Kentsel katı atık bileĢimi coğrafi alan, nüfus yoğunluğu, ekonomik durum, iklim koĢulları ve atık yönetimi politikaları gibi değiĢkenlere bağlıdır ve sürekli değiĢim göstermektedir. Bu sebeple literatürde odun esaslı birçok malzemenin pirolizine yer verilmiĢ olmasına rağmen, özellikle büyük miktarlarda kentsel katı atığın piroliz iĢlemine tabi tutularak enerji elde edilmesine pek değinilmemiĢtir. Bu çalıĢmada kentsel katı atık piroliz tesisi tasarım, imalat ve kurulumu yapılarak farklı sıcaklıkların piroliz son ürün miktarlarına olan etkilerini gözlemlemek için deneyler yapılmıĢtır. Yapılan deneyler neticesinde piroliz sıcaklığının, son ürün miktarlarını etkileyen en önemli parametrelerden biri olduğu ispatlanmıĢtır. Kentsel katı atıkların enerjiye dönüĢtürülmeleri için maksimum metan miktarının elde edileceği sıcaklığın 600 o
C olduğu gözlemlenmiĢ ve bu sıcaklıktaki CH4‟ ün kütlece yüzdesi %4,12 olarak belirlenmiĢtir.
Yine kentsel katı atıklardaki bu içerik farklılıklarından dolayı piroliz reaktörünün hesaplamalı akıĢkanlar dinamiği ile sonlu elemanlar analizinin daha önce yapılmadığı görülmektedir. Bu çalıĢmada Kocaeli valiliği il çevre ve orman müdürlüğü tarafından hazırlanan 2015 yılı Kocaeli ili çevre durum raporundan faydalanılmıĢ ve piroliz prosesi bu rapordaki değerlere göre modellenip, analiz edilmiĢtir. Analizi yapılacak olan piroliz reaktörü 3 boyutlu tasarım programında çizilmiĢ ve analiz programına buradan import edilmiĢtir. Analiz programı olarak Ansys - Fluent yazılımı kullanılmıĢ ve Multiphase modelinde sonlu elemanlar çözümü yaptırılmıĢtır. Bu tezde kullanılan termodinamik denge modeli sadece gaz fraksiyonunu değil aynı zamanda katı+sıvı bileĢimini de öngörmeye yarayacak iki fazlı (katı+gaz) denge modelidir. Üç farklı çap/boy oranında tasarlanan reaktör, harici bir ısıtıcı ile ısıtılmakta ve yüzey sıcaklığı 873 K‟ de sabit tutulmaktadır. Reaktör çıkıĢı ise 1 atm basıncında bulunmaktadır. Bunlara ek olarak giriĢ sıcaklığı, partikül boyutu ve dönme hızlarında farklı değerler denenerek toplamda 81 adet analiz yapılmıĢ ve bu değiĢkenlerin gaz ürün miktarını önemli ölçüde etkilediği görülmüĢtür.
Biyokütle ve atıklardan enerji elde edilmesine katkı sağlamak amacıyla yapılan bu çalıĢmada Kocaeli ili için kentsel katı atıkların döner fırında piroliz iĢlemine tabi
112
tutulmaları modellenmiĢ, sonlu elemanlar analizi gerçekleĢtirilmiĢ ve piroliz sonucunda elde edilen gazın çeĢitli bileĢenler (CH4, H2O, CO, H2, CO2) içermekte olduğu görülmüĢtür.
Yapılan analizlerde 3 farklı çap/boy oranında reaktör modellenmiĢ ve piroliz gazları içerisinde yüksek ısıl değere sahip olan metan gazı miktarının 0,3 çap/boy oranında maksimum değerde olduğu görülmüĢtür.
Yapılan enerji analizinde, Kocaeli ilindeki kentsel katı atıkların piroliz iĢlemine tabi tutulmaları halinde meydana gelecek gaz ürünlerden sadece metan gazının değerlendirildiğinde bile üretilebilecek yıllık elektrik enerjisi yaklaĢık 156 GWh olarak bulunmuĢtur. Ġleriki çalıĢmalar için, araĢtırmacılar elde edilen tüm gazların ısıl
değerlerini hesaba katarak üretilecek elektrik enerjisi potansiyelini hesaplayabilirler. Kalma süresinin gaz ürün miktarını artırdığı, fakat belli bir süreden sonra CO ve CO2 miktarı artarken, CH4 ve H2 miktarlarının azalmaya baĢladığı görülmüĢ ve maksimum metan miktarının 10 rpm dönme hızı neticesinde elde edildiği görülmüĢtür.
Partikül boyutu küçüldükçe gaz ürün miktarının arttığı gözlemlenmiĢtir. 20 mm, 30 mm ve 40 mm partikül boyutlarındaki malzemelerle yapılan analizler sonucunda maksimum metan miktarının 20 mm partikül boyutuyla yapılan analizden elde edildiği görülmüĢtür. Kurutucu ünitesinden çıkan atıkların piroliz ünitesine alınma sıcaklıkları (giriĢ sıcaklığı) da gaz ürün miktarında önemli rol oynamaktadır. 353 K, 373 K ve 393 K sıcaklıklarında yapılan analizlerde maksimum CH4 miktarı 373 K sıcaklığında yapılan analizler neticesinde elde edilmiĢtir. GiriĢ sıcaklığı arttıkça CO ve CO2 üretimi artmakta fakat metan miktarı azalmaktadır. GiriĢ sıcaklığının düĢük olduğu durumlarda ise belli kimyasal tepkimeler sonuçlanmadan atıklar üniteyi terk ettiği için; katı+sıvı ürün miktarının yüksek olduğu buna bağlı olarak da gaz ürün miktarının düĢük olduğu görülmektedir.
Yapılan deneysel çalıĢma ve sonlu elemanlar analizinin birbiriyle örtüĢtüğü ve elde edilen gaz kompozisyonlarının hem literatürle hem de birbirleriyle uyumlu olduğu görülmektedir.
Bu çalıĢmada kentsel katı atık pirolizi, 873 K reaktör sıcaklığında modellenmiĢ ve maksimum metan miktarına göre optimum sınır koĢulları bulunmuĢtur. Piroliz prosesinin hesaplamalı akıĢkanlar dinamiği ile modellenmesi üzerine çalıĢan araĢtırmacılar için bu çalıĢma farklı piroliz sıcaklıklarının ürün dağılımına olan
113 etkilerini incelemek için temel teĢkil etmektedir.
Kentsel katı atıkların piroliz yöntemi ile bertarafı uluslararası bilim çevrelerinin ve kullanıcıların son zamanlarda üzerine yoğunlaĢtıkları bir konudur. Her geçen gün dağ gibi büyüyen ve önemli miktarda kalorifik değere sahip olan kentsel katı atıklardan maksimum oranda yararlanılmalıdır. Hem enerji üretimi hem de atık bertarafı imkânı olduğu için piroliz tesislerinin yaygınlaĢtırılması ekonomik açıdan ve çevresel etkileri minimize etmek açısından çok büyük katma değer sağlamaktadır. Piroliz yöntemi kullanılmaya baĢlandıkça düzenli depolama sahalarına ihtiyaç kalmayacak ve bu alanların tarımsal veya diğer amaçlar için kullanılmasına katkı sağlanacaktır.
Doğal Hayatı Koruma Derneği'nin açıklamalarına göre, insanlık tarihinde hiç olmadığı kadar hızlı ve büyük miktarlarda tüketilen doğal kaynaklar, son 40 yılda birkaç kat daha artarak bitmez gibi görünen kaynaklar tahribata uğramıĢtır. Önümüzdeki 25 yıl içinde elektrik talebinde yüzde 70 artıĢ olurken, enerji kaynaklarının yavaĢ yavaĢ tükenmeye yüz tutacağı Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi tarafından hazırlanan Enerji Raporu‟ndaki verilerde açıkça görülmektedir. Takip eden yıllarda ise dünyamız enerji konusunda sıkıntılı dönemlerle yüz yüze kalacaktır. Bu sebeple ülkelerin enerji ihtiyaçlarını sağlamak amacıyla dıĢa bağımlılıklarını azaltmaları ve özellikle yerli ve yenilenebilir enerji kaynakları ile kendi enerji ihtiyaçlarını karĢılayabilmeleri büyük önem arz etmektedir. Tam da bu sebeple kentsel katı atıklar yüzyıllardır süregelmiĢ ve potansiyelinde bulundurduğu devasa enerji miktarı yok sayılarak „atık‟ sınıfında bulundurulmaktan çıkarılıp kontrollü bir atık yönetimi sayesinde özellikle piroliz ünitelerinde değerlendirilerek ekonomik olarak bir „girdiye‟ dönüĢtürülmelidir. Özel sektör ve kamu iĢbirliği ile bu konuda da çalıĢmalar yapılarak özellikle enerji üretimi konusunda yol alınabilirliğin önü açıktır.
114