Calculation of higher calorific value of different pine pellets using proximate analysis data and compliance with ınternational pellet standards

Yıl 2025, Cilt: 26 Sayı: 1, 212 - 221, 15.05.2025

Zehra Yıldız

https://doi.org/10.17474/artvinofd.1652635

Öz

Biopellet is a local and renewable solid biofuel obtained from waste biomass. In our country, the use of forest waste products as biopellets has an important effect on waste recovery and energy production. By converting forest waste into biopellet, solid biofuel with high calorific value and high bulk density can be obtained. Fuels are chemical substances used to obtain heat, and the most important property of fuels is calorific value. The calorific value of fuel can be determined by mathematical models calculated according to proximate analysis and/or chemical analysis results or by calorimeter device. In this study, the higher heating values of four different pine biopellets were determined experimentally and theoretically. The higher heating values (HHV) of biopellets were calculated by using proximate analysis results with the help of four mathematical models used for biomass and all kinds of fuels in the literature and compared with experimental values. It was determined that the equation ÜID=0.3536SK+0.1559UM-0.0078K, which gives the highest correlation value (R2 =0.8669) of HHV calculated from proximate analysis results, which is most compatible with the experimentally determined HHV values. According to this equation, volatile matter, fixed carbon and ash amount affected the calorific value of biopellet. In addition, the moisture content, ash amount and upper calorific values of pine pellets were compared with the values in international pellet standards. It was determined that ÇAP2, which has the lowest ash and highest upper calorific value, is the most suitable pine pellet.

Anahtar Kelimeler

Biopellet , higher heating values , forest waste , Proximate analysis

Kısa analiz verileri kullanılarak farklı çam peletlerinin üst ısıl değerinin hesaplanması ve uluslararası pelet standartlarına uygunluğu

Öz

Biyopelet, atık biyokütlelerden elde edilen yerli ve yenilenebilir bir katı biyoyakıttır. Ülkemizde orman atık ürünlerinin biyopelet olarak değerlendirilmesinin atıkların geri kazanılmasına ve enerji üretimine etkisi önemlidir. Orman atıklarının biyopelete dönüştürülmesi ile ısıl değeri yüksek ve yığın yoğunluğu fazla katı biyoyakıt elde edilebilir. Yakıtlar ısı elde etmek için kullanılan kimyasal maddeler olup, yakıtların en önemli özelliği ısıl değerdir. Yakıtın ısıl değeri, kısa analiz ve/veya elementel analiz sonuçlarına göre hesaplanan matematiksel modellerden ya da kalorimetre cihazı ile belirlenebilmektedir. Bu çalışmada dört farklı çam biyopeletinin üst ısıl değeri deneysel ve teorik olarak belirlenmiştir. Biyopeletlerin üst ısıl değerleri (ÜID) kısa analiz sonuçları kullanılarak literatürde yer alan biyokütle ve her türlü yakıt için kullanılan dört matematiksel model yardımıyla hesaplanmış ve deneysel değerleri ile karşılaştırılmıştır. Deneysel olarak belirlenen ÜID değerleri ile en uyumlu olan kısa analiz sonuçlarından hesaplanan ÜID en yüksek korelasyon değerini (R2=0.8669) veren denkleminin ÜID=0.3536SK+0.1559UM-0.0078K olduğu belirlenmiştir. Bu denkleme göre biyopeletin ısıl değerini uçucu madde, sabit karbon ve kül miktarı etkilemiştir. Ayrıca çam peletlerinin nem miktarı, kül miktarı ve üst ısıl değerleri uluslararası pelet standartlarındaki değerler ile karşılaştırılmıştır. En düşük kül ve en yüksek üst ısıl değeri olan ÇAP 2’nin en uygun çam peleti olduğu belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

Biyopelet , üst ısıl değer , kısa analiz , orman atıkları

Kaynakça

• Abt KL, Abt RC, Galik CS, Skog KE (2014) Effect of Policies on Pellet Production and Forests in the U.S. South: A Technical Document Supporting the Forest Service Update of the 2010 RPA Assessment. General Technical Report SRS-202. US Forest Service, Southern Research Station, Asheville, NC.
• Akkaya E (2016) ANFIS based prediction model for biomass heating value using proximate analysis components. Fuel, 180: 687-693.
• Aktaş T (2022) Türkiye’de imal edilen odun pelet örneklerinin kalite özelliklerinin ve standartlara uygunluğunun belirlenmesi. Tarım Makinaları Bilimi Dergisi, 8(1):25-40.
• Asrianti NP, Fahrudin F, Rhakasywi D, Martana B (2024) Analysis of calorific value of biopellet diameter variations through proximate test. Journal La Multiapp, 5(4): 488-500.
• Ateş S, Akyıldız MH, Vurdu H, Akgül M (2007) Türkiye’de orman kesim artıkları ve değerlendirilmesi. Kastamonu University Journal of Forestry Faculty, 7(1): 93-103.
• Bantacut T, Hendra D, Nurwigha R (2013) Mutu Biopelet Dari Campuran Arang Dan Sabut Cangkang Sawit. Jurnal Teknologi Industri Pertanian, 23 (1):1-12.
• Başkent E (2023) Biyoekonomi: sürdürülebilir ormancılığın yeni uygulama mekanizması mı?. ArtGRID-Journal of Architecture Engineering and Fine Arts, 5(1): 85-99.
• Bilgin S, Koçer A, Yılmaz H, Acar M, Dok M (2016) Çay fabrikası atıklarınının peletlenmesi ve pelet fiziksel özelliklerinin belirlenmesi. JAFAG 33:70-80.
• Callejón-Ferrea AJ, Velázquez-Martíb B, López-Martíneza JA, Manzano-Agugliaro F (2011) Greenhouse crop residues: energy potential and models for the prediction of their higher heating value. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15:948–955.
• Cui X, Yang J, Wang Z, Shi X (2021) Better use of bioenergy: a critical review of co-pelletizing for biofuel manufacturing. Carbon Capture Science & Technology, 1:100005.
• Duranay N, Yılgın M (2018) Kısa analiz verileri kullanılarak biyokütlenin üst ısı değerinin hesaplanması. APJES, 6 (2): 103–108.
• García R, Pizarro C, Lavín AG, Bueno JL (2014) Spanish Biofuels Heating Value Estimation. Part II: Proximate Analysis Data. Fuel, 117: 1139-1147.
• URL-1 https://bepa.enerji.gov.tr/ , Erişim Tarihi: 25.02.2025.
• Ismail AS, Osman N, Patric DO (2022) Trial of biopellet prepared by Napier grass. ACS Omega, 7(50): 46037-46050.
• Korkmaz AA (2022) Farklı linyitlerin kısa ve elementel analiz verilerine dayanarak üst ısıl değerlerinin hesaplanması. Konya Mühendislik Bilimleri Dergisi, 10 (1):49-60.
• Küsek G, Güngör C, Öztürk HH, Akdemir Ş (2015) Tarımsal artıklardan biyopelet üretimi. Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 29 (2):137-145.
• Mawardi I, Razali M, Zuhaimi Z, Ibrahim A, Akadir Z, Razak H, Syarif J (2023) Characteristics of hybrid biopellet based on oil palm wood and natural activated charcoal as a renewable alternative energy source. Journal of Ecological Engineering, 24(9):80-91.
• Munawar SS, Subiyanto B (2014) Characterization of biomass pellet made from solid waste oil palm ındustry. Procedia Environmental Sciences, 20:336-341.
• Orta Anadolu Mobilya, Kâğıt ve Orman Ürünleri İhracatçıları Birliği (OMKO) (2022) Orman Ürünleri Sektörü için Amerika Pazarına Giriş Rehberi. 34.
• Özyuğuran A, Yaman S, Küçükbayrak S (2018) Prediction of calorific value of biomass based on elemental analysis. International Advanced Researches and Engineering Journal, 2(03): 254-260.
• Parikha J, Channiwalab SA, Ghosal GK (2005) A correlation for calculating HHV from proximate analysis of solid fuels. Fuel, 84:487-494.
• Racero-Galaraga D, Rhenals-Julio JD, German SS, Mendoza JM, Silvera AB (2024) Proximate analysis in biomass: standards, applications and key characteristics. Results in Chemistry, 12:101886.
• Saraçoğlu N (2002) Biyokütlenin enerji üretiminde değerlendirilmesi. 501-507.
• Sukarta IN, Sastrawidana IDK, Ayuni NPS (2018) Proximate analysis and calorific value of pellets in biosolid combined with wood waste biomass. Journal of Ecological Engineering, 19(3):185-190.
• Sungur B, Topaloglu B (2018) Pelet yakıtlı kazanda duman borularının yanma performansına etkisinin nümerik incelenmesi. 14th International Combustion Sysmposium (INCOS2018), 400-405.
• Taşar Ş (2021) Biyokütle kaynaklarının proximate bileşimleri ile üst ısı değerleri arasında yeni bir denklem geliştirilmesi ve denklemin başarısının araştırılması. Artvin Çoruh Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 22(1): 42-51.
• Toksoy D, Çolak S, Bayramoğlu MM (2020) A study on the biomass energy potential of Turkey: example of wood pellets. Journal of Anatolian Environmental and Animal Sciences, 5(5): 867-871.
• Tolay M (2017) Ülkemizin Orman ve Tarımsal Biyokütle Potansiyeli: Türkiye’de Termik Santraller. TMMOB, 668:147-157, Ankara.
• Türkoğlu T, Gökoğlu C (2017) Kızılçam ormanları hasat artıklarından yapılan odun peletinin yakıt özelliklerinin belirlenmesi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 21(1): 58-63.
• Ulusoy H, Atılgan A, Peker H (2016) Orman ürünleri endüstrisinin ekolojik açıdan irdelenmesi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 16(1):92-106.
• Ünver S, Acar HH (2005) Odun hammaddesi üretim çalışmalarının odun kalite sınıfları üzerine olan etkileri. Kafkas Üniversitesi Artvin Orman Fakültesi Dergisi, 6 (1-2): 128-134.
• Yeşilkaya M, Çabuk Y, Karayılmazlar S (2022) TOPSIS-VİKOR yöntemleriyle Türkiye’deki illerin endüstriyel odun üretimi analizi. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 24(3): 476-487.
• Yıldız Z (2024) Biyopelet ve Biyopelet Standartları. Yaz Yayınları. 1-17.
• Yıldız Z, Topkoç E (2023) Biyopeletlerin kısa analiz ve elementel analiz sonuçlarına göre üst ısıl değerlerinin hesaplanması. Artvin Çoruh Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 24 (1): 37-45.
• Yin CY (2011) Prediction of higher heating values of biomass from proximate and ultimate analyses. Fuel, 90:1128–1132.
• Zengin Y, Çelik AE, Dok M, Çolak S (2020) Kavak odun atıklarından elde edilen peletlerin bazı yakıt özelliklerinin belirlenmesi. AÇÜ Orman Fak Dergisi, 21(1):29-36.