Biyokütle pirolizinde modelleme ve deneysel yaklaşımlar: Yapay sinir ağları & guard reaktör uygulamaları

Gerçekleştirilen çalışmada, biyokütle pirolizi yavaş ve hızlı piroliz teknolojileri kullanılarak farklı bakış açıları ile ele alınmıştır. Çalışmada, atıktan türetilmiş yakıt (ATY), zeytinyağı üretimi artığı olarak da bilinen pirina ve orman endüstrisi artığı olacak şekilde üç farklı biyokütle kaynağı kullanılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında, biyokütle pirolizinin yüksek sıcaklık bölgesindeki bozunma davranışlarını detaylı olarak irdeleyebilmek için yavaş piroliz çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Bununla birlikte, biyokütle pirolizinin kinetiği modele bağlı ve modelden bağımsız kinetik yaklaşımlar kullanılarak modellenmiştir. Piroliz çalışmaları sonucunda, biyokütle pirolizinin i) nem çıkışı, ii) ana yapının (hemiselüloz ve selüloz) bozunması ve iii) yapıdaki ligninin bozunması ve yarı kokun gazlaşması aşamalarından oluştuğu sonucuna varılmıştır. Seçilen hammaddelerin yapısal farklılıkları, piroliz davranışlarını direkt olarak etkilemiştir. Pirina ve orman biyokütlesinin bozunması bu üç adımda gerçekleşirken, ATY'nin bozunması 190-890C arasında dört farklı adımda gerçekleşmiştir. ATY'nin yapısında ek olarak plastik ağırlıklı malzemeler de yer aldığından, piroliz davranışlarının diğer hammaddelerden daha karmaşık olduğu gözlemlenmiştir. Ek olarak, yapılan çalışmada, YSA'nın biyokütle pirolizindeki uygulaması, iki farklı açıdan irdelenmiştir. Çalışmaların ilk basamağında, diğer iki hammaddeden daha karmaşık bir yapıya, dolayısıyla termal bozunma davranışına sahip olan ATY'nin piroliz davranışlarını deney yapmadan tahmin edebilmek amacıyla bir YSA modeli oluşturulmuştur. Gizli katman sayısı, gizli katmandaki nöron sayısı, öğrenim sayısı, aktivasyon fonksiyonunun türü gibi YSA performansını etkileyen model yapısı ve parametreleri detaylı olarak tartışılmıştır. Bir sonraki aşamada ise YSA ile biyokütlenin termal davranışlarının modellenmesinde, birden fazla biyokütle kullanılarak YSA performansı test edilmiştir. Ayrıca, YSA tarafından tahmin edilen verilerin sonraki alanlarda uygulanabilirliğini görmek amacıyla, YSA'nın tahmin ettiği termal veriler kullanılarak piroliz aktivasyon enerjileri hesaplanmıştır. Modelleme çalışmaları sonucunda, YSA kullanılarak bazı ısıtma hızları için deney yapılmasına gerek kalmaksızın termal davranışların tahmin edilebileceği sonucuna varılmıştır. Buradan yola çıkarak, YSA ile termal analiz cihazının fiziksel kısıtlarından dolayı ulaşılması güç olan ısıtma hızlarındaki, tekrar deneylerinin yapılamadığı az miktardaki hammaddelerin veya eldeki bireysel termal verilerden yola çıkarak karışımların (biyokütle-kömür, biyokütle-plastik veya kömür-plastik) genel termal davranışlarının tahmininde rahatlıkla kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Son aşamada ise, hızlı piroliz sistemine guard reaktör entegresinin sistem üzerine etkisi incelenmiştir. Guard reaktörün, pilot ölçekteki hızlı piroliz deney düzeneğindeki ilk denemeler olduğu göz önüne alındığında, elde edilen sonuçların oldukça başlangıç aşaması için oldukça değerli olduğu, prosesin farklı türdeki yatak malzemeleri ve operasyon koşulları kullanılarak geliştirilebilmesinde büyük önem taşıdığı görülmüştür.