Atık biyokütle yenilenebilir bir hammaddedir. Piroliz, atık biyokütlenin geri dönüşümü için önemli teknolojilerden biridir. Değerli biyo-yağ, biyokömür ve piroliz gazı, hipoksi koşulu altında biyokütlenin pirolizi ile elde edilebilir.
Biyokütlenin Pirolizi Nedir?
Hızlı Piroliz ve Yavaş Pirolizin Karşılaştırılması
Piroliz iki alt gruba ayrılabilir: yavaş piroliz ve hızlı piroliz. Anahtar farklar, maksimum reaksiyon sıcaklığı ve ısıtma hızıdır. Farklı reaksiyon sıcaklıkları ve ısıtma hızları, ana piroliz ürünlerinin morfolojisini etkileyen temel faktörlerdir. Aşağıdaki tablo, yavaş ve hızlı pirolizin özellikleri arasında bir karşılaştırma sunmaktadır. Genellikle, yavaş piroliz katı kömür üretimini desteklerken, hızlı piroliz sıvı biyo-yağ üretimini destekler.
|
Özellikler |
Yavaş Piroliz | Hızlı Piroliz |
| Sıcaklık | 300 ℃ -600 ℃ |
600 ℃ ℃ -1000 |
|
Kalış süresi |
Numunenin saatler veya günler içinde ısıtılması. | Numunenin saniyeler (1–2 sn) veya dakikalar (1–10 dakika) içinde ısınması ve ürünlerin saniyeler içinde hızlı yoğuşması. |
|
ısıtma oranları |
0.1°C/sn-80°C/sn | 100°C/sn–1000°C/sn |
|
Havalandırma |
Oksijensiz veya sınırlı | oksijensiz |
|
Parçacık boyutu |
||
| Ana ürün | Katı biyokömür |
Sıvı biyo-yağ |
|
Avantajlar |
|
|
|
Dezavantajlar |
|
|
Biyokütle Pirolizinin Yan Ürünleri ve Uygulamaları
Pirolizde oksijen bulunmadığından yanma meydana gelmez. Bunun yerine, biyokütlenin pirolizi üç ürün üretir: sıvı biyo-yağ, katı biyokömür ve biyogaz. Bu ürünlerin oranı, biyokütle bileşimine ve işlem parametrelerine bağlıdır.
Biochar'ın geniş uygulamaları
Biochar, yavaş pirolizin (300 ℃ -600 ℃) ana ürünüdür. Yüksek sıcaklıkta ve düşük oksijenli bir ortamda pirolitik reaksiyon sırasında üretilen siyah karbonlu bir malzemedir. Piroliz sırasında uçucu gazlar ve sıvılar uzaklaştırıldıktan sonra kalan, kararlı, karbon açısından zengin bir kalıntıdır. İşte biochar'ın birkaç yaygın kullanımı:
Zemin ıslahı: Biochar, toprak verimliliğini, su tutmayı ve besin mevcudiyetini iyileştirmek için bir toprak düzenleyici olarak kullanılır.
Karbon Tutma: Karbon tutma için bir yöntem olarak hizmet eder. Bu, sera gazı emisyonlarının azaltılmasına ve iklim değişikliğiyle mücadeleye yardımcı olur.
Verimli yakıt: Çelik fabrikalarında, çimento fabrikalarında, kömürle çalışan elektrik santrallerinde vb. verimli bir endüstriyel yakıt olarak hizmet edebilir. Ayrıca yemek pişirme ve ev ısıtmada, barbekülerde ve vahşi doğada hayatta kalmada yakıt olarak yaygın şekilde kullanılır.
Biochar hayvan yemi: Besi hayvanı yemine eklendiğinde, çevreye faydalı olan besi hayvanlarının sindirim kapasitesini düzenleyerek geviş getiren hayvanlardan kaynaklanan metan gazı emisyonlarını azaltabilir.
Biyo-yağda büyük potansiyel
Biyo-yağ, hızlı pirolizin (600 ℃ -1000 ℃) ana ürünüdür. Koyu kahverengi bir sıvıdır. Büyük miktarlarda oksijen ve su içeren karmaşık hidrokarbonların bir karışımıdır. Isıl değeri 15.0 ~ 16.0 MJ/kg olup, petrol bazlı yakıtın %50-70'i kadardır. Aşağıda biyo-yağın potansiyel uygulama alanları açıklanmaktadır.
Endüstriyel yakıt: Gazlı ürünlerle karşılaştırıldığında, biyo-yağ daha yüksek bir enerji yoğunluğuna sahiptir ve daha kolay depolanır veya taşınır. Bu nedenle, petrol bazlı yakıt için umut verici bir alternatif hammadde olarak kabul edilir. Potansiyel uygulamaları, kazanların, motorların ve türbinlerin ısınması ve güç üretimi için yakıt olarak kullanılmasını içerir.
Kimyasal Üretimi: Biyo-yağ, çeşitli değerli bileşikler içerir. Bu nedenle, biyo-yağın kimyasal ekstraksiyonu veya reaksiyonu, özel kimyasallar üretmek için kullanılabilir. Örneğin, ilaç endüstrisinde koruyucular, tütün sıvıları, reçine ön maddeleri, gübreler ve katkı maddeleri ve gıda endüstrisinde tatlandırıcılar üretmek için kullanılabilir.
Piroliz için Ortak Biyokütle Hammaddeleri
Piroliz işleminde çeşitli biyokütle malzemeleri kullanılabilir. Geniş anlamda biyokütle ile karşılaştırıldığında, dar anlamda lignoselülozik biyokütle pirolizde daha yaygın olarak kullanılmaktadır.
- Ağaçların kesilmesinden veya budanmasından kaynaklanan odun atıkları
Bu atıklar genellikle dal, kabuk, ağaç tepesi, yaprak vb. içerir. Ağaç kesme veya budama faaliyetlerinde doğrudan kullanım değeri olmayan kısımlardır. - Ahşap, ahşap işleme sırasında atıkları hurdaya ayırır
Bu atıklar genellikle talaş, talaş, ağaç talaşı vb. içerir. Bunlar genellikle ahşap işlemenin bir yan ürünü veya standart altı bir üründür.
- Kamışlar: Esas olarak buğday samanı ve mısır samanı vb. gibi çeşitli tahılların samanlarıdır.
- Tahıl kalıntısı: Bu, mısır koçanı, pirinç kabuğu vb. gibi ekinlerin hasat edilmesinden sonra üretilen kalıntı anlamına gelir.
- Sebze ve meyve kalıntısı: Sebze ve meyve endüstrisinde üretilen kabuk, meyve çekirdeği vb. atık parçaları ifade eder.
Biyokütle Piroliz Süreci
Biyokütlenin piroliz işlemi tipik olarak aşağıdaki aşamalardan oluşur:
- Kurutma: Piroliz başlamadan önce, nem içeriğini azaltmak için biyokütle kurutulur. Aşırı nem, piroliz işleminin verimliliğini azaltabilir ve eksik ayrışmaya yol açabilir.
- Isıtma: Kurutulmuş biyokütle daha sonra bir piroliz reaktöründe belirli bir sıcaklığa kadar ısıtılır. Sıcaklık aralığı, istenen ürünlere ve biyokütle tipine bağlı olarak değişebilir.
- piroliz: Artan sıcaklık ve oksijenin yokluğu ile biyokütle termal ayrışmaya uğrar ve daha düşük moleküler ağırlığa sahip bileşiklere ayrılır. Böylece üç ana ürün üretir.
- yoğunlaşma: Ayrışmadan sonra, biyo-yağ ve biyogaz soğutularak sıvı biyo-yağ elde edilir.
Piroliz Biyokütlesinin Faydaları
Biyokütle pirolizi, ekonomik ve çevresel faydaları olan değerli ve umut verici bir teknolojidir. Spesifik bilgiler aşağıdaki gibidir.
