GAZLAŞTIRMANIN KİMYASI

Katı yakıtların temelinde karbon, oksijen ve hidrojen kompozisyonları yer almaktadır. Gazlaştırıcılar ise biyokütleyi yüksek ısı altında yakmaktadırlar. Gazlaştırma prosesi dört safhaya ayrılır: Kuruma, piroliz, reaksiyon ve indirgenme.

Biyokütle kurutma sistemi

Içinde % 35'den daha fazla su ihtiva eden biyokütle termokimyasal dönüşüm sonucu elektrik üretimi için uygun değildir. Direk yakma için %8-15 arası nem oranı uygun olup, 50-100 cm arası parça boyutu idealdir. Karbonlaştırma işlemi %8-15 arası nem oranları tercih edilir. Odunun gazlaştırma sistemde kullanılabilmesi için odun içindeki nemin ayarlanması gerekir. Bu da ancak kurutma işlemi ile gerçekleşir.

I. Safha : Oksidasyon

C + O₂ = CO₂ + Heat

H + O₂ = H₂O + Heat

Biyokütlenin organik mollekülleri karbon (C) ve hidrojen (H), yukarıdaki reaksiyonlar gereğince, okside olarak ısı enerjisi açığa çıkarırlar.Bu reaksiyonlar sıcaklığın dışarıya verildiği ekzotermik reaksiyonlardır. Bunlar sırasıyla karbondioksit ve su buharına dönüşürler. Yanma sonucu yanmayan inorganik minerallerin bulunduğu kül de açığa çıkmaktadır.

II. Safha : Distilasyon (Piroliz)

Organik maddeler oksijensiz ortamda ısıtılırsa ortaya çıkan termal parçalanma sürecine piroliz adı verilir. Oksijensiz ortamda 500-600 °C' a kadar yapılan ısıtmada; gaz bileşenleri, uçucu yoğuşabilir maddeler, mangal kömürü ve kül açığa çıkar. Yüksek sıcaklığa çıktığında ise gaz bileşenleri ve odun gazı açığa çıkar.

Piroliz süreci şu şekilde gerçekleşmektedir: Oksijensiz ortamda karmaşık organik moleküller 400-600 °C sıcaklık bölgesinde parçalanarak yanabilir, yanamaz gazlar, katran ve zift açığa çıkar.

Piroliz - Orta sıcaklık - Kısa süreli reaksiyon - % 75 Biyokütle - %12 Kömür - % 13 Gaz

C₆H₁₀O₅ + Heat = C_xH_z + CO

C₆H₁₀O₅ + Heat = C_nH_mO_y

Bunun yanısıra yüksek sıcaklıkta indirgenme reaksiyonundan bağımsız olarak üçüncü bir reaksiyon basamağı oluşur: yukarıdaki reaksiyonlar. Bu reaksiyon basamağı için gerekli olan enerji oksidasyon basamağında açığa çıkan enerjiden sağlanır. Reaksiyon sonucu yüksek molleküllü biyokütle daha düşük molleküllere ve karbonmonoksite ayrışır.

III:Safha : Karbonlaştırma

Karbonlaştırmada; odun, turba, maden kömürü gibi organik maddeler havasız ortamda kimyasal parçalanmaya uğrarlar. Bu işlem de farklı sıcaklık bölgelerinde gerçekleşir ( 150 - 500 ºC ). Karbonlaşma işlemi sonucu açığa çıkan gaz bileşenleri: %50CO₂, %35 CO , %10 CH₄ , %5 diger hidrokarbon ve H₂ 'dir.Gaz karışımının yaklaşık kalori değeri 8.9 MJ/m³ 'dır. Odunun karbonlaştırılmasındaki sıvı ürünler ise sulu kısım ve katrandır.

Karbonlaştırma - Düşük sıcaklık - Çok uzun süreli reaksiyon - % 30 Biyokütle - % 35 Kömür - % 30 Gaz

IV. Safha : İndirgeme (Gazlaştırma)

Organik maddelerin gazlaştırılmasında yaklaşık 500 °C sıcaklığa kadar olan süreç piroliz safhası olup burada; karbon, gazlar (kalorifik değeri 20 MJ/m³'e kadar çıkabilir) ve katran elde edilir. Isıtma 1000 °C'a kadar çıkıldığında karbon da su buharıyla tepkimeye girerek CO ve H₂ üretilir. Ham maddedeki değişken oksijen oranına bağlı olarak gazlaştırma işlemi için ilave oksijen girdisi gerekmeyebilir.

Gazlaştırmada önemli olan biyokütlenin nem oranının % 30'u geçmemesidir. Nem oranı arttıkça gazın kalorifik değeri düşmektedir. Ayrıca hacimsel olarak yanabilir gaz olan CO miktarı düşerken CO₂ miktarı da artmaktadır. Bitkisel atıklar yakılırsa kısmi yanmada kalori değeri 4.5-6 MJ/m³ olan gaz üretilir.

Gazlaştırıcının içindeki kor halinde bulunan maddeye su buharı püskürtülürse su gazı elde edilir:

Bu gazın kalorifik değeri 10MJ/m³ dür.

Gazlaştırma - Yüksek sıcaklık - Uzun süreli reaksiyon - % 5 Biyokütle - % 10 Kömür - % 85 Gaz

2.5-3 kg odun 1 litre petrolün yerine,

3-3.5kg odun ise 1 litre dizel yakıtın yerine geçer.

CO₂ + C + Heat = 2CO

H₂O + C + Heat = H₂ + CO

Oluşan karbondioksit ve hidrojen reaksiyonları gereğince indirgenme reaksiyonu olan ikinci bir işleme tabii olarak karbon monoksit ve hidrojene dönüşürler. Bunun yanısıra kömür ve katran da oluşur teknoloji gereğince katrana dönüşen kömür gazlaştırılır. Oluşan gazlar yanıcı gazdır ve üründeki partikül madde konsantrasyonu azalmıştır.

C₆H₁₀O₅ + O₂ C_xH_z + C_nH_mO_k + CO + H₂ + Heat

Gazlaştırma prosesinin toplam reaksiyonu yukarıda verildiği gibidir.