alternatif enerji kaynaklar -...

13
20.03.2019 1 Alternatif Enerji Kaynakları Biyokütle Dr. Çetin ÇAKANYILDIRIM Gazi Ün. Müh. Fak. Kimya Müh. Blm. Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 2 BİYOKÜTLE ENERJİSİ Tarihsel Biyokütle biyolojik kökenli fosil olmayan organik madde kütlesidir. Ana bileşenleri karbonhidrat bileşikleri olan bitkisel veya hayvansal kökenli tüm doğal maddeler biyokütle enerji kaynağı, elde edilen enerjiye biyokütle enerjisi denir. Biyokütle enerjisi 100 yıldan daha kısa sürede yenilenebilir olmalıdır. Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 3 Tarihsel Biyolojik kaynakların yapısında bulunan karbon, kaynaktan enerji elde edildikten sonra karbondioksit olarak çevreye verilse dahi, gezegenin toplam karbon dengesini bozmaz. Verilen karbon dioksit yeniden biyolojik varlıklar tarafından kullanılarak hidrokarbonlara dönüştürülür. Bu süreç için gerekli olan sadece güneş ışığı ve fotosentezdir. Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 4 Van Helmont yaptığı basit bir deney ile fotosentezin varlığını sezinlemiştir. Bitkideki kütle artışını sulama suyuna yoran Helnomt’un deneyindeki sonucun karbon dioksitten kaynaklandığı ilerleyen yıllarda anlaşılmıştır. Fotosentezin büyük kısmı okyanuslardaki canlılar tarafından gerçekleştirildiği için, orman kıyımları karbon dioksit birikimini beklendiği kadar artırmamaktadır J. Sonumuz sadece gecikiyor.

Upload: others

Post on 30-Aug-2019

9 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Alternatif Enerji Kaynaklar - web.hitit.edu.trweb.hitit.edu.tr/dosyalar/duyurular/cetincakanyildirim@hititedutr200320193N0Z2I3L.pdf20.03.2019 2 Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 5 Fotosentez

20.03.2019

1

Alternatif Enerji KaynaklarıBiyokütle

Dr. Çetin ÇAKANYILDIRIMGazi Ün. Müh. Fak. Kimya Müh. Blm.

Dr. Ç

. ÇAK

ANYI

LDIR

IM

2

BİYOKÜTLE ENERJİSİ Tarihsel

Biyokütle biyolojik kökenli fosil olmayan organik madde kütlesidir.Ana bileşenleri karbonhidrat bileşikleri olan bitkisel veya hayvansalkökenli tüm doğal maddeler biyokütle enerji kaynağı, elde edilenenerjiye biyokütle enerjisi denir. Biyokütle enerjisi 100 yıldan dahakısa sürede yenilenebilir olmalıdır.

Dr. Ç

. ÇAK

ANYI

LDIR

IM

3

Tarihsel

Biyolojik kaynakların yapısında bulunan karbon, kaynaktan enerji eldeedildikten sonra karbondioksit olarak çevreye verilse dahi, gezegenintoplam karbon dengesini bozmaz. Verilen karbon dioksit yenidenbiyolojik varlıklar tarafından kullanılarak hidrokarbonlaradönüştürülür. Bu süreç için gerekli olan sadece güneş ışığı vefotosentezdir.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 4

Van Helmont yaptığı basit bir deney ile fotosentezin varlığınısezinlemiştir. Bitkideki kütle artışını sulama suyuna yoran Helnomt’undeneyindeki sonucun karbon dioksitten kaynaklandığı ilerleyenyıllarda anlaşılmıştır.

Fotosentezin büyük kısmı okyanuslardaki canlılar tarafındangerçekleştirildiği için, orman kıyımları karbon dioksit birikiminibeklendiği kadar artırmamaktadır ☺. Sonumuz sadece gecikiyor.

Page 2: Alternatif Enerji Kaynaklar - web.hitit.edu.trweb.hitit.edu.tr/dosyalar/duyurular/cetincakanyildirim@hititedutr200320193N0Z2I3L.pdf20.03.2019 2 Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 5 Fotosentez

20.03.2019

2

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 5

Fotosentez mekanizması:Bitki fotosentezinde yan ürü

olarak oksijen açığa çıkar. Oksijen kaynağı sudur. Atmosferdeki CO2-O2

dengesi sağlanır. Bakteri fotosentezinde yan ürün elektron kaynağına göre

farklılık gösterir. H2S kullanılıyorsa kükürt, H2

kullanılıyorsa su yan üründür. Bakteri

fotosentezinde O2 oluşmaz.

Dr. Ç

. ÇAK

ANYI

LDIR

IM

6

Fotosentezle Enerji Bağlanması:Fotosentezle üretilen kimyasal enerji dokuların onarımı ve büyümekiçin kullanılır. Bu kimyasal enerjinin ürünlerdeki miktarları tablodaverilmiştir.

Ürün Enerji değeri, MJ/kgHam selüloz 17,59Ham Protein 23,04Azotsuz öz madde 17,17Yağ 38,96Lignin 26,39

Biyokütle ve radrasyonkullanım verimliliği

(RKV) hesaplanmasında aşağıdaki denklemler

kullanılır.

E��� =Depolanmışkimyasalenerji(kJ/m�)

Absorplanmışgüneşradyasyonu(kJ/m�)× 100

RKV =Biyokütle(g/m�)

Fotosentetikaktifradyasyon(kJ/m�)× 100

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 7

In the beginning of the twenty-first century the use of biomass varieswidely among countries: while in most of the OECD countries the use ofbiomass for energy production is less than 3%, several developing nationssill derive more than 30% of their energy needs from forestry or agriculturalproducts. For example, Cuba produces more than 35% of its electricity fromsugar cane; and Brazil uses sugar cane and corn for the production ofbiofuels and electricity to satisfy more than 25% of its total energy needs. Inthe OECD nations the most important forms of biomass that are used for theproduction of energy are:a) wood for domestic heating and cooking;b) alcohol, which is mixed with gasoline as transportation fuel;c) diesel fuel derived from wasted liquid fuels, lubricants and cooking oil;d) methane and combustible gases derived from the anaerobicdecomposition of municipal and animal waste; ande) forestry and lumber industry byproducts for the production of processheat.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 8

Biomass is a natural method of solar energy storage in the form of chemicalenergy. Plants use the chlorophyll in their leaves as catalysts and largequantities of solar energy to convert atmospheric carbon dioxide and waterinto the complex molecules of glucose and fructose as, for example, in thefollowing chemical reaction for the formation of glucose during thephotosynthesis process:

6CO2 + 6H2Oà C6H12O 6 + 6O2

This reaction has many intermediate stages, where chlorophyll plays animportant role. The overall reaction is highly endothermic with ΔG0=480,000 kJ per kmol of formed glucose. From glucose and fructose, plantsform the more complex organic compounds, such as sucrose, starch andother complex organic molecules with high chemical energy content. Ingeneral, plants form carbohydrates according to the general reaction:

xCO2 + xH2Oà carbohydrate molecule + xO2

Page 3: Alternatif Enerji Kaynaklar - web.hitit.edu.trweb.hitit.edu.tr/dosyalar/duyurular/cetincakanyildirim@hititedutr200320193N0Z2I3L.pdf20.03.2019 2 Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 5 Fotosentez

20.03.2019

3

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 9

From the thermodynamic point of view, plants may be considered asthermal engines that receive solar energy and store it as chemicalenergy in the form of complex organic molecules. Their conversionefficiency is in the range of 0.1–1.5%, which is significantly lowerthan that of photovoltaic solar cells or manmade power plants.However, the plants may be planted and grown with low capital cost,low technology, and, in producing carbohydrates they removecarbon dioxide from the atmosphere and release oxygen.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 10

Enerji Bitkileri:Doğal ve yapay yakıt elde etmek maksadı ile hammadde kaynağıolarak kullanılan ve hızlı büyüyen bitkilerin yetiştirilmesine enerjitarımı denir. Bu üretimin sağlanması maksadıyla enerji çiftliklerikurulmuştur.

Enerji çiftliklerinden alınanürünler endüstriyel veya enerjiamaçlı kullanılır. Bu maksatlarile üretimi yapılan bazı bitkilersolda listelenmiştir.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 11

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 12

Enerji üretiminde bitkilerin kullanımı:Bitkiler kömür ile birlikte yakma, sıvılaştırma, piroliz ve tek başınayakılma gibi yollar ile enerji üretimine katkı sağlar. Biyokütlenin yakıtkarışımları oluşturulmasında kullanımı verimi artırır. Yanmaesnasında oluşacak emisyonun azaltılması için primer ve sekondertedbirlerin alınması gereklidir.

Primer tedbirler:Bu tedbirler yanma öncesinde ve esnasında uygulanır. Tozemisyonları (kurum, is, katran, kül) gibi dışarıya atılan kimyasallardaönlenmelidir. Dışarı verilen kimyasallardan NOx CO2 ve SO2miktarlarının azaltılması asit yağmurlarının (metal çözünmesi, sularınpH dengesi, yapıların korozyonu vb.) engellenmesi için gereklidir.Kurum, is ve katran gibi emisyonların sebebi tam yanmanınsağlanamamasıdır. Tam yama sonucu bütün karbonlar oksitlenebilirise bu tür kirleticiler bacadan atılmayacaktır. Bu maksatla fazla havakullanımı, yavaş yanma ve periyodik bakımlar sağlanmalıdır.

Page 4: Alternatif Enerji Kaynaklar - web.hitit.edu.trweb.hitit.edu.tr/dosyalar/duyurular/cetincakanyildirim@hititedutr200320193N0Z2I3L.pdf20.03.2019 2 Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 5 Fotosentez

20.03.2019

4

Dr. Ç

. ÇAK

ANYI

LDIR

IM

13

SO2-NOx tutulması:Sönmüş ve sönmemiş kirecin yanma ortamına katılması ile sülfitşeklindeki kükürt sülfat şekline geçer ve kül içerisinde kalır, bacadanatılmaz.

CaO + SO2 + 1/2O2à CaSO4

CaCO3 + SO2 + 1/2O2à CaSO4 + CO2

NOx’lerin doğaya salınımının

engellenmesinin en kolay yöntemi 900 °C

sıcaklığın altında çalışmaktır.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 14

Sekonder tedbirler:Bacadan çıkan maddelerin tutulması maksadı ile siklon ve filtretürleri kullanılır. Siklon merkezkaç kuvveti ile çalışmaktadır ve diğersistemlere nazaran daha ekonomiktir.

Dr. Ç

. ÇAK

ANYI

LDIR

IM

15

GazlaştırmaBiyogaz terimi temel olarak organik atıklardan kullanılabilir gazüretilmesini ifade eder. Diğer bir ifade ile Oksijensiz ortamdamikrobiyolojik floranın etkisi altında organik maddenin karbondioksitve metan gazına dönüştürülmesidir. Biyo gaz oluşumu 3 aşamalıdır:Hidroliz, asit oluşumu, metan oluşumu.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 16

Hidroliz: Biyokütle içinde bulunan uzun zincirli kompleks yapılarçamur içinde çözünerek kısa formlara dönüşürler.

Asit oluşturma: Anaerobik bakteriler vasıtası ile çözünmüş biyo kütleasetik asit, uçucu yağ asitleri, hidrojen ve karbon dioksit halinedönüşür.

Metan Oluşturma: Bakterilerin asetik asidi parçalayarak veya hidrojenile karbondioksit sentezi sonucunda biyogaza dönüştürülmesi işlemdir.Metan üretimi diğer süreçlere göre daha yavaş bir süreçtir. Metanoluşumundaki etkili bakteriler çevre koşullarından oldukça fazlaetkilenirler.

Page 5: Alternatif Enerji Kaynaklar - web.hitit.edu.trweb.hitit.edu.tr/dosyalar/duyurular/cetincakanyildirim@hititedutr200320193N0Z2I3L.pdf20.03.2019 2 Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 5 Fotosentez

20.03.2019

5

Dr. Ç

. ÇAK

ANYI

LDIR

IM

17

1 m3 biyogazın ısısı (4700-5700 kcal) eşdeğerleri:Ø 0,62 litre gazyağıØ 1,46 kg odun kömürüØ 3,47 kg odunØ 0,43 kg bütan gazıØ 12,3 kg tezekØ 0,66 L motorinØ 0,75 L benzin,Ø 0,25 m3 propanØ 4,70 kWh elektrik enerjisi eşdeğerindedir.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 18

Tezeğin yakılmasından elde edilen fayda: 100 birimTezeğin doğrudan tarlada kullanılmasının faydası: 266 birim

Yukarıdaki sürecin faydası: 415 birim

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 19

Further processing is needed: Energy in biomass is in the form of chemicalenergy, which must typically be processed, by fermentation or combustion,for its final use as transportation fuel or as fuel for power plants. Incontrast, the yield of solar energy in W/m2 is 20–30 times higher. Inaddition, solar energy is produced and may be used directly as electricity,while biomass must be processed to another fuel or burned to produceelectricity. Direct conversion bypasses the Carnot limitations in theconversion of thermal energy.

Highly variable energy per unit mass or volume: The energy content ofbiomass varies widely according to the type and origin of biomass and itsmoisture content. Dry agricultural products, such as rice hull and dry bagassehave significantly higher energy density (in kJ/kg or in kJ/m3), while municipalwaste and sewage have lower energy density.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 20

HHV>LHVDrying the biomass also reduces its volume and its weight and ishighly recommended before biomass is transported over longdistances.

Page 6: Alternatif Enerji Kaynaklar - web.hitit.edu.trweb.hitit.edu.tr/dosyalar/duyurular/cetincakanyildirim@hititedutr200320193N0Z2I3L.pdf20.03.2019 2 Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 5 Fotosentez

20.03.2019

6

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 21

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 22

Biyogaz Enerjisinin KullanımıBiyogaz içeriğindeki CO2 neden ile düşük enerji yoğunluğuna sahiptir.Havadan hafif olduğu için ortamda yayılır ve patlama riski azalır.Biyogaz ile ya ihtiyaç kadar elektrik üretilir yada ihtiyaç fazlası şebekeüzerinden ana sağlayıcıya satılır.

Biyogaz, biyoetanol be biyomotorinden farklı olarak benzinlimotorlarda %100, dizel motorlarda ise %20 oranında kullanılabilir.Metan yavaş yandığı için motor avans ayarlarının artırılması gereklidir.Biyogaz içindeki H2S muhtevası bu yakıtın olumsuz tarafıdır.

2,8 MW biyogaz motoru

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 23

Birleşik (Isı-Güç) Sistemleri:Bu sistemlerde türbinden çıkan buharın ısısı dışarı atılmak yerine başkaamaçlar için kullanılır. Bu sayede hem elektrik hem de ısı üretilir vesistem verimi %85’e yaklaşır.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 24

������ ����� �, Ƞ � Ü���������������� � ��ı � ��ğ��� ��

�ü�������������

Page 7: Alternatif Enerji Kaynaklar - web.hitit.edu.trweb.hitit.edu.tr/dosyalar/duyurular/cetincakanyildirim@hititedutr200320193N0Z2I3L.pdf20.03.2019 2 Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 5 Fotosentez

20.03.2019

7

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 25

Methods of Biomass UtilizationThe ways biomass is used for the production of electricity and biofuels havebeen adapted from the methods used for the combustion of fossil fuels aswell as from methods for the chemical or physical transformation of fossilfuels to other forms of transportation fuels, e.g. coal gasification or coalliquefaction. The following are some of the ways of biomass utilization:

1. Direct Combustion: is used for cooking; space heating, e.g. in fire placesor boilers; process heat in industrial plants; and steam generation for theproduction of electricity. Because the biomass contains a high percentage ofhumidity, temperatures achieved in biomass-only burners are significantlylower than conventional fossil fuel burners. When one considers the energyspent in the transportation of biomass, the efficiency of power plants thatonly use biomass is in the range 15–20%, roughly half of the conventionalfossil fuel plants.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 26

2. Co-firing: is the combustion of a small percentage (2–10%) of locallyproduced biomass and coal. Because coal is the principal fuel in a co-firingburner, steam may be produced at high temperatures in the boiler and theefficiency of the power plant does not suffer.

3. Gasification in air: the product of gasification is typically a mixture ofhydrocarbons, which is used for process heat, e.g. crop drying; runningstationary engines in the immediate vicinity of the gasifier; space andwater heating; and small electric power producing plants.

4. Pyrolysis: it produces combustible gaseous and liquid products, such asmethane, ethane and methanol, which may be used in gas turbines, spaceand water heating as well as in transportation fuels.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 27

5. Hydrolysis and fermentation: produce liquid fuels, such as methanol andethanol. They are commonly used in mobile and stationary engines, gasturbines, generation of steam, and as gasoline or diesel additives.

6. Anaerobic decomposition: occurs naturally in municipal and agriculturalwaste sites, in sewage treatment plants and in animal waste plants. Thedecomposition produces a gas that is rich in methane, carbon monoxideand carbon dioxide. This artificial combustible gas has a low heating value,but may, nevertheless, be mixed with other fuels to be used in gas turbinesor steam power plants. Vacuum pumps extract the mixture of gases fromthe heaps of waste in the disposal sites. The gas is transported to powerplants via pipelines for combustion.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 28

Page 8: Alternatif Enerji Kaynaklar - web.hitit.edu.trweb.hitit.edu.tr/dosyalar/duyurular/cetincakanyildirim@hititedutr200320193N0Z2I3L.pdf20.03.2019 2 Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 5 Fotosentez

20.03.2019

8

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 29

Değişik Isıda (Allotherme) Gazlaşırma:Yakıt ileri süreçlerde kullanılmak üzere gazlaştırılmaktadır.

Yanma:Yakıt + Hava à Gaz + Isı

Proliz:Yakıt + Isı à Gaz + Çar

Gazlaştırma:Yakıt + Hava à Gaz

As allothermic in process engineering conversion processes are called,in which an external heat supply (endothermic reaction) is necessary;however, the heat supply itself does not cause a direct chemicalchange (such as by combustion). Examples include allothermalpyrolysis, in which the biomass is split by externally supplied heat. Theterm allothermic represents the opposite of the term autothermic.

Sistem yüksek verim ve az emisyon

sağlamaktadır. Tozlaştırılması zor olan

yakıtlar sistem ile kullanılabilir.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 30

Doğrudan gazlaştırma:Tüm tepkimeler aynı ortamda oluşur. %50 azot içerir, Çar oranı %5-10.

Gazlaştırma:Yakıt + Hava à Gaz

Alleotermal Gazlaştırma:Reaktör çiftinde fırın sadece ısı sağlar.

Yanma:Yakıt + Hava à Gaz + Isı

Proliz:Yakıt + Isı à Gaz + Çar

Tamamen çar oluşur, azot eser miktardadır.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 31

Ø Yüksek verim,Ø Kompakt tasarım,Ø Tam dönüşüm,Ø 10-15 Mj/Nm3 gaz (enerji) üretimi,Ø Farklı organik maddeleri

kullanabilme yetisi.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 32

Doğrudan yakma:Ø Tüm enerji buharlaştırıcıda.

Ø Bütün kül buharlaştırıcıda olduğuiçin kısıtlı temiz biyokütle,

Ø Biyokütlenin boyutu ufaltılmalı.

Page 9: Alternatif Enerji Kaynaklar - web.hitit.edu.trweb.hitit.edu.tr/dosyalar/duyurular/cetincakanyildirim@hititedutr200320193N0Z2I3L.pdf20.03.2019 2 Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 5 Fotosentez

20.03.2019

9

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 33

Dışarıdan yakma:Ø Buharlaştırıcıya az miktarda kül

kaçar.Ø Kirli yakıtların kullanımı ara

kademede kül alınabildiği içinsorun yaratmaz.

Ø Kül/Çar ayrımında enerji kaybı,Ø Kül/Çar birikimi problemi,Ø Kül ve çarın kendiliğinden tutuşma

tehlikesi.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 34

Dışarıdan yakmalı alloetermal sistem:Ø Çok az miktarda kül buharlaştırıcıya kaçar, külden kaynaklı

korozyon oluşmaz,Ø Kalitesiz yakıt kullanımı mümkün.Ø Yanabilir atık yoktur. Kül ile karbon atılmaz. Baca yangını olmaz.Ø Buharlaştırıcı küçük gaz hacmi ile çalışabilir.

Ø Karmaşık,Ø Yeni teknoloji

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 35

Karşılaştırma:

Biyokütle için hesaplanan verim %100 LHV

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 36

100 MW %25 nemli, atık odun,

Page 10: Alternatif Enerji Kaynaklar - web.hitit.edu.trweb.hitit.edu.tr/dosyalar/duyurular/cetincakanyildirim@hititedutr200320193N0Z2I3L.pdf20.03.2019 2 Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 5 Fotosentez

20.03.2019

10

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 37

Kademeli reformlaştırma:Biyokütlenin birkaç kere kurutulmasına veya öğütülmesine gerekyoktur. Biyokütlenin %80’i piroliz gazına, %20’si kok kömürünedönüşür. Üstten çıkan gazların içinden metan buharlaayrıştırılmaktadır. Sistemin basınçlandırılmasına gerek yoktur. Gerekliısı kok kömürünün yakılması ile sağlanır.

Dr. Ç

. ÇAK

ANYI

LDIR

IM

38

Easymod yöntemi:İşlenebilir hale getirilen biyokütle yüksek miktardaki su buharlı işlemhavası ile, termokimyasal sürecin gerçekleştiği reaktöre alınır.Oksidasyon için gerekli olan ısı, hava ile yapılan ön ateşleme ile eldeedilir. Sonrasında hidrokarbonlar, gaz reformerda yüksek miktarda subuharı ile CO ve CO2’ye dönüştürülür. Ortaya çıkan ham gaz, hidrojenve CO2’nin kömür ile tepkidiği indirgenme reaktörüne gönderilir.Filtreleme ve yıkama ile ürün temizlenir.

Dr. Ç

. ÇAK

ANYI

LDIR

IM

39

Carbo-V yöntemi:Kurutulmuş ve kıyılmış biyokütle basınç savağından kömürleştirmekazanına götürülür. Oluşan katran ve tozlu gaz temizleyiciden geçer,kalan %50 karbon kömürü damıtıcıya sevk edilir. Damıtıcı, sulu külüduvarlara püskürtecek şekilde tasarlanır. Böylece sulu kül öncekarbonlama odası küllüğüne sonra ise reaktör sonundaki su havuzunaakar. Reaktör içerisinde sıcak gaz odasından gelen etkenler ile ham gazoluşturulur. Ham gaza temizleme ve zenginleştirme işlemleri uygulanır.

Dr. Ç

. ÇAK

ANYI

LDIR

IM

40

Normal karbüratör yönetimi:Biyokütle ilk önce küçültülmekte, kurutulmakta veya preslenmektedir.Besleme yukarıdaki savaktan yapılır. Üst bölmedeki nozullar ilesağlanan hava malzemenin yanması için kullanılmaktadır. Üretilen kokkömürü ve gaz aşağı inmekte ve dışarı alınmaktadır. Gaz ile gelen is vekül parçacıkları siklon yardımı ile ayrıştırılmaktadır.

Page 11: Alternatif Enerji Kaynaklar - web.hitit.edu.trweb.hitit.edu.tr/dosyalar/duyurular/cetincakanyildirim@hititedutr200320193N0Z2I3L.pdf20.03.2019 2 Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 5 Fotosentez

20.03.2019

11

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 41

Uses of syngas

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 42

Aquatic BiomassSea and surface waters cover almost 75% of the Earth’s surface. Plants thatgrow in these aquatic areas include seaweed, kelp, and several types ofalgae. Because the amount of potable freshwater on the planet is only0.3% of the total and because fresh water is becoming a scarce resource inseveral regions, it is not considered good environmental stewardship todevote large quantities of freshwater for energy plants or algae. However,the salt-water and brackish/marshwater areas, which comprise 97.3% ofthe total water supply of the planet is readily available for the production ofbiomass and biofuels. Harvesting marine organisms for the production ofenergy is a very sensible way to produce liquid fuel for transportation orsolid fuel for the production of electricity because:

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 43

a) Aquatic biomass does not use any useful parts of land, which is a scarceresource.b) No irrigation is necessary for the production of aquatic biomass.c) Nutrient trace elements, such as K and P are abundant in the sea and,hence, no fertilizers are necessary.d) Oftentimes, the food of aquatic bacteria and algae is sewage. This helpsin the reduction of liquid waste and will lead to sewage reduction andpossible elimination by feeding it to energy-rich algae.

Biologists have produced a number of synthetic bacteria and havediscovered algae with high content of fatty oils, which thrive in aquaticenvironments. When these organisms are dried up, the fatty oils areprocessed to produce a fuel similar to diesel, which is often called biodiesel.Similarly, other sea plants may be dried to produce liquid or solid fuel.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 44

One of the advantages of algae is that they may grow in very short times.For example, micro-algae can regenerate in 48–72 h and cyanobacteria canregenerate in 5–20 h. The short growth and harvesting times lead to betterutilization of the solar energy in comparison to land crops and result inhigher overall conversion efficiencies. For example, the production ofbiodiesel from algae in gallons per hectare per year is 10–20 times higherthan that of palm oil or jastropha and 50 times higher than that of oilseed.

A significant disadvantage of the use of aquatic biomass for the productionof energy is its water content. Drying the aquatic biomass is necessarybefore it is processed to produce biofuels or be burned in a boiler for theproduction of electricity. The high energy requirement of the drying processoften exceeds the energy that may be obtained from the aquatic biomassitself.

Page 12: Alternatif Enerji Kaynaklar - web.hitit.edu.trweb.hitit.edu.tr/dosyalar/duyurular/cetincakanyildirim@hititedutr200320193N0Z2I3L.pdf20.03.2019 2 Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 5 Fotosentez

20.03.2019

12

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 45

BiofuelsThe term biofuels refers to liquid fuels derived from biomass, which areused for transportation. It encompasses all types of liquid fuels derivedfrom plants or animals, including methanol, ethanol and diesel fuel.Methanol, CH3OH or wood spirit, has been produced for centuries from thedistillation of wood products, natural gas or from coal. It is a liquid fuel,with boiling point 65C. Its energy density of 21,000 kJ/kg is approximately50% lower than that of gasoline. Because of this, when used in cars, thetailpipe NOx emissions (dominant over 800 °C) are significantly lower. Smallamounts of methanol, up to 10%, mixed with regular gasoline, may be usedin the current fleet of vehicles without any significant modifications.

A mixture of 10% ethanol and 90% gasoline by volume, or E10, is calledgasohol and is used as a transportation fuel in many states in the USA as wellas in other parts of the world.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 46

There is significant experience in the production of ethanol primarily as themain product of wheat or grape juice fermentation for the production ofalcoholic beverages and distilled spirits. Ethanol as a fuel is producedprimarily from corn or sugar cane. Figure shows the production of ethanolfrom corn. Yeast is a catalyst in the production of ethanol and accelerates thefermentation process.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 47

Finally, biodiesel is ageneric name given toliquid transportationfuels with a mixture ofheavier hydrocarbonsand alcohols, such asC10H22, C5H11OH, andC8H17OH. Biodiesel isproduced from oilyseeds grown in nature,such as cotton seeds,olive oil residue andpumpkin seeds. It mayalso be producedartificially, using wasteproducts from industrial processes or from the food industry. Figure showsthe LHV (close to 40,000 kJ/kg) of several common biofuels as well ascommon liquid fossil fuels used in the transportation sector.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 48

Environmental EffectsIn the early twenty-first century, the increased use of biomass has beenadvocated as a viable method to reduce pollution and liquid hydrocarbonindependence in several OECD countries. Governmental programs andregulations have been adopted for the widespread use of the E10 fuel andeconomic subsidies have been offered for the production of biofuels.However, the widespread use of crops for energy becomes highlyquestionable when one considers the environmental and social effects ofbiomass use. The following sections examine critically these effects.

Land UseThe most important consequence of biomass production for energy is theuse of agricultural land, which is a scarce resource in the planet. Agriculturalcrops and forests use a very large area and the development of energy cropswould be very costly in the use of land. Additional food for starving peoplecan be caltivated in these areas.

Page 13: Alternatif Enerji Kaynaklar - web.hitit.edu.trweb.hitit.edu.tr/dosyalar/duyurular/cetincakanyildirim@hititedutr200320193N0Z2I3L.pdf20.03.2019 2 Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 5 Fotosentez

20.03.2019

13

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 49

Fresh Water RequirementsA significant environmental effect of the growth of biomass for energy is thehigh requirements of fresh water for irrigation and processing. For example,the production of a single gallon of ethanol from corn requiresapproximately 1,000 gallons of water.

Use of Fertilizers and PesticidesThe expected globally widespread use of fertilizers and pesticides is anothersignificant environmental effect of more biomass production. The knownenergy crops are very fast-growing plants and need the input of largeamounts of fertilizers, pesticides and insecticide chemicals. Thesechemicals contain phosphorous, sulfur, nitrates, arsenic and trace metalssuch as zinc, lead, and manganese. Many of these elements are toxic tohumans or harmful to the environment. The widespread combustion ofbiomass will become another pathway that introduces these toxicelements to the atmosphere and to the living organisms.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 50

Unintended Production of MethaneA fourth environmental effect of biomass is the potential acceleratedproduction of methane. If left untreated for periods of a few weeks,biomass decomposes naturally and produces carbon dioxide and methane.The latter (methane) is sixteen times more potent GHG than carbon dioxide.The anaerobic decomposition of biomass, e.g. when it is immersed in wateror buried underground, always produces methane gas, which diffuses intothe atmosphere and contributes significantly to global warming. If biomassis not used promptly and is left to decompose, either in the field orinstorage facilities, it would cause significantly greater damage than theenvironmental benefit of removing some of the carbon dioxide from theatmosphere.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 51

Other Effects: Other, less significant environmental effects of expandedbiomass production and production of energy crops include:

• Soil erosion and depletion of soil nutrients.• Loss of biodiversity.• Partial or total deforestation, which may lead to desertification.• Growth of monocultures, which are highly vulnerable to agriculturaldiseases and bacteria.• Higher river silt concentration and enhanced siltation rates that may leadto the addition of nutrients to water in lakes and rivers, which encouragesplant growth that can take oxygen from the water and kill fish and otheranimals (eutrophication).• Changes in land use and irrigation patterns, which may change themicroclimate of the region.• Dust production from plowing and harvesting.

Dr. Ç. ÇAKANYILDIRIM 52

It must be noted that almost all the adverse environmental effects ofextensive biomass production are associated with the energy crops and notwith the treatment of agricultural, human and animal waste. The expandedproduction of energy from any type of waste and the reduction of thevolume of waste on a global scale has beneficial environmental andecological effects, in addition to producing needed energy.