Kenevir odununun piroliz işlemiyle sentez gazı (syngas) üretimi, işlem sıcaklığı, piroliz koşulları ve reaktör tasarımına bağlı olarak değişir. Ancak genel olarak biyokütlenin pirolizi sırasında ortaya çıkan sentez gazı bileşimi ve hacmi şu faktörlere bağlıdır:
Piroliz sıcaklığı: 400–700°C aralığında genellikle daha fazla gaz oluşur.
Isıtma hızı: Hızlı pirolizde daha fazla gaz, yavaş pirolizde daha fazla katı kalıntı (biyochar) elde edilir.
Hammaddenin nem içeriği: Yüksek nem, gaz verimini düşürür.
Biyokütlenin bileşimi: Kenevir odunu lignoselülozik bir yapıdadır, genellikle %40-50 karbon, %30-40 oksijen ve %5-10 hidrojen içerir.
Ortalama Gaz Verimi
Biyokütlenin piroliz verimi ortalama şu şekildedir:
Gaz fraksiyonu: %30-50
Biyochar (karbon kalıntısı): %20-35
Biyo-yağ: %20-40
Eğer yüksek sıcaklıkta (600-800°C) hızlı piroliz yaparsan, 1 ton (1000 kg) kenevir odunundan yaklaşık 300-500 kg gaz çıkışı beklenir.
Doğal gaz yerine geçen sentez gazının (CO, H₂, CH₄ karışımı) ortalama yoğunluğu 1.2 kg/m³ olarak kabul edilirse:
300-500 kg 1.2 kg/m³ = 250 - 417 m³
Yani 1 ton kenevir odunundan 250-417 metreküp sentez gazı (doğal gaz eşdeğeri) üretilebilir.
Biyochar, biyokütlenin pirolizle yakılması sonucu elde edilen karbon açısından zengin bir malzemedir. Çevresel faydaları ve çok yönlü kullanımı nedeniyle birçok sektörde değerlendirilebilir. İşte biyochar'ın başlıca kullanım alanları:
1. Tarım ve Toprak İyileştirme
Toprak Verimliliğini Artırır: Organik madde içeriğini ve su tutma kapasitesini artırır.
pH Düzenleyici: Asidik toprakları iyileştirerek bitki büyümesini destekler.
Besin Tutma Kapasitesini Artırır: Azot ve fosfor gibi besinlerin kaybını önler.
Mikrobiyal Aktiviteyi Destekler: Faydalı mikroorganizmaların çoğalmasını teşvik eder.
Erozyonu Önler: Hafif ve kumlu topraklarda yapıyı güçlendirir.
2. Hayvancılık
Hayvan Yem Katkısı: Sindirimi iyileştirir, bağırsak sağlığını destekler ve metan salınımını azaltır.
Altlık Malzemesi: Kümes hayvanları ve büyükbaş hayvanlar için koku kontrolü sağlar.
Gübre Aditifi: Gübre ile karıştırılarak kokuyu azaltır ve besinleri tutarak gübreyi daha etkili hale getirir.
3. Çevresel Uygulamalar
Su Arıtımı: Ağır metalleri, pestisitleri ve kirleticileri adsorbe ederek suyu temizler.
Hava Filtrasyonu: Aktif karbon yerine kullanılabilir, toksinleri ve gazları filtreleyebilir.
Karbon Tutma: Atmosferdeki karbonu uzun süreli olarak depolayarak iklim değişikliğiyle mücadele eder.
4. Enerji Depolama ve Sanayi Kullanımları
Yakıt Olarak Kullanım: Odun kömürüne alternatif olarak sanayide ve mutfakta kullanılabilir.
Biyochar Bazlı Aktif Karbon: Gaz maskeleri, su filtreleri ve hava temizleme sistemlerinde kullanılabilir.
Batarya Üretimi: Lityum iyon pillerde elektrot malzemesi olarak geliştirilmektedir.
5. İnşaat ve Malzeme Bilimi
Beton ve Tuğla Katkısı: Hafif ve ısı yalıtımlı yapı malzemeleri üretiminde kullanılabilir.
Asfalt Katkısı: Yol yapımında dayanıklılığı artırabilir.
Plastik ve Kompozit Malzemeler: Biyoplastik ve sürdürülebilir malzemeler üretiminde dolgu malzemesi olarak değerlendirilebilir.
6. Tekstil Endüstrisi
Kumaşlarda Koku Giderici: Spor kıyafetlerinde ter kokusunu emen tekstillerde kullanılır.
Termal Yalıtım: Isı tutucu özellikleri sayesinde askeri ve ekstrem hava koşullarına dayanıklı kıyafetlerde uygulanabilir.
Biyochar, doğru şekilde işlendiğinde yüksek katma değerli ürünlere dönüşebilir. Senin kenevir odunundan saf karbon üretme hedefin doğrultusunda,
biyochar'ın ileri düzeyde işlenerek aktif karbon, süperkapasitör malzemesi veya karbon bazlı kompozitler üretmek için kullanılması da düşünülebilir.
Özellikle sanayide ve enerji depolamada daha fazla getiri sağlayabilecek bir potansiyeli var.
Biyochar'ı saf karbona çevirmek için yüksek sıcaklıkta termal işlem ve kimyasal arıtma uygulanır. İşlem, yüksek saflıkta karbon üretmek için aşağıdaki adımları içerir:
1. Ön İşlem: Piroliz ile Biyochar Üretimi
Eğer biyochar'ı doğrudan kenevir odunundan üretmeyi planlıyorsan, piroliz (oksijensiz ısıl bozunma) işlemi ile başlamalısın:
Sıcaklık: 400-700°C
Atmosfer: Azot (N₂) veya argon (Ar) gibi inert gaz ortamı
Isıtma süresi: 1-2 saat
Bu aşamada elde edilen biyochar genellikle %70-85 karbon içerir, ancak hala hidrojen, oksijen ve kül gibi safsızlıklar içerir.
2. Yüksek Sıcaklıkta Karbonizasyon (Grafitleşme)
Biyochar'ı daha yüksek karbon içeriğine çıkarmak için yüksek sıcaklık karbonizasyonu uygulanır:
Sıcaklık: 1000-2500°C
Atmosfer: Azot (N₂) veya argon (Ar)
Süre: 3-5 saat
Bu işlem, oksijen ve hidrojen içeriğini uzaklaştırarak karbon saflığını %90-99 seviyelerine çıkarır. Grafitleşme ise 2500°C üzeri sıcaklıklarda meydana gelir ve malzemeyi kristalize karbon yapısına dönüştürebilir.
3. Kimyasal Arıtma (Kül ve Safsızlık Giderme)
Biyochar içindeki metal oksitler ve kül oranını düşürmek için asit ve baz arıtma yapılır.
Asitle Yıkama (Kül Giderme)
HCl (Hidroklorik Asit) veya H₂SO₄ (Sülfürik Asit) ile yıkama: Metal oksitleri çözer.
HF (Hidroflorik Asit, opsiyonel): Silika gibi inorganik bileşenleri uzaklaştırır (çok dikkatli kullanılmalı).
Baz ile Yıkama (Organik Kirleticileri Giderme)
KOH veya NaOH (Sodyum Hidroksit) ile işlem: Organik kirleticileri temizler.
Sonrasında suyla nötralizasyon ve kurutma yapılır.
Bu işlem sonunda karbon saflığı %99+ seviyelerine ulaşabilir.
4. Aktivasyon (Opsiyonel)
Eğer aktif karbon üretmek istiyorsan, karbonun yüzey alanını artıran aktivasyon işlemi uygularsın.
Kimyasal Aktivasyon: KOH, ZnCl₂ veya H₃PO₄ ile 600-900°C'de ısıtılır.
Fiziksel Aktivasyon: CO₂ veya su buharı kullanılarak 800-1000°C’de gözenekli yapı oluşturulur.
Bu yöntemle yüksek yüzey alanına sahip aktif karbon üretilebilir.
Sonuç
Bu işlemlerden sonra elde edilen ürün grafit yapısına yakın, yüksek saflıkta karbon olacaktır. Kullanım amacına bağlı olarak:
Bataryalar için süper saf karbon istiyorsan 2500°C üzeri ısıl işlem gerekir.
Filtrasyon veya aktif karbon için kimyasal aktivasyon yeterlidir.
Sanayi tipi karbon katkı maddesi için 1000-1500°C aralığı yeterli olabilir.