Lignin içeriği yüksek tarımsal atıkların gazlaştırılmasıyla hidrojence zengin sentez gazı üretimi

Abstract

Küresel enerji talebindeki artış ve fosil yakıt rezervlerinin tükenmesi, yenilenebilir enerji kaynaklarına geçişi hızlandırmıştır. Biyokütle, sürdürülebilir enerji üretiminde önemli bir kaynak olarak öne çıkmakta ve çevresel sürdürülebilirlik hedeflerine katkıda bulunmaktadır. Bu çalışmada, Türkiye’nin lavanta ve kekik distilasyon atıklarının gazlaştırma yöntemiyle enerjiye dönüştürülme potansiyeli araştırılmıştır. Aromatik bitkilerin distilasyon atıkları, yüksek lignoselülozik içerikleri ve enerji potansiyelleri ile dikkat çekmektedir. Ancak bu atıklar, biyolojik olarak kolayca parçalanamamakta ve atık yönetimi açısından sorun oluşturmaktadır. Yukarı akışlı sabit yataklı bir gazlaştırıcı kullanılarak, 700℃, 800℃ ve 900℃ sıcaklıklarında ve 0,05–0,4 L/dk gazlaştırma ajanı debilerinde deneyler gerçekleştirilmiştir. Hammadde karakterizasyonu için TGA, FTIR, XRD, XRF ve elementel analizler uygulanmıştır. Ayrıca kalsine dolomit, traverten ve mermer katalizörlerinin katran azaltımı, karbon dönüşüm oranı ve sentez gazı kalitesine etkileri incelenmiştir. Lavanta atığının uçucu madde içeriği %88,49, kekik atığının ise sabit karbon oranı %21,4 olarak belirlenmiştir. Sonuçlar, kalsine traverten katalizörünün tar oluşumunu %80’e kadar azalttığını ve sentez gazındaki H2 ile CO oranlarını artırdığını göstermiştir. Optimum koşullarda sentez gazının enerji içeriği 5,8 MJ/Nm³, karbon dönüşüm oranı %85,59 ve soğuk gaz verimliliği %68,5 olarak ölçülmüştür. Ayrıca katı kalıntılar, %0,24 kül içeriği ve 900 m²/g’ye kadar yüzey alanı ile ileri malzeme uygulamaları için uygun bulunmuştur. Bu çalışma, aromatik bitki distilasyon atıklarının gazlaştırma yoluyla yenilenebilir enerji kaynağı olarak kullanılabilirliğini göstermektedir. Mermer ve traverten atıklarının gazlaştırma çalışmalarında etkili katalizörler olarak kullanılabileceğini ortaya koymaktadır. Bu yaklaşım, atık yönetimi sorunlarına çözüm sunarken enerji arzını artırmakta ve çevresel sürdürülebilirlik hedeflerini desteklemektedir.

The global increase in energy demand and the depletion of fossil fuel reserves have accelerated the transition to renewable energy sources. Biomass stands out as a crucial resource for sustainable energy production, contributing significantly to environmental sustainability goals. This study investigates the potential of converting lavender and oregano distillation residues in Turkey into energy through gasification. Aromatic plant distillation residues are rich in lignocellulosic content and exhibit high energy potential, yet they pose challenges in waste management due to their non-biodegradable nature. Experiments were conducted using an updraft fixed-bed gasifier at temperatures of 700℃, 800℃, and 900℃ and gasifying agent flow rates between 0.05–0.4 L/min. Feedstock characterization was performed through TGA, FTIR, XRD, XRF, and elemental analyses. Additionally, the effects of calcined dolomite, travertine, and marble catalysts on tar reduction, carbon conversion efficiency, and syngas quality were analyzed. Lavender residue exhibited a volatile matter content of 88.49%, while oregano residue showed a fixed carbon content of 21.4%. The results demonstrated that calcined travertine reduced tar formation by up to 80% and enhanced H₂ and CO concentrations in syngas. Under optimal conditions, syngas energy content reached 5.8 MJ/Nm³, with a carbon conversion efficiency of 85.59% and cold gas efficiency of 68.5%. Furthermore, solid residues with an ash content of 0.24% and surface area up to 900 m²/g were found suitable for advanced material applications. This study highlights the feasibility of utilizing aromatic plant distillation residues as renewable energy sources through gasification. It demonstrates that marble and travertine wastes can be effectively used as catalysts in gasification studies. It addresses waste management challenges while enhancing energy supply and supporting environmental sustainability goals.