Biyokütle Enerjisi

1973 yılındaki Orta Doğu savaşından önce insanoğlu, kömür ve petrolü değişik amaçlar doğrultusunda bol ve ucuz kullanmakta idi. Fakat savaştan sonra yaşanan petrol krizi ile kömür ve petrol kaynaklarının tükeniyor olduğu gerçeği ortaya çıkmıştır. Bilinen petrol rezervlerinin 45-50, doğalgaz rezervlerinin 63-119, kömür rezervlerinin ise 119-176 yıl içerisinde tükeneceği hesaplanmaktadır. Bununla birlikte enerji ve çevre kavramları birlikte anılmaktadır. Yeterli çevre bilincine sahip olunmadığı için kaynakların tüketimi sırasında sera etkisi yaratan CO₂ gibi gazlar ve asit yağmurlarının kaynağı olan SO₂ ve NO₂ gibi gazların çevreye kontrolsüz salınımı canlı yaşamını olumsuz etkilemiştir. Tüm bu etkenler yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını on plana çıkaran bir faktör olmuştur.

Biyokütle aslen çok eskiden bilinen bir enerji kaynağıdır. Eski çağlarda insanlar yaşamlarını sürdürebilmek amacı ile bitki ve odun parçalarını yakarlardı. Daha sonraki yıllarda bunlara hayvan tezekleri de eklendi. Az gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde kırsal kesimlerde hâlâ insanlar enerji tüketiminin yaklaşık %35’ini bu yolla karşılamaktadır. Gelişmiş ülkelerde bu yöntemler önceleri tamamen terk edilmiş olsa bile, gerek çevresel sorunlar gerekse enerji kaynaklarının tükeniyor olması gerçeği onları tekrar biyokütle enerjisini kullanmaya yöneltmiştir.

Biyolojik kökenli, fosil olmayan, 100 yıllık periyottan daha kısa zamanda yenilenebilen organik maddeler biyokütle olarak tanımlanmaktadır.

Biyokütle enerjisi, yeşil bitkilerin güneş enerjisini fotosentez yoluyla kimyasal enerjiye dönüştürerek depolaması sonucu oluşan biyolojik kütle ve buna bağlı olarak organik madde kaynaklarından üretilen enerji olarak tanımlanmaktadır. Biyokütle enerjisi CO₂ salınımına net katkısı olmayan başlıca enerji kaynağıdır, yani atmosferdeki karbondioksit derişimini artırmaz.

Biyokütlenin büyümesinde fotosentez en önemli adımdır ve şu eşitlik ile verilir:

CO₂ + H₂O + güneş ışını + klorofil ----▶ (CH₂O) + O₂

Karbondioksit (CO2), fotosentez yoluyla organik maddeye dönüştürülür ve güneş enerjisi biyokütle içinde sabit karbon biçiminde alıkonur. İnorganik maddeler, CO₂ ve su organik kimyasallara dönüştürülür ve oksijen açığa çıkar. Yapı bloğu olarak tanımlanan karbonhidrat (CH₂O) ana organik üründür. 1 gmol sabit karbon başına yaklaşık 470 kJ enerji tutulur. 

Biyokütle enerjisinin diğer enerji türlerine göre avantajları şunlardır:

• Biyokütle enerjisi sürdürülebilir, çevresel açıdan dost ve ekonomik güvenirliğe sahiptir.
• Tükeniyor gerçeği ile karşı karşıya olan fosil yakıt kullanımını azaltır.
• Küresel ısınmanın en önemli nedeni sera gazları olup bunlar arasında da küresel ısınmaya en çok neden olan gaz CO₂’dır. Sera gazları kızılötesi radyasyonu tutar ve yeryüzünün ısınmasına neden olurlar. Fosil yakıtlarla kıyaslandığında, biyokütlenin yenilenebilir olmasının yanında en önemli avantajı atmosferdeki CO₂ salınımına katkısının sıfır olmasıdır. Çünkü biyokütleler, yetişme sürecinde atmosferdeki karbondioksiti bünyesinde tutarken yandıkları zaman da onu atmosfere geri verir.
• Güneş ve rüzgâr enerjisinin elektrik, güç ve ısı üretiminde kullanımında bazı sınırlamaları olduğu bilinmektedir. Biyokütle yakıtları ise çok çeşitlidir. Biyokütle kaynaklı ham maddeler kullanarak gaz yakıt (yakmak için), sıvı yakıt (taşıtlara yakıt amaçlı ya da kimyasal ham madde amaçlı) ve katı yakıt (odun kömürü) elde etmek mümkündür.
• Biyokütle enerjisi aynı zamanda kırsal alanda sosyo-ekonomik gelişmelere yardımcı olarak iş imkânı da yaratmaktadır. Böylelikle kırsal alandan kentlere göç önlenebilir.
• Enerji ithalatı bağımlılığını azaltır.
• Uluslararası alanda rekabet sağlar.
• Biyokütle kaynaklı enerji yatırımlarının fosil kaynaklı enerji yatırımlarına kıyasla ilk yatırım ve işletme maliyetleri oldukça düşüktür.

Biyokütle enerjisinin beş temel kullanım alanı bulunmaktadır:

1. Gelişmekte olan ülkelerde geleneksel evsel kullanım
2. Geleneksel endüstriyel kullanım
3. Modern endüstriyel kullanım
4. Kimyasal dönüşüm prosesleri (“yakıt hücresi”)
5. Biyolojik dönüşüm prosesleri

Yenilenebilirler arasında büyük gelecek vadeden biyokütlenin de pek çok çeşidi bulunmaktadır. Başlıca biyokütle çeşitleri şunlardır:

• İşlenmemiş ve Atık Olmayan Biyokütle
• Çimen

1. Enerji ormancılığı

• Atık Biyokütle

1. Kentsel katı atıklar,
2. Kanalizasyon atıkları,
3. Hayvansal atıklar,
4. Tarımsal ürün atıkları
5. Orman atıkları, çevre düzenleme ve ağaç budama atıkları
6. Su bitkileri

Enerji ormancılığı birim zamanla ve verimle birebir ilişkilidir. Yani diğerleri ile kıyaslandığında en kısa sürede odun temelli ham maddelerin üretilmesi, kesildikten sonra ise kendiliğinden tekrar yetiştirilebilen bu ham maddelerden oluşan orman yaratma yöntemine enerji ormancılığı denir.

Atık biyokütle kaynakları çok çeşitlidir:

1. Kentsel katı atıklar,
2. Kanalizasyon atıkları,
3. Hayvansal atıklar,
4. Tarımsal ürün atıkları
5. Orman atıkları, çevre düzenleme ve ağaç budama atıkları
6. Su bitkiler

Çöplerin enerjiye dönüştürülebilecek kısımlarını kâğıt, odun parçaları ve plastikler oluşturmakla birlikte en yüksek pay kâğıt atıklarındadır. Organik olmayan cam, metal gibi maddelerin ayrıştırılmasından sonra bu atıklar dönüşüme hazır hâle getirilebilir.

Şehir kanalizasyonu çevreyi kirletici bir unsur değil de besleyici mineralleri yüksek bir doğal kaynak, doğal gübre olarak kabul edilmektedir. Bu tip atıklar da hayvansal atıklar gibi biyogaz üretiminde (atıkların havasız ortamda bozundurulması ile yakıt gazı üretimi) değerlendirilmektedir. Kanalizasyon atıklarının değerlendirildiği diğer alan ise piroliz (havasız ortamda bozundurma) yöntemidir.

Hayvansal atıklar biyokütle potansiyeli olarak kullanılabilen potansiyel atıklardan olmasına rağmen toplam biyokütle enerjisinin küçük bir bölümünü oluşturur. Köylerde samanla karıştırılıp kurutularak katı yakıt olarak kullanılmaktadır. En önemlileri tavuk, inek gibi hayvanların pislikleridir. Bu atıkların klasik kullanımları gübre şeklindedir. Ancak çevresel sınırlamalar bu atıkların gübre olarak kullanımlarına sınırlamalar getirmiştir. Günümüzde bu tip atıklar enerji üretimi amaçlı kullanılmaktadır. En çok kullanıldığı alan biyogaz üretimidir.

Bu tür atıklar hasat sırasında tarlada kalan ya da ayırma ve temizleme sırasında biriken atıklardır. Bu atıkların büyük kısmını soya fasulyesi, buğday, yulaf ve arpa samanları, mısır koçanı gibi tarla atıkları ile yerfıstığı ve fındık kabukları, pamuk atıkları, şeker kamışı gibi değişik atıklar oluşturmaktadır. Türkiye bulunduğu iklim şartları nedeniyle tarım ülkesi olarak nitelendirilmektedir. O yüzden bu potansiyelden kaynaklanan atıkların iyi değerlendirilmesi gerekmektedir.

Bu tür atıklar ağaç kesme sırasındaki dal, gövde, kütük, yapraklar gibi atıkları, pazarlanabilir değeri olmayan hasarlı ağaçları, kereste üretimi sırasında oluşan odun atıklarını içermektedir. Yeraltındaki ağaç kökleri de orman atıkları içerisinde değerlendirilebilir.

Tek ve çok hücreli yosunlar, su yüzeyindeki bitkiler enerji kaynağı olarak düşünülebilirler. Bu grubun en göze çarpan üyesi alglerdir. Çabuk büyüme hızına sahiptirler. Anaerobik (havasız ortam) bozunma ile metan ve değerli hidrokarbonlara dönüştürülebilmektedir.

Biyokütlenin yapısında;

• ekstraktifler
• selüloz, hemiselüloz ve lignin
• lipitler, protein, nişasta, esterler, trigliseridler bulunur.

Ekstraktifler biyokütlenin yapısında bulunan ve uygun çözücüler yardımıyla alınabilen bileşenlerdir. Ekstraktiflere örnek olarak şekerler, tanenler, nişastalar, zamk, reçine verilebilir. Ekstraktif bileşenler birçok biyokütlenin çürüme ve böceklere karşı direnç kazanma özelliğinden sorumludur.

Pek çok biyokütle kuru temelde yaklaşık %50 selüloz içerir. Diğer bileşenler düşük yüzdeli bulunurlar. Selüloz altı karbonlu ve oldukça yoğun bir karbonhidrattır. Polimer zincirinde β-glukozidik birimlerinden oluşur. Sulu alkalilerde ve asitlerde erimezler. Selüloz, bitkilerin azotlu olmayan iskeletini oluştururlar ve genellikle mumlarla, yağlarla, boyar maddelerle, tanenlerle birleşik olarak bulunur. Selüloz, 325-400ºC sıcaklık aralığında bozunur.

Hemiselülozlar, her ne kadar selülozlar gibi karbonhidratlardan meydana gelmişlerse de termal dayanıklılık dereceleri daha düşüktür. Yani daha kolay bozunan bileşendir. Hemiselülozun bozunma sıcaklığı 250-350ºC arasındadır. Hemiselülozların görevi ağacın liflerini yapıştırmaktır.

Lignin, oldukça geniş bir polimerizasyon reaksiyonu sonucu oluşan, molekül ağırlığı yaklaşık 10000 olan oldukça karmaşık bir aromatik yapıdan meydana gelmektedir. Ligninler, bitki hücrelerine mekanik dayanıklılık verirler. Çok genç bitkilerde lignin yoktur. Bitkinin yaşı arttıkça lignin miktarı da artar. Kuru odunun yaklaşık %25’i lignin içerir.

Biyokütleyi değişik süreçlerden geçirerek onu daha faydalı ürünlere dönüştürmek mümkündür. Uygulanan dönüşüm prosesine ve kullanılan biyokütleye bağlı olarak farklı ürünler elde edilebilir. Bu amaçla çeşitli yöntemler bulunmaktadır. Bu yöntemler başlıca; fiziksel, biyokimyasal ve ısıl (termal) olarak sınıflandırılabilirler.

Fiziksel dönüşüm yöntemleri şunlardır:

• Nem giderme ve kurutma
• Boyut küçültme
• Yoğunlaştırma
• Biriketleme ve pelletleme
• Ayırma

Nem giderme; biyokütlenin içermiş olduğu tüm nemin sıvı olarak uzaklaştırılmasıdır. Kurutma da benzer bir prosestir. Nem giderme ile kurutma arasındaki temel fark; kurutma işleminde nem, buhar olarak uzaklaştırılmaktadır.

Uygulanabildiği takdirde güneş kurutması en düşük maliyetli olanıdır. Bunun yanında, güneşte kurutmanın bazı dezavantajları da bulunmaktadır: Proses yavaştır ve o bölgenin iklim koşullarına bağlıdır. Ancak, güneşte kuruyamayacak ham maddeler endüstriyel kurutucular yardımıyla kurutulmalıdır. Püskürtücülü kurutucular ve sıcak hava akımlı fırınlar endüstriyel kurutuculara örnek olarak verilebilir.

Boyut küçültme, biyokütlenin direkt yakıt olarak kullanımı ya da dönüşüm prosesleri için yakıt pelletleri, biriketler hâlinde hazırlanması amacıyla ilk adım olarak uygulanır. Daha küçük boyutlu biyokütle demek; depolama hacminin azalması ve taşıma kolaylığı demektir.

Yüksek yoğunluklu biyokütleler; taşıma ve depolamayı kolaylaştırır, biyokütle kararlılığı sağlar, fırınlara biyokütleyi yakıt kaynağı ve reaktörlere de ham madde olarak beslemeyi kolaylaştırır, yüksek enerji yoğunluğu sunarken daha temiz yanan bir yakıt kaynağı olarak karşımıza çıkar.

Briketleme ve pelletleme, biyokütlenin basınç altında sıkıştırılarak aralarındaki hava boşluklarının en aza indirilmesiyle en küçük alana en fazla ürün yerleştirilmesidir.

 Özütleme, distilasyon, filtrasyon ve kristalizasyon ayırma işlemlerine örnek olarak verilebilir.

Biyokimyasal dönüşüm prosesi; ham maddenin biyokimyasal ve mikroorganizmalar yardımı ile sıvı ve gaz ürünlere dönüştürülmesidir. Sıvı ürünler için etanol ve metanol, gaz ürünlere de biyogaz örnek olarak verilmektedir.

Biyokimyasal dönüşüm prosesinin iki önemli uygulaması, havasız ortamda biyokimyasal parçalanma ile biyogaz eldesi ve fermantasyon ile alkol eldesidir. Havasız ortamda parçalanma ile fermantasyon arasındaki en önemli fark elde edilen ürün ve biyolojik katılımın özelliğidir. Havasız ortamda parçalanma ile gaz ürün elde edilirken fermantasyon enzimlerin varlığında sıvı ürün verir.

Biyogaz eldesi; ortam sıcaklığı, uygun pH, besin ve katkı maddeleri, alıkonma süresi ve karıştırma gibi parametrelere bağlıdır.

Ham maddenin mikroorganizmalarla birlikte enzimatik yolla değerli ürünlere dönüştürüldüğü prosese fermantasyon denir.

Bitkilerden elde edilen etanol (biyo-etanol), sürdürülebilir bir enerji kaynağı olarak sağladığı çevresel ve ekonomik yararlar nedeniyle, fosil yakıtlara göre avantajlar sağlamaktadır. Günümüzde etanol yakıt kaynağı olarak motorlu taşıtlarda tek başına veya benzine karıştırılarak kullanılır. Benzinle değişik oranlarda karıştırıldığındaki en yaygın uygulamalar E10 ya da E85 diye bilinen sırasıyla %10 ve %85 etanol içeren karışımlardır.

Biyoetanol yüksek oktan sayısına sahiptir. Oktan sayısı benzinin kalitesini gösterir. Kaliteli bir yakıt için oktan sayısının yüksek olması tercih edilir. Biyoetanolün dezavantajı ise benzinden daha düşük yoğunluk, yüksek viskozite ve düşük enerjiye sahip olmasıdır. Fakat biyoetanolün enerjisi metanol ile karşılaştırıldığında daha yüksektir. 

Yağlı tohum bitkilerinden elde edilen yağlar, atık kızartma yağları veya hayvansal yağların kısa zincirli bir alkol ile bir katalizör ortamında reaksiyona girmesi ile oluşan C₁₆-C₁₈ yağ asidi zincirlerinden oluşan yakıta biyodizel denir.

Biyodizelin, petrol dizeline göre olumlu yönleri şunlardır:

• Biyodizel bileşimi daha basittir.
• Biyodizel daha az oksijenle yanar.
• Depolanması daha güvenlidir.
• Daha geç parlar.
• Toksik değildir. Motor korozyonu bakımından daha az tehlikelidir.
• Petrol dizeli ile çalışan motorlarda yakılabilmektedir.

Biyodizelin, petrol dizeline göre olumsuz yönleri şunlardır:

• Isıl değeri daha düşüktür.
• Soğuk hava şartlarında petrol temelli dizele göre daha hızlı etkilenir.
• Azotoksit emisyonları daha yüksektir.

Isıl dönüşüm prosesleri; biyokütlenin içermiş olduğu kimyasal enerjinin ısıl işlemlerle ürünlere aktarılmasıdır. Bu yolla üretilen ürünler enerji içeriği ve kolay kullanım açısından biyokütleye üstünlük sağlamaktadır.

Biyokütlenin daha değerli ürünlere dönüştürüldüğü başlıca dört termokimyasal proses vardır: yanma, piroliz, gazlaştırma ve sıvılaştırma.

En umut verici termokimyasal dönüşüm prosesi ürünü olarak piroliz sıvısı ya da bio-oil görünmektedir. Bio-oilin taşınma, depolanma kolaylığı yanında, değişik ısı ve güç uygulamalarında ilgili ekipmana küçük bir modifikasyonla ya da hiç modifikasyona gerek duyulmadan kullanılıyor olabilmesi bu yakıtları yakın gelecek için tercih edilen bir yakıt türü yapmıştır. Bio-oil ayrıca kolayca depolanabilir, direkt olarak termal güç istasyonlarında yanabilir, petrol rafinerilerinde rahatlıkla kullanılabilir, bir gaz türbininde yanabilir veya hidrojen işlemli ya da zeolit katalizörü eşliğinde ulaşım yakıtı için daha hafif hidrokarbonlara dönüştürülebilir.

Yanma; bir yakıtın oksijen ile tepkimeye girerek yanma ürünlerine dönüştüğü prosese denir. Yanmada amaç, biyokütlenin doğrudan yakıt kaynağı olarak kullanılmasıyla ısı elde etmektir. Bu yüzden yanma, bir dönüşüm süreci olarak kabul edilmemektedir. Yanma, biyokütleden enerji eldesinde kullanılan en eski, geleneksel ve en çok kullanılan yöntemdir.

Yanma sistemlerinin verimliliği biyokütlenin içerdiği nem oranına, ham maddenin parçacık büyüklüğüne, tam yanmanın gerçekleşip gerçekleşmediğine bağlıdır. Kuru olmayan, yani yaş biyokütlelerin nem içeriği yanma prosesini olumsuz etkiler. Eğer nem içeriği fazla ise, enerjinin bir kısmı nemi buharlaştırmada kullanılacağından yanmanın verimi azalır. Bu durumda daha fazla yakıt kullanılmalıdır. Yani yüksek nem içeriği yanmanın tam olmamasına, düşük termal etkinliğe, aşırı emisyonlara ve yanma sitemlerini olumsuz etkileyen katran gibi oluşumlara neden olabilir. Geleneksel yanma sistemleri için odunsu biyokütle yakıtlarının nem içeriğinin %10-20 arasında olması tercih edilir.

Yanma fırınları tasarlanırken göz önüne alınan en önemli parametrelerden birisi de parçacık boyutudur. Ham maddenin boyutu küçüldükçe ısı ve kütle aktarımı sınırlamalarının önüne geçilerek etkin yanma verimine ulaşılabilir.

Gazlaştırma; teknolojisi otuz beş yılı aşkın süredir kapsamlı olarak araştırılan bir teknolojidir. Gazlaştırma katı karbonlu yakıtın kısmi yanma ile yanabilir gaz yakıta dönüştürülmesi prosesidir. Gazlaştırma prosesi ile düşük ya da orta enerjili yakıt gazları üretmek, sentez gazı üretmek (CO ve H2 gazlarının karışımı) ya da hidrojen üretmek mümkündür. Üretilen gazlar ile ısı ve buhar ya da gaz türbinlerinde elektrik üretilebilmektedir.

Değişik gazlaştırma prosesleri mevcuttur. Bunlar; güç üretimi için hava kullanılanlar, metanol üretimi ya da Fischer-Tropsch sentezi için saf oksijen kullanılan prosesler olarak sınıflandırılabilirler.

Piroliz, ham maddenin oksijensiz bir ortamda bozundurulmasıdır. Biyokütlenin pirolizi; biyokütle ham maddesinin hava ya da oksijensiz bir ortamda bozundurulmasıyla daha değerli sıvı, katı ya da gaz ürünlere dönüştürülmesidir. Bu işlem genellikle katı ürün (odun kömürü), sıvı ürün (hidrokarbon yakıtlar ya da kimyasallar) ve gaz ürün (H₂, CO gibi gazlar) üretmek amacı ile yapılır. Bu ürünler, potansiyel alternatif enerji kaynakları olarak düşünülebilir. Ayrıca piroliz gazlaştırmanın ilk adımıdır.

İşletme şartlarına bağlı olarak piroliz başlıca üç gruba ayrılabilir:

1. Yavaş piroliz (geleneksel piroliz ya da karbonizasyon): Yavaş ısıtma şartlarında işletilen prosestir. Amaç, katı ürünü (char) maksizimize etmek ise uygulanan prosesin adı karbonizasyondur. Tarihçesi eskilere dayanan odun kömürü elde etmek için de uygulanan bir yöntemdir. En fazla katı ürün elde edilirken sıvı ve gaz ürünler de üretilir. Bu süreç en uzun alıkonma süresine sahiptir (saatler ve hatta günler). Eğer amaç sıvı ve gaz ürün elde etmek ise hızlı ya da flash piroliz tercih edilmelidir.
2. Hızlı piroliz: Karbonizasyon ile flash piroliz arasında yer alır. Amaç değerli sıvı ürün verimini maksimize etmektir. Hızlı piroliz, ham maddenin hızlı ısıtılması ve kısa alıkonma zamanı ile bilinen ısıl yöntemlere göre avantaj sağlamaktadır. Hızlı piroliz, 0,5-10 saniye aralığında bir alıkonma zamanında ham maddenin hızla ısıtılmasını gerektirmektedir. Bu yöntem, 650ºC’den düşük sıcaklıklarda uygulanır.
3. Flash piroliz: Amaç sıvı ve gaz ürünü maksimize etmektir. Karbonizasyon ve hızlı pirolizle karşılaştırıldığında çok hızlı ısıtma hızlarına sahiptir (<700ºC/s) ve daha düşük katı alıkonma süresine sahiptir (<0,5 s). 650ºC ve daha yüksek çalışma sıcaklıklarında çalışılır.

Pirolizde başlıca üç tip proses kullanılır.

1. Isı soğuran piroliz prosesleri: Tüm bu proseslerde biyokütle parçacıkları sıcak metal bir yüzey ile temas ettirilir. Biyokütle parçacıkları ve sıcak yüzey arasında iyi bir transfer olması için yüksek hızlar gerekir.
2. Akışkan yatak prosesleri: Biyokütle parçacıkları sıcak parçacıkların oluşturduğu akışkan yatak içerisine gönderilir. Pek çok durumda akışkanlaştırıcı parçacıklar kum ya da katalizör gibi inert bir maddedir. Akışkan yataklar biyokütle parçacıkları arasında çok iyi ısı transferi sağladıkları için çok avantajlı proseslerdir. Tıpkı gazlaştırma prosesinde olduğu gibi biyokütle pirolizinde de kullanılan iki tip akışkan yatak vardır: kabarcık yatak ve dolaşımlı yatak.
3. Diğer piroliz prosesleri: Diğer prosesleri de şu şekilde sınıflandırmak mümkündür:

• Vakum piroliz
• Vidalı beslemeli piroliz
• Püskürtme yataklı piroliz

Pirolize etki eden ve piroliz ürün dağılımlarını değiştiren bazı faktörler bulunmaktadır. Bunlar;

• Biyokütle bileşimi
• Parçacık boyutu
• Sıcaklık
• Isıtma hızı
• Basınç
• Piroliz ortamı
• Katalizör olarak sıralanabilir.

Ham piroliz sıvı ürünleri yüksek oranlarda oksijen içeren yüzlerce farklı kimyasal bileşenlerden oluşmaktadır. Katalizörün pirolizde kullanılmasının başlıca sebepleri şunlardır:

• Piroliz sıcaklığını düşürmek
• Daha yüksek kimyasal ve fiziksel kararlılık kazandırmak
• İstenilen ürünlerin yüksek verimlilikte eldesi
• Rafineri ürünleriyle karışabilirliğini kolaylaştırmak.

Katalizör piroliz ortamında iki şekilde bulunur; ham maddeye karıştırırarak ya da piroliz reaktöründe ham madde yatağının altına ayrı bir reaktör içine yerleştirilerek.

Piroliz prosesi esnasında oluşan uçucu ürünler ham maddeden koparak ayrılırlar. Geriye gözeneklerden oluşan katı yapı (char) kalır. Bu yapı, karbonca zengindir. Aktif karbon, chara benzeyen bir üründür. Aktif karbonun chardan farkı, ürünün aktiflenmiş olmasıdır. Fiziksel ve kimyasal aktivasyon yöntemiyle pirolizden elde edilen
katı üründür.

Üretilen katı ürünün enerji değeri yüksek ise (yaklaşık 30 GJ/ton) ürünler yakıt olarak endüstriyel amaçlı kullanılabilirler. Bu ürünlerin yakıt olarak kullanılmasının bir diğer avantajı ise düşük miktarda metal içermesidir. Bu amaçla kullanıldığı yerlerin başında metalurji endüstrisi gelir. Son yıllarda toprakta gübre yerine kullanılmaktadır. Bu ürün, toprağın özelliklerini iyileştirir, besleyici maddeleri ve suyu önce tutar; daha sonra da salar ve aynı zamanda da faydalı organizmalar için destekleyici görevi görmektedir.

Piroliz sıvı ürünleri çok karmaşık ve çok fazlı karışımlardır. Düşükten yükseğe değişen molekül ağırlıkları vardır, %10-20 su içeriğine sahiptir, oldukça asidiktir, kararsız yapıya sahiptir. Bio-oil yüksek verimle değişik prosesler kullanılarak üretilebilir. Bu prosesler içerisinde piroliz, polimerik yapının hızla bozunmasıyla son yıllarda hızla yükselişe geçmiştir. Pirolizin en yeni üç tekniği: hızlı, flaş ve vakum pirolizdir. Sıvı ürün verimleri %50-70 gibi yüksek aralıktadır. Bio-oil bir yakıt için gerekli standartların azını karşılasa bile genellikle direkt yanmada kullanılır. Oldukça viskoz, aşındırıcı ve çok fazla uçucu değildir. Yüksek oksijen içeriğine sahiptirler.

Piroliz sıvılarının temiz yakıt olarak kullanım potansiyelini artırmak ve heteroatom içeriğini azaltmak için viskozitesinin, aşındırıcılığının, kararsızlığının birtakım işlemlerden geçirilmesi gerekmektedir. Bu amaçla yürütülen katalitik kraking (parçalanma) ve hidrojen yardımıyla iyileştirme prosesleri üzerinde araştırmalar devam etmektedir. 

Pirolizden elde edilen sıvı ürünler yakıt ve değerli kimyasallar olarak değerlendirilebilir; fakat bunu yapabilmek için pirolizden elde edilen ilk ürünlerin iyileştirilmesi gerekmektedir. Yakıt olarak değerlendirilecek sıvı ürünler iyileştirildikten sonra kazan ve taşıtlar için yakıt kaynağı olarak türbinlerde ise elektrik üretmek amacı ile kullanılmaktadır.

Piroliz sıvı ürünlerin incelenmesinde kullanılan başlıca yöntemler ve kullanım amaçları şunlardır:

Sütun kromatografisi: Sıvı ürünün içerdiği alifatik hidrokarbonların, aromatik yapıdaki bileşenlerin ve polar gruplu bileşenlerin ayrılmasında kullanılır.

Elementel analiz: Sıvı üründeki C, H, N, S, O yüzdesini belirlemek. Bu yüzdeleri kullanarak Dulong formülü yardımı ile ürünün ısıl (kalorifik) değerinin belirlenmesinde kullanılır. Dulong formülünden ısıl değer hesabı:

Isıl değer (MJ/kg): 33,83 x C + 144,3 x (H – O/8) + 9,42 x S

Kalorimetrik bomba: Ürünün ısıl (kalorifik) değerinin direkt olarak belirlenmesinde kullanılır.

SEC (Boyut seçicilik kromatografisi): Ürünlerin ortalama molekül ağırlıklarının belirlenmesinde kullanılır.

HPLC (Yüksek performanslı sıvı kromatografisi): Özellikle uçucu olmayan polisiklik aromatik hidrokarbonların (PAH) belirlenmesinde kullanılır.

GC/MS (Gaz kromatografi/Kütle spektrometre): Ürünlerin içerdiği tüm bileşenleri kaynama noktalarına göre ayırıp kütüphanesinde karşılaştırma yaparak isimlerinin ve yüzdelerinin belirlenmesinde kullanılır.

GC (Gaz Kromatografisi): Ürünün içerdiği spesifik bir bileşenin ya da bileşenlerin belirlenmesinde kullanılır.

FTIR (Fourier transform infrared spektroskopi): Üründeki fonksiyonel grupların belirlenmesinde kullanılır.

¹H-NMR: Yapıdaki hidrojenler ve birbirlerine göre konumlarının belirlenmesinde kullanılır.

¹³C-NMR: Yapıdaki karbon atomlarının sayısının belirlenmesinde kullanılır.

Pirolizden elde edilen gaz ürün CH₄, C₂H₆, CO, CO₂, H₂ karışımından oluşmaktadır; fakat özellikle H₂ gibi değerli gazların verimi minimal düzeydedir. Elde edilen gaz ürün güç santrallerinde, ısıtma işlemlerinde ve besleme kurutulmasında kullanılabilir. Gaz ürün orta ısıl değere sahiptir.

Sıvılaştırmada amaç; yüksek ısıl değerli, düşük oksijen içerikli maksimum verimli sıvı ürün elde etmektir. Sıvılaştırmaya ilgi diğer ısıl dönüşüm sistemleri ile karşılaştırıldığında daha düşüktür, çünkü reaktörler ve yakıt besleme sistemleri daha karmaşık olup piroliz prosesine kıyasla daha maliyetlidir.

Sıvılaştırma ve piroliz proseslerinin her ikisinde de sıvı ürün oluşmaktadır. Fakat bu prosesler birbirinden oldukça farklıdır ve birbirlerine kıyasla avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır:

• Sıvılaştırma prosesinde büyük moleküller uygun bir katalizör varlığında daha küçük moleküllere parçalanır. Bunlar kararlı değillerdir ve uygun molekül ağırlığındaki sıvı ürünler üretmek için yeniden polimerize olurlar.
• Sıvılaştırma 400-450ºC civarı sıcaklıkta gerçekleşirken piroliz daha yüksek 450-650ºC sıcaklıklarda gerçekleşir.
• Sıvılaştırma yüksek basınçta (5-20 MPa) gerçekleştirilen proseslerdir. Oysa ki piroliz atmosferik basınç prosesidir (0,1-0,5 MPa).
• Sıvılaştırmada kurutmaya gerek duyulmaz. Oysa ki pirolizde biyokütle ham maddesinin kuru olması gerekir.
• Sıvılaştırma; alıkonma süresi uzun proseslerdir. Pirolizde alıkonma süreleri saniye mertebesindedir.
• Sıvılaştırmada yüksek basınç yüzünden maliyet pirolizin oldukça üzerindedir.