika bekletme süresi ile 200kg/m3 yığın yoğunluğu değerleri optimum koşullar olarak belirlenmiştir. Tasarlanan güneş yoğunlaştırıcılı biyokömürleştirme sisteminde, bakır selektif yüzeyli metal reaktörün en verimli alıcı olduğu saptanmıştır. Bu reaktörle optimum koşullarda gerçekleştirilen denemeler ile laboratuvar (lab.) ölçekli elektrikli biyokömürleştirme sistemi denemeleri karşılaştırılmış ve sonuç değişkenleri arasında ortalama %5,1 yüzdesel fark olduğu belirlenmiştir.