Hydrogen and Biofuel Production From Olive Mill Wastewater in Supercritical Water Conditions
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2013
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Ekin Kıpçak
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Mesut AKGÜN
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Fosil yakıtları esas alan enerji kullanımı yakıt konusunda dışa bağımlılığa, yüksek ithalat giderlerine ve çevresel sorunlara neden olmaktadır. Bunun yanında gittikçe artan enerji tüketimi ve mevcut kullanım düzeyleri göz önünde bulundurulduğunda, fosil yakıt rezervlerinin kısa sürede tükeneceği öngörülmektedir. Bu durum bilim adamlarını, biyokütle enerjisi gibi yenilenebilir, sürdürülebilir ve çevre dostu alternatif enerji kaynakları konusunda daha fazla araştırma yapmaya teşvik etmektedir. Tükenmeyen, her yerde yetiştirilebilen ve çevre dostu bir enerji kaynağı olan biyokütle, bitkisel veya hayvansal kökenli ürünler ile tarımsal, endüstriyel ve kentsel atıkların biyolojik olarak ayrışabilen kısımlarını temsil etmektedir. Bu kaynaklar çeşitli biyokimyasal ya da termokimyasal yöntemler ile sıvı ve gaz yakıtlara dönüştürülerek değerlendirilmektedir. Günümüzde bu konuda yapılan araştırmalar geleneksel olmayan, yakıt kalitesi yüksek alternatif kaynaklara ve bu kaynakların verimli bir şekilde enerjiye dönüştürülebileceği süreçlere yönelmeye başlamıştır. Zeytin karasuyu zeytin meyvesinin içerdiği sudan, yumuşak zeytin posası dokularından, zeytinlerin yıkanıp işlenmesi için kullanılan sudan ve stabil bir yağ emülsiyonundan oluşmakta; zeytinyağının en fazla üretildiği Akdeniz ülkelerinde, yıllık 7-30 milyon m3 gibi yüksek miktarlarda açığa çıkmaktadır. Bileşimi başta zeytinyağı üretim prosesi olmak üzere birçok faktöre bağlı olarak değişen zeytin karasuyu, yüksek kirlilik içeriği ile karakterize edilmektedir. Her ne kadar ülkemizde zeytin karasuyunun deşarjı için belli standartlar olsa da, bu standartlara ulaşılabilecek kadar verimli arıtım süreçleri bulunmamaktadır. Zeytin karasuyunun tam olarak arıtılmadan çevreye bırakılması ise gerek toprak, gerekse su üzerinde olumsuz etkiler meydana getirmekte ve doğal yaşamı tehdit etmektedir. Bu doktora tezi çalışmasında da, zeytinyağı üretimindeki en önemli sorun olan bu atıksuyun bir enerji kaynağı olarak değerlendirilmesi gerçekleştirilmiş; süperkritik su koşullarında zeytin karasuyundan hidrojen ve biyoyakıt üretimi incelenmiştir. Kritik sıcaklığı 374C ve kritik basıncı 22,1 MPa olan suyun, süperkritik koşullarda oldukça önemli özellikleri bulunmaktadır. Normal koşullardaki suya göre daha düşük yoğunluğa ve dielektrik sabitine sahip olması sayesinde, organik maddelerin süperkritik su içinde tamamen çözünebilmesi mümkün olmaktadır. Düşük viskozite ve yüksek difüzivite değerleri, süperkritik suyu hızlı ve verimi yüksek reaksiyonların gerçekleştiği bir ortam haline getirmektedir. Reaksiyon koşulları ile birlikte süperkritik suyun özelliklerinin değiştirilebilmesi de bir başka önemli avantajdır. Deneysel çalışmalar üç kısımda gerçekleştirilmiştir. İlk kısım zeytin karasuyunun hidrotermal gazlaştırılmasına yönelik olup; çeşitli aşamalarda 400-600C arasındaki sıcaklıkların, 30-150 s arasındaki reaksiyon sürelerinin, 10-30 MPa arasındaki basınçların ve sabit besleme debisinin gaz ürün verimi, gaz ürün kompozisyonu ve sıvı ürünün organik karbon içeriğindeki etkileri incelenmiştir. Çeşitli reaksiyon koşullarında 7,71 L/kg zeytin karasuyu mertebesine varan gaz ürün verimi ile gaz üründe molce % 49,78 oranında metan ve hidrojen ağırlıklı bir biyoyakıt oluşumu elde edilmiştir. Aynı zamanda biyoyakıt üretimi ile eşzamanlı olarak, zeytin karasuyunun % 93?e varan oranlarda arıtılabildiği de görülmüştür. Deneylerin ikinci kısmı, oksijen kaynağı olarak hidrojen peroksit kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Oksidatif gazlaştırma deneylerinde 400-700C arasındaki sıcaklıkların, 0,009-0,182 mol/L arasındaki oksijen konsantrasyonlarının, 10-30 s arasındaki reaksiyon sürelerinin ve 2.500-20.000 mg/L arasındaki besleme konsantrasyonlarının etkileri incelenmiştir. Bu kısımda, çeşitli reaksiyon koşullarında elde edilen en yüksek gaz ürün verimi 18,40 L/kg zeytin karasuyu, en yüksek biyoyakıt oranı % 42,68 ve en yüksek arıtım oranı % 99,3 olarak bulunmuştur. Deneylerin son kısmında ise zeytin karasuyunun katalitik olarak gazlaştırılması gerçekleştirilmiş; Ni/Al2O3 ve Ru/Al2O3 olmak üzere iki ayrı katalizörün kullanımı ile 400-600C?deki sıcaklıklarda ve 30-150 s arasındaki reaksiyon sürelerinde meydana gelen değişimler araştırılmıştır. Ni/Al2O3 ile gerçekleştirilen deneylerde, çeşitli reaksiyon koşullarında elde edilen en yüksek gaz ürün verimi 9,43 L/kg zeytin karasuyu; en yüksek biyoyakıt oranı % 39,92 ve en yüksek arıtım oranı % 97,2 olarak bulunmuştur. Öte yandan Ru/Al2O3 ile gerçekleştirilen deneylerde ise, çeşitli reaksiyon koşullarında elde edilen en yüksek gaz ürün verimi 9,29 L/kg zeytin karasuyu, en yüksek biyoyakıt oranı % 54,20 ve en yüksek arıtım oranı % 97,7?dir.