Yenilenebilir enerji uygulamalarında kullanılmak üzere hibrit malzeme geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada, yenilenebilir enerji kaynaklarının etkin kullanımına katkı sağlamak ve biyokütleden kaliteli biyoyağ üretimini geliştirmek amacıyla, lignoselülozik biyokütle olarak Göknar ağacı talaşı ve algal biyokütle olarak Chlorella tozu türü kullanılarak katalitik piroliz çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Piroliz sürecinde ürün dağılımını iyileştirmek, biyoyağın enerji potansiyelini artırmak ve yakıt özelliklerini geliştirmek amacıyla CeO2/H-FER sol-jel ve H-FER@CeO2 çekirdek-kabuk (core-shell) yöntemleriyle sentezlenen farklı oranlarda (kütlece %1, 3, 5) Ni yüklü hibrit katalizörler kullanılmıştır. Hibrit katalizörlerin özelliklerinin belirlenmesinde SEM, SEM-EDX, Çok noktalı BET, XRD, FT-IR ve TEM analizlerinden faydalanılmıştır. Farklı katalizör yapıları ve Ni yükleme oranlarının piroliz ürünleri üzerindeki etkileri karşılaştırmalı olarak incelenmiş; özellikle hidrokarbon oluşumu, oksijenli ve azotlu bileşiklerin dönüşümü ile yakıt kalitesini belirleyen bileşenlerin değişimi değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda, geliştirilen katalizör sistemlerinin biyokütle kaynaklı yenilenebilir yakıt üretiminde kullanılabilirliği ortaya konulmuş ve sürdürülebilir enerji teknolojilerine katkı sağlayabilecek yeni katalitik yaklaşımlar geliştirilmiştir. Sonuç olarak, katalizörlerin yapısal özelliklerinin belirlenebilmesi amacıyla temel karakterizasyon teknikleri kullanılmış ve sonuçların birbiriyle uyumlu olduğu kanaatine varılmıştır. Katalizör sentez yönteminin ve Ni yükleme oranının göknar ağacı talaşı ve Chlorella tozu piroliz ürünlerinin seçiciliğini belirleyen temel parametreler olduğu görülmüştür. Özellikle %5 Ni H-FER@CeO2 katalizörü, hidrokarbon bakımından zengin ve oksijenli/azotlu bileşikler bakımından daha düşük içerikli ürün dağılımı sağlayarak en yüksek yakıt potansiyelini ortaya koymuştur.

In this study, catalytic pyrolysis of lignocellulosic biomass (fir sawdust) and algal biomass (Chlorella sp.) was conducted to contribute to the efficient utilization of renewable energy resources and to enhance the production of high-quality bio-oil from biomass. To enhance the product distribution, increase the energy potential of the bio-oil, and improve its fuel properties, Ni-loaded hybrid catalysts with different Ni loadings (1, 3, and 5 wt.%) were synthesized using two different preparation methods: the CeO2/H-FER sol-gel method and the H-FER@CeO2 core-shell method. The synthesized hybrid catalysts were comprehensively characterized by SEM, SEM-EDX, BET surface area analysis, XRD, FT-IR, and TEM. The effects of catalyst architecture and Ni loading on the pyrolysis product distribution were comparatively investigated, with a particular emphasis on hydrocarbon formation, the conversion of oxygenated and nitrogen-containing compounds, and changes in the chemical composition that govern the fuel quality of the resulting bio-oil. The obtained results demonstrated the applicability of the developed catalyst systems for the production of renewable fuels from biomass and provided new catalytic approaches that may contribute to sustainable energy technologies. The characterization results confirmed the successful synthesis of the hybrid catalysts and showed good agreement among the applied analytical techniques. Furthermore, both the catalyst preparation method and the Ni loading were identified as key parameters governing the selectivity of pyrolysis products obtained from fir sawdust and Chlorella biomass. Among the investigated catalysts, the 5 wt.% Ni-loaded H-FER@CeO2 core-shell catalyst exhibited the highest fuel potential by producing a product distribution enriched in hydrocarbon compounds while significantly reducing the formation of oxygenated and nitrogen-containing compounds. These findings suggest that the developed Ni-loaded hybrid catalysts are promising materials for catalytic biomass upgrading and the production of renewable biofuels.