Çoklu lineer regresyon metodu kullanılarak toplam karbon, hidrojen, kükürt ve üst ısıl değer tahmini

Dünyada nüfusun artmasıyla enerji ihityacı da artmaktadır. Dünyada termal ve elektrik enerjisi başlıca fosil hidrokarbon yakıtlar kullanılarak üretilmektedir. Dünyadaki elektrik enerjisinin %40'ından daha fazlası kömür kullanılan termik santraller tarafından üretilmektedir. Tüm dünyada elektrik üretimi tahminleri gösteriyor ki; elektrik üretiminin artması ile kömür kullanımının da orantısal olarak artacağı yönündedir. Türkiye'de toplam elektrik üretiminin %28,2'si kömür kullanılarak üretilmektedir. Bu üretiminin %42'si ithal edilmiş kömürlerden üretilmektedir. İthal edilen kömürlerin büyük çoğunluğu bitümlü ve alt bitümlü taş kömürleridir. Ayrıca ithal kömürlerin önnemli kısmını ısınma kaynaklı taş kömürleri oluşturmaktadır. Kömür fosil yakıtların arasında büyük bir enerji kaynağı olmasının yanı sıra, madenden demir çelik üretiminde hammadde kaynağından atık su saflaştırılmasına kadar birçok sayıda kullanım alanı mevcuttur. Kömür başlıca, karbon, hidrojen, azot ve oksijen elementlerin bileşiminlerinden oluşmuş, yanabilen, sedimanter organik tortul bir kayaçdır. Kömürde organik yapıların haricinde inorganik yapılar da bulunmaktadır. Karbon, hidrojen, kükürt kömür içinde organik yapıda ve inorganikyapıda bulunmaktadır. İnorganik yapılar içinde başlıca Fe, Si ve Al ve iz elementler de bulunmaktadır. İnorganik mineraller oksitlendiğinde kül meydana gelir. Ancak kül içeriği, kömürdeki mineral madde içeriği ile eşit değildir. Kömür milyonlarca yıl oluşma sürecinde, ısı, basınç ve mikrobiyolojik etkilerin sonucunda meydana gelmiştir. Kömürleşme süresinin ilk evresi, bitkisel artıkların fiziksel, kimyasal, mikrobiyolojik ve tektonik hareketlerle turbalaşma aşamasıdır. Kömürleşme süreci, turbanın oluştuğu bataklıkta turbanın üzerinin ince klastik veya diğer sedimentlerle örtülmesiyle başlamaktadır. Turba içerisinde bulunan, H2O, CO2 ve O2 moleküllerinin uzaklaşmasıyla, turba, sırasıyla linyit, alt bitümlü kömür, taş kömürüne dönüşür. Taş kömüründen H2 uzaklaşmasıyla da antrasite dönüşür. Kömür oluşum süreci herhangi bir aşamada durduğunda oluşum bir daha başlamamak üzere sonlanır ve geri döndürülemez. Kömürün fiziksel ve kimyasal özelliklerini etkileyen birçok parametre vardır. Bu nedenle, 200 yıldan beri araştırmacılar, bilim insanları ve sanayiciler tarafından birtakım özellikleri kullanılarak sınıflandırmaya tabi tutulmuştur. Kömür, ısıl değeri, uçucu maddesi, karbon, hidrojen içeriğine göre sınıflandırılmış ve linyit, taş kömürü ve antrasit olarak isimlendirilmiştir. Kömür oluşum ham madde kaynağına göre de sınıflandırılmıştır. Ham madde kaynağı, hümik asit, fulvik asit ve humin olan hümik kömürler, çoğunlukla kömürleşmiş bitki parçalarından oluşur ve bantlı bir görünüme sahiptir. Alglerden ve/veya sporlardan oluşmuş sapropelik kömürler ise homojen görünüme sahiptir. Kömür endüstride nihai kullanıcılar olarak ısıl kömür ve metalurjik kömür olarak sınıflandırılır. Ancak en önemli sınıflandırma bilimsel sınıflandırmadır. Bilimsel sınıflandırmada kömürde bulunan uçucu madde içeriği, karbon ve hidrojen muhtevası ve ısıl değeri kullanarak yapılmaktadır. Bu sınıflandırma sonucuna göre linyit, bitümlü ve alt bitümlü kömür, semi antrasit, antrasit ve meta antrasit olarak ayrılmıştır. Kömürün kalitesi kömürün olgunlaşmasına bağlıdır. Başka bir deyişle, kömürün kalitesi kömürleşme ya da kömürün metamorfizma derecesiyle ilişkilidir. Turbadan, linyit, taşkömürü ve sonunda da antrasite dönüşmektedir. Bu derecelendirme kömürün karbon içeriğini, ısıl değeri, yansıtma özelliğini, optik anisotropisi, aromatik yapısı artarken, uçucu maddesi, oksijen içeriği, hidrojen içeriği, yanma özelliği ve çözünürlüğü azalmaktadır. Kömüre nem, kül, uçucu madde ve sabit karbon içeriği analizleri ile karbon, hidrojen, kükürt içeriği ve ısıl değer analizleri en sık uygulanan analizler arasında yer almaktadır. Bu analizler, ulusal ve uluslararası test metotları ile yapılmaktadır. Bunun yanı sıra literatürde uygulanan ampirik eşitlikler de mevcuttur. Bunun en bilineni EN ISO 1928 metodunda açıklanmış Seyler metodu kullanılarak uygulanan hidrojen içeriğinin tahminidir. Ancak bu metod hidrojen muhtevası %3 ve daha fazlası için uygulanmaktadır. Literatürde yapılmış bu ampirik hesaplamalar en küçük kareler yönteminden yararlanılarak çoklu lineer regresyon metotları kullanılarak uygulanmıştır. Regresyon analizi istatistik bir metottur ve bir bağımlı değişken ve bir veya daha çok bağımsız değişken verileri kullanarak, aralarındaki ilişkiyi açıklamak için kullanılır. Regresyon analizinin amacı bağımsız değişken ya da açıklayıcı değişken X ve bağımlı değişken ya da açıklanan ya da cevap Y ile arasındaki ilişkiyi matematiksel bir formülle oluşturmaktadır. Regresyon analiz metodu parametrik ve parametrik olmayan teknikler için uygulanabilir. Parametrik olmayan teknik bağımlı değişken ile bağımsız değişken arasında doğrusal bir ilişki olmayan veriler için uygulanırken, parametrik teknik doğrusal ilişki olan veriler için uygulanır. Parametrik teknikle uygulanan regresyon analizi basit lineer regresyon ve çoklu lineer regresyon olarak uygulanmaktadır. Basit lineer regresyon analizi bir bağımlı değişken ve bir bağımsız değişken için uygulanırken, çoklu lineer regresyon analizi bir bağımlı değişken ve birden çok bağımsız değişken için uygulanmaktadır. Türkiye enerji üretiminde dışa bağımlı bir hal kazanmasından dolayı yerli kaynaklara yatırım yapılmaktadır. Ancak ne kadar yerli yatırımlar devam etse de Türkiye'nin endüstriyel gelişmeler sürdürmesinden dolayı ithal taş kömürleri de kullanılmaya devam etmesi kaçınılmaz bir gerçektir. Ancak kömürler fiziksel ve kimyasal özelliklerine göre kullanım alanı değişmektedir. Bu nedenle, kömüre uygulanan analizler önem kazanmaya devam edecektir. Kömür her ne kadar önemli bir kaynak olsa da küresel ısınmaya neden olan sera gazının artmasına neden olmaktadır. Küresel ısınma, kuraklık, birçok türün neslin tükenmesine, deniz seviyesinin yükselmesine, ekolojik dengenin bozulmasına neden olmaktadır. Bu nedenle Paris'te Türkiye de dahil olmak üzere 195 ülke sera gazlarının azaltılmasına yönelik Paris Antlaşması imzalanmıştır. Bundan dolayı Türkiye Cumhuriyeti Çevre ve Şehircilik Bakanlığı tarafından Sera Gazı Emisyonlarının Takibi Hakkında Yönetmelik yayınlanmıştır. Bu yönetmelik içinde, endüstride kullanılan kömürlerin alt ısıl değer ve karbon analizlerinin belirli periyotlarda yapılması gerekmektedir. Bu nedenle kömüre uygulanan analizler de önem kazanmıştır. Kömüre uygulanan analizler dışarıdan ithal edilen cihazlar kullanılarak yapılmaktadır. Döviz kurunun artması ile cihazlar günbegün artmaya devam etmektedir. Bunun sınucunda kömüre uygulanan analizler yerine çoklu lineer regresyon ile çıkartılmış eşitlikler kullanılabilir. Kömüre yapılacak analizler için yüksek saflıkta oksijen gazı tüketilmektedir. Yüksek saflıkta oksijen gazı ithal edilmektedir ve çok pahalıdır. Buna ek olarak laboratuvarda bu analizleri yapacak insan kaynağına ve zamana ihityaç vardır. Laboratuvardan çıkacak sonuçların hızlı bir şekilde üretime gitmesi gerekmektedir. Ancak çoklu lineer regresyonla oluşturulmuş formullerle sonuçlar hızlı bir şekilde hesaplanarak üretim hattına kömür alınabilir. Bu çalışmada 84 adet farklı özelliklere ve kalitelere sahip olan 41 adet linyit, 41 adet taş kömürü ve 2 adet antrasit kömür kullanılmıştır. 84 adet numuneye nem, kül içeriği, uçucu madde miktarı, sabit karbon içeriği, karbon, hidrojen, kükürt muhtevası ve üst ısıl değer ve alt ısıl değer analizleri yapılmıştır. Bu analiz sonuçları orijinal bazdan kuru baza çevrilmiştir. Elde edilen sonuçlar arasında korelasyon grafikleri oluşturulmuş ve değerlendirilmiştir. Bu değerlendirmeler sonucunda en küçük kareler yöntemi ile çoklu lineer regresyon analizi yapılmıştır. Kuru bazda kül, uçucu madde ve sabit karbon analiz sonuçlarından karbon, hidrojen, kükürt içeriği eşitlikleri, kuru bazda kül, sabit karbon ve kuru ve külsüz bazda uçucu madde sonuçlarından kuru bazda karbon, hidrojen ve kükürt içerikleri için formuller türetilmiştir. Bununla birikte, kuru bazda kül, karbon, hidrojen ve kükürt içeriğinden, kuru bazda üst ısıl değer formulü, kuru bazda kül, uçucu madde, karbon, hidrojen ve kükürt içeriğinden, kuru bazda üst ısıl değer formulü, kuru bazda kül, uçucu madde, sabit karbon, karbon, hidrojen ve kükürt içeriğinden, kuru bazda üst ısıl değer formulü, kuru bazda karbon, hidrojen ve kükürt içeriğinden, kuru bazda üst ısıl değer formulü türetilmiştir.Son olarak orijinal bazdaki karbon, hidrojen ve üst ısıl değer tahmini sadece orijinal bazdaki uçucu madde ve sabit karbon verileri kullanılarak formül türetilmiştir. Türetilen formüller, genel analizler, linyit ve taş kömürü için yapılmıştır.