Polipropilen Atıklarının Gazlaştırılmasıyla Sentez Gazı Üretiminin Termodinamik Analizi

Abstract

Plastik atıkların hızla artması, artan sürdürülebilirlik ve enerji güvenliği açısından küresel çapta önemli sorunlar oluşturmaktadır. Plastik atıkların hızla artması, sürdürülebilir atık yönetimi ve enerji güvenliği açısından önemli çevresel sorunlar oluşturmaktadır. Bu nedenle, plastik atıkların enerjiye dönüştürülmesine yönelik termokimyasal teknolojiler giderek daha fazla ilgi görmektedir. Gazlaştırma prosesi, yüksek enerji içeriğine sahip sentez gazı üretme potansiyeli nedeniyle öne çıkan yöntemlerden biridir. Bu çalışmada, polipropilen (PP) atıklarının gazlaştırılması yoluyla sentez gazı üretimi, Aspen Plus yazılımı kullanılarak termodinamik denge yaklaşımıyla modellenmiştir. Geliştirilen model literatür verileri ile doğrulanmış ve RMSE değeri 1,83 olarak hesaplanmıştır. Sıcaklık ve eşdeğerlik oranının sentez gazı bileşimi üzerindeki etkileri incelenmiş, hidrojen üretimi açısından optimum sıcaklığın 775 °C ve optimum eşdeğerlik oranının 0,35 olduğu belirlenmiştir. Proses performansı; hidrojen (H₂), karbon monoksit (CO), karbon dioksit (CO₂) ve metan (CH₄) gibi temel sentez gazı bileşenleri üzerinden değerlendirilmiştir. Model sonuçlarına göre sentez gazı bileşimi hacimsel olarak %5,94 H₂, %0,32 CO, %11,64 CO₂ ve %4,57 CH₄ olarak belirlenmiştir. İncelenen işletme koşullarında etilen (C₂H₄) oluşumu gözlenmemiştir. Elde edilen bulgular, proses parametrelerinin uygun şekilde optimize edilmesiyle PP gazlaştırmasından elde edilen hidrojen veriminin önemli ölçüde artırılabileceğini göstermektedir. Sonuçlar, plastik atıkların enerji geri kazanımı kapsamında değerlendirilmesine ve hidrojen açısından zengin sentez gazı üretimine yönelik süreçlerin geliştirilmesine katkı sağlamaktadır.

Keywords

• Gazlaştırma
• Polipropilen
• Sentez gazı
• Hidrojen üretimi

Thermodynamic Analysis of Syngas Production through Gasification of Polypropylene Waste

Abstract

The rapid increase in plastic waste has become a significant global challenge in terms of sustainability and energy security. Consequently, thermochemical technologies for converting plastic waste into energy have attracted increasing attention. Among these technologies, gasification stands out due to its ability to produce syngas with high energy potential. In this study, the gasification of polypropylene (PP) waste for syngas production was modeled using Aspen Plus based on a thermodynamic equilibrium approach. The developed model was validated against literature data, yielding a root mean square error (RMSE) of 1.83. The effects of temperature and equivalence ratio on syngas composition were investigated, and the optimum temperature and equivalence ratio for hydrogen production were determined as 775 °C and 0.35, respectively. Process performance was evaluated in terms of major syngas components, including hydrogen (H₂), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO₂), and methane (CH₄). The predicted syngas composition consisted of 5.94% H₂, 0.32% CO, 11.64% CO₂, and 4.57% CH₄ on a volumetric basis. No ethylene (C₂H₄) formation was observed under the investigated conditions. The results demonstrate that hydrogen production from PP gasification can be significantly enhanced through the optimization of operating parameters. These findings provide valuable insights into the utilization of plastic waste for sustainable energy generation and hydrogen-rich syngas production.

Keywords

• Polypropylene
• Gasification
• Syngas
• Hydrogen production

References

1. Arena, U. (2012). Process and technolog8cal aspects of mun8c8pal sol8d waste gas8f8cat8on. A rev8ew. Waste Management, 32(4), 625–639. https://do8.org/10.1016/J.WASMAN.2011.09.025
2. Atas, A., Javan8, N., & Yucel, O. (2025). Integrat8on of sorpt8on enhanced reform8ng w8th b8omass gas8f8cat8on for h8ghly pur8f8ed hydrogen product8on. Internat8onal Journal of Hydrogen Energy, 171. https://do8.org/10.1016/j.8jhydene.2025.151010
3. Ayd8n, E. S., Yucel, O., & Sad8koglu, H. (2018). Numer8cal and exper8mental 8nvest8gat8on of hydrogen-r8ch syngas product8on v8a b8omass gas8f8cat8on. Internat8onal Journal of Hydrogen Energy, 43(2), 1105– 1115. https://do8.org/10.1016/J.IJHYDENE.2017.11.013
4. Aznar, M. P., Caballero, M. A., Sancho, J. A., & Francés, E. (2006). Plast8c waste el8m8nat8on by cogas 8f8cat8on w8th coal and b8omass 8n flu8d8zed bed w8th a8r 8n p8lot plant. Fuel Process8ng Technology, 87(5), 409–420. https://do8.org/10.1016/J.FUPROC.2005.09.006
5. Cakar, M., Insel, M. A., Sad8koglu, H., & Yucel, O. (2025). Ut8l8zat8on of mach8ne learn8ng algor8thms 8n est8mat8on of syngas fract8ons and exergy values for gas8f8cat8on of b8omass-l8gn8te m8xtures 8n f8xed and flu8d8zed bed gas8f8ers. Fuel, 401, 135883. https://do8.org/10.1016/J.FUEL.2025.135883
6. Chen, J., Fu, L., T8an, M., Kang, S., & E, J. (2022). Compar8son and synerg8st8c effect analys8s on supercr8t8cal water gas8f8cat8on of waste thermoplast8c plast8cs based on orthogonal exper8ments. Energy, 261, 125104. https://do8.org/10.1016/J.ENERGY.2022.125104
7. Gao, Y., Wang, M., Raheem, A., Wang, F., We8, J., Xu, D., Song, X., Bao, W., Huang, A., Zhang, S., & Zhang, H. (2023). Syngas Product8on from B8omass Gas8f8cat8on: Influences of Feedstock Propert8es, Reactor Type, and React8on Parameters. In ACS Omega (Vol. 8, Number 35, pp. 31620–31631). Amer8can Chem8cal Soc8ety. https://do8.org/10.1021/acsomega.3c03050
8. Gündüz Han, D., Erdem, K., & M8d8ll8, A. (2023). Invest8gat8on of hydrogen product8on v8a waste plast8c gas8f8cat8on 8n a flu8d8zed bed reactor us8ng Aspen Plus. Internat8onal Journal of Hydrogen Energy, 48(99), 39315–39329. https://do8.org/10.1016/J.IJHYDENE.2023.07.038

9. He8denre8ch, S., & Foscolo, P. U. (2015). New concepts 8n b8omass gas8f8cat8on. Progress 8n Energy and Combust8on Sc8ence, 46, 72–95. https://do8.org/10.1016/J.PECS.2014.06.002
10. H8gman, C., & Burgt, M. van der. (2003). GASIFICATION. Janajreh, I., Adeyem8, I., & Elagroudy, S. (2020). Gas8f8cat8on feas8b8l8ty of polyethylene, polypropylene, polystyrene waste and the8r m8xture: Exper8mental stud8es and model8ng. Susta8nable Energy Technolog8es and Assessments, 39, 100684. https://do8.org/10.1016/J.SETA.2020.100684
11. Kayan, A., Ayşe, *, & ** K. (2020). Plast8k K8rl8l8ğ8n Çevresel Zararları ve Çözüm Öner8ler8 (Vol. 22, Number 2). Kumar, A., Jones, D. D., & Hanna, M. A. (2009). Thermochem8cal b8omass gas8f8cat8on: A rev8ew of the current status of the technology. In Energ8es (Vol. 2, Number 3, pp. 556–581). https://do8.org/10.3390/en20300556
12. Maddah, H. A. (2016). Polypropylene as a Prom8s8ng Plast8c: A Rev8ew. Amer8can Journal of Polymer Sc8ence, 6(1), 1–11. https://do8.org/10.5923/j.ajps.20160601.01
13. Martínez-Lera, S., Torr8co, J., Pallarés, J., & G8l, A. (2013). Thermal valor8zat8on of post-consumer f8lm waste 8n a bubbl8ng bed gas8f8er. Waste Management, 33(7), 1640–1647. https://do8.org/10.1016/J.WASMAN.2013.03.016
14. Okat8, A., Khan8, M. R., Shokr8, B., Monte8ro, E., & Rouboa, A. (2023). On the operat8ng parameters for hydrogen-r8ch syngas product8on 8n a plasma co-gas8f8cat8on process of mun8c8pal sol8d wastes and polypropylene us8ng a constra8ned model 8n Aspen plus. Journal of the Energy Inst8tute, 107, 101173. https://do8.org/10.1016/J.JOEI.2023.101173
15. P8nto, F., Franco, C., André, R. N., M8randa, M., Gulyurtlu, I., & Cabr8ta, I. (2002). Co-gas8f8cat8on study of b8omass m8xed w8th plast8c wastes. Fuel, 81(3), 291–297. https://do8.org/10.1016/S0016- 2361(01)00164-8
16. Ramos, A., & Rouboa, A. (2020). Syngas product8on strateg8es from b8omass gas8f8cat8on: Numer8cal stud8es for operat8onal cond8t8ons and qual8ty 8ndexes. Renewable Energy, 155, 1211–1221. https://do8.org/10.1016/J.RENENE.2020.03.158
17. Turn8ng off the tap how the world can end plast8c pollut8on and create a c8rcular economy Un8ted Nat8ons Env8ronment Programme. (2023). Un8ted Nat8ons Env8ronment Programme.
18. Wang, J., Zhang, J., Ye, Y., Wang, Z., Zhong, J., & Yang, B. (2025). Effect of polypropylene on character8st8cs of gas products from b8omass gas8f8cat8on. Process Safety and Env8ronmental Protect8on, 202, 106966. https://do8.org/10.1016/J.PSEP.2025.106966