Biyokütle Ve Plastik Karışımlarının Termokimyasal Dönüşüm İşlemi, Ürün Karekterizasyonu Ve Enerji Değerlerinin Araştırılması

Abstract

Enerji ve kaynaklarının şekil verdiği Dünyamızda, çevre ile ilgili değişimler, bütün bilim dalları, siyasetçiler ve halk nezdinde merkezi konumdaki yerini teslim almıştır. Atık oluşumunun azaltılması, atıkların oluşturduğu çevre kirliliği, atık bertarafı, mümkün olduğunca atıkların yeniden kullanımı ve atıklardan değerli maddelerin yeniden kazanımı, temel başlıklardan bir kısmını oluşturmaktadır. İşleme tabi tutulmadan yığılan atıklar büyük alanlar kaplamaktadır. Görüntüsü, uzak mesafelerden hissedilen rahatsız edici kokusu, kapladığı alan, taşıdığı patlama riski gibi birçok dezavantajlar içermektedir. Bunlara ek olarak tüketimin gittikçe artmasıyla hızla artan çöplükler; barındırdığı enerji ve değerli maddelerin elde edilmeden doğaya rast gele karışması ve henüz ortaya konmamış zararlı etkileriyle fen, sosyal ve eğitim alanlarında topyekûn bir çalışma konusu olmaktadır. Atık yönetiminde genel olarak, atıkların bir yere boşaltılmadan önce tamamen eylemsiz hale getirilmesi ve az yer kaplaması istenmektedir. Bertaraf edilmesi, geri kazanım ve yeniden kullanımı açısından katı atıkların başında polimere dayalı malzemeler ve biyokütle atıkları gelmektedir. Başta odun olmak üzere, bitki (selüloz, lignin hemiselüloz) ve hayvansal maddelere biyokütle denmektedir. Fotosentez yoluyla açığa çıktığı için yenilenebilir bir enerji türüdür. Depo edilmiş halde bulunmaktadır. Fosil yakıtlara alternatif olmasa bile bağımlılığı kısmen giderecek kapasiteye sahiptir. Kanola, ayçiçeği, soya ve benzeri bitkilerden yağ elde edilip dizel motorlarda direkt kullanılabildiği gibi, biyokimyasal tekniklerle etanol elde edilip direkt benzine katılabilmektedir. Ancak, Dünya’da hızla artan besin ihtiyacı varken yemeği yakıt olarak kullanmak tartışma konusu olmuştur. Türkiye, biyokütle ve biyokütle atıkları açısından önemli ölçüde kaynağa sahiptir. Orman atıkları, endüstriyel bitki ve tarımsal atıklar örnek verilebilir. Ayrıca biyolojik çeşitliliği fazla olan Türkiye’de keşfedilmeyi ve üretilmeyi bekleyen endüstriyel yakıt bitkilerinin de olacağı açıktır (Kaygusuz et al.,2002). Plastik türevi atıkların başta gelen örnekleri; PET (polietilen terefıtalat) özellikle şişeleri, PE (polietilen) boru ve kapları, PP (polipropilen) ambalajlar, PS (polistiren) köpükler, ana maddesi çeşitli kauçuklar olan tekerlekler ve daha pek çok kompozit halde kullanılan plastik malzemelerdir. Bunların atıkları büyük yığınlar teşkil etmektedir. Bu durumda yüksek ham madde ihtiyacından dolayı büyük bir çevre ve enerji sorunu ile karşı karşıya olunduğunu göstermektedir. Aslında biyokütle, bir çeşit doğal polimer ya da biopolimerdir. Fakat biyokütle ve plastik atıkların geri dönüşümü, temel ve uygulamalı alanlarda ayrı ayrı ele alınmıştır. Bu iki tür (plastik, biyokütle) atık bazen ayrı ayrı yığınlanabildiği ve buna göre geri dönüşüme kazandırıldığı gibi, birçok kez de bunlar beraberce dev çöp yığınları halinde bulunmaktadır. Bu çöp yığınlarını malzeme cinsine göre ayırmak pahalı ve ileri bir teknoloji gerektirmektedir. Bu nedenle topluca geri dönüşüm çalışmaları yapılmalıdır. Tam alevli yakma, muhtemel zehirli gazların tutulmasıyla, bir çeşit termik santral formunu almaktadır. Biyokütlenin doğrudan yakılmasından enerji elde edildiği gibi çeşitli biyokimyasal teknikler kullanılarak mazot ve etanol de üretilebilir(Yaman,S., 2004). Bu yakma ve biyokimyasal tekniklerin dışında biyokütleden termokimyasal yollarla da daha değerli ürünler elde etmek mümkündür. Materyalin, havasız ya da inert ortamlarda belirli bir sıcaklığa belirli bir süre tabii tutularak, katı, sıvı, gaz fazlarına ayrılmasına proliz denir. Özellikle sıvı rafine edilip kullanılır(Keown et al., 2005) . Plastik atıkların geri dönüşümünde ise iki ana yol bulunmaktadır; 1- atıklar amaca göre belli bir küçüklüğe kadar ufalanıp, kendi başına veya saf plastik hammaddeyle karıştırılıp tekrar şekil vermek. Burada atık plastik, işlenme sonunda ilk kimliğini az ya da çok muhafaza etmektedir. Fakat bu şekilde atık içeren plastik malzemeler, su ve gıda ambalajı olarak kesinlikle kullanılamayacağı gibi insanın temas ettiği diğer durumlarda da güvenilirliği sorgulanmalıdır, 2- plastik atıkların biyokütlede olduğu gibi alevli ve alevsiz (proliz) olarak yakılmasıdır(Vasile, 2000). Son zamanlarda atıkların yakılması yerine termokimyasal dönüşüm teknikleri öne çıkmaktadır. İşlemler basit düzenek ve düşük sıcaklıklarda gerçekleştirilir. Temizlenmesi gereken daha az gaz emisyonu oluşur ve elde edilen sıvı, katı ve gaz ürünler depolanabilir. Tabii ki bu tür çevre ve geri dönüşüm ile ilgili çalışmalarda, maliyet ve kârlılıktan öte kendi kendini amorti edebilen ve neticesi itibariyle daha temiz ve yaşamayı sürdürebilir bir çevre asıl kardır. Bir ön çalışma niteliğinde; Türkiye’nin önemli bir endüstriyel tarım bitkisi olan fındıkkabuğu atığı ile polimerik malzeme üretiminde ilk sıralarda gelen PE’lerin bir çeşidi olan Çok Yüksek Molekül Ağırlıklı Polietilen (ÇYMAPE) karışımlarının prolizi incelenmişti. Çeşitli sıcaklıklarda ve farklı kompozisyonlarda katı, sıvı ve gaz ürün verimlerini elde edildi. Genel olarak reaktörde kalan katının ve kısmen numune alınan gazın yanıcı olduğu tespit edildi. Ancak, asıl üzerinde yoğunlaşıp daha büyük öneme haiz olduğunu düşündüğümüz sıvının ise ham petrol mesabesinde yanıcı olmayan bir sıvı olduğu tespit edildi. Bu ve benzeri diğer bir çalışmamızı, Paris’te düzenlenen Uluslar arası bir Sempozyumda 2010 tarihinde sunduk. Olumlu ve yapıcı eleştiriler aldık. Fakat daha ileri deney ve karakterizasyon için gelişmiş cihazlara ve ileri analiz tekniklerine gereksinim bulunmaktadır. Bu projeden alınacak maddi destek ile çeşitli plastik ve biyokütle atık ve karışımlarının termokimyasal dönüşüm teknikleri kullanılarak gelişmiş çalışmalar yapılacaktır. Özellikle Türkiye’ye özgü biyokütle atıkları üzerine yoğunlaşılacaktır. Yakıt olarak en çok tercih edilen sıvı ürün verimi ve ürün karakterizasyonunun tespiti yapılacak ve sıvı ürün verimi üzerine sıcaklık, işlem zamanı, karışım kompozisyonu, miktar ve çeşitli katalizörlerin etkileri incelenecektir. Elde edilen sıvı ürünlerin içeriği GC-MS ve HPLC ile karakterize edilip bomba kalorimetresiyle de sıvı ürünlerin ısıl değerleri tespit edilecektir. Bu şekilde en iyi yakıt özelliğine sahip sıvı üreten şartlar belirlenecektir. Sonuç olarak: Dünyayı etkisi altına alan enerji krizleri ve çevre felaketlerinin önlenmesi için bilim adamlarına çok iş düşmektedir. Bu tür biyokütle ve polimerik malzemelerin beraberce bulunduğu atıkların termokimyasal yollarla bertarafı ve geri dönüşüm çalışmaları henüz yenidir ve bilim insanlarının önünde kat edilecek büyük bir mesafe bulunmaktadır. Bu nedenle bu tür çalışmalara daha geniş bir yapı kazandırmak gerekir. Böylece hem enerji üretimine destek verilmiş olur hem de çevre kirleticileri olarak bilinen bu materyaller daha iyi değerlendirilerek sürdürülebilir ve yaşanılabilir bir çevre sağlanabilir.

Anahtar Kelimeler: çevre, enerji, sürdürülebilir kalkınma, biyokütle, plastik, GC-MS, proliz, sıvılaştırma.