Biyokütleden yakıt üretimi (2)

Canlılardan elde edilen ve doğada bozunabilen taşıllaşmamış (fosilleşmemiş) maddelere biyokütle denilmektedir. Bütün üretim, dağıtım ve tüketim süreçlerinde enerji gerekmektedir. Çoğunlukla fosil yakıtlara dayanan enerji kaynaklarımız, sürdürülebilir olmaktan uzaktır. Biyokütle enerjisi yenilenebilir türden olup; madde döngüsünün kolaylaşması açısından da önem taşır.

Bu yazı dizisinde yer alan teknik bilgiler, Pirabur Basu tarafından kaleme alınmış olan kaynakçadaki kitaptan özetlenmiştir.  Emeği için kendisine içtenlikle teşekkür ederim.

Önceki yazıda ele alınan gazlaştırma konusuna devam edelim. Bir gazlaştırma tesisi:

-Gazlaştırma haznesi

-Biyokütle elleçleme (handling) sistemi

-Biyokütle besleme sistemi

-Gaz temizleme sistemi

-Kül ve katı atık uzaklaştırma sisteminden oluşur (Bkz.1: s.167).

SABİT/HAREKETLİ YATAKLI GAZLAŞTIRICILAR

Bunlar küçük ölçekte ve ucuza kurulabildiği için yeğlenir. Bu tip gazlaştırıcılar dünyada yaygındır başlıca üç tipi vardır.

a) Üstten çekişli gazlaştırıcı

Biyokütle üstten beslenir ve bir ızgara üzerinde tutulur. Izgaranın altından çok sıcak buhar ve hava karışımı basılır. Biyokütlede sırasıyla kurutma, ısılbozunma (piroliz), gazlaşma ve oksitlenme gerçekleşir. Çıkan gaz biyokütle arasından geçerek üstten alınır. Yüksek nem (% 60'a kadar) ve yüksek kül (% 25'e kadar) içeren biyokütleler için uygundur. Parça büyüklüğü 5-100 mm arasında olmalıdır. Katran oluşumu fazladır, bu nedenle sistem fazla uçucu yakıtların üretimine elverişli değildir. Yanma sonucu oluşan ısı enerjisi, verimli kullanılır ve soğuk gaz verimi yüksektir. Gaz çıkış sıcaklığı 200-400 C derecedir. Doğrudan bir fırında veya buhar kazanında yakılabilir. Kül ızgaranın altında birikir ve oradan boşaltılır. Kırsal alanlardaki kuzineler ve önceki yazıda söz edilen SASOL bu tipte gazlaştırıcılardır.

b) Alttan çekişli gazlaştırıcı

Silindirik haznenin alt bölümüne yakın bir yerde çap daraltılarak bir boğum oluşturulmuştur. Bu kısımdan hava verilerek yanma sağlanır. Biyokütle üstten beslenir. Nem oranı en fazla % 25, kül oranı % 6 olabilir. Parça büyüklüğü 20-100 mm olmalıdır. Gaz çıkış sıcaklığı 700 C derecedir. Isının etkisiyle üst kısımdaki biyokütle kurur ve ısılbozunmaya uğrar. Yakma işlemiyle gazlaşma olur ve kül ızgaranın altında birikir. Gaz, sıcak bölgedeki külün üstünden alındığı için katranı ayrıştırmaya (cracking) elverişli durumdadır. Alttan çekişli sistemlerde katran oluşumu en alt düzeydedir.

c) Çapraz çekişli gazlaştırıcı

Silindirik yapıda biyokütle üstten beslenir. Biyokütlenin nemi en fazla % 10-20 kül oranı % 0,5-1,0 olmalıdır. Parça büyüklüğü 5-20 mm arasında olabilir. Gaz çıkış sıcaklığı 1250 C derecedir. Alttaki ızgaraya oldukça yakın yerden bir meme takımı aracılığı ile hava basılır. Memelerin önünde olan fazla miktardaki oksijen yanmayı (oksidasyon) kolaylaştırır; katran kısmen yanarak çok yüksek (> 1500 C derece) bir bölge oluşturur. Böylece kalan katran CO (karbon monoksit) şeklinde alt-akışa geçer ve boşaltılır. Bu bölümün üst kısmında ısılbozunma (piroliz), daha üstte ise kuruma olayı gerçekleşir. Kül ızgaranın altında toplanır.

“Bu tip gazlaştırıcılar küçük ölçekli biyokütle birimlerinde kullanılır. Bunların en önemli özelliklerinden biri, düşük ısıl kapasiteli nispeten küçük bir tepkime bölümü olması nedeniyle diğer hareketli yataklı tiplere göre daha çabuk tepki verebilmesidir. Bundan başka 5-10 dakika olan ilk çalıştırma süresi (startup time) aşağı ve yukarı çekişli birimlerden çok daha kısadır. Bu özellikleri yandan çekişli gazlaştırıcıların doğrudan bir motorun çalıştırılması durumunda yük değişimlerine iyi tepki vermesini sağlar.  Katran oluşumu az olduğundan çapraz çekişli bir gazlaştırıcıya nispeten basit bir gaz temizleme sistemi yeterlidir.

Çapraz çekişli gazlaştırıcılar çok hafif ve küçük olabilir. Yakıt ve kül tabakaları çeperleri yüksek sıcaklık bölümünden yalıttığı için gazlaştırıcı haznesi adi çelikten yapılabilir, hava basılan memeler ve gaz çıkış bölümünü ateşe dayanıklı olacak şekilde kaplama yapılmalıdır.

Çapraz çekişli gazlaştırıcılar, yüksek kül ve yüksek katran içeren yakıtlara daha az uygundur, eğer üstü açılırsa nem buradan çıkacağı için yüksek nemli yakıtlar kullanılabilir. Parça büyüklüğü denetlenmelidir, elenmemiş yakıtlar tıkanmaya veya oyulmaya yol açabilir. Çapraz çekişli gazlaştırıcılar odun kömürü ve ısılbozunmaya uğratılmış (pyrolized) yakıtlarla daha iyi çalışır. Isılbozunması sağlanmamış yakıtlar için hava memesi ile ızgara arasındaki yükseklik kritik hale gelir” (Bkz.1: s.177).

(Devam edecek)

1) Basu, Prabir; Biomass Gasification and Pyrolysis, Elsevier Inc, Amsterdam, 2010.