Determination of fuel properties of pellets obtained from the stalks of some sweet sorghum [Sorghum bicolor (L.) Moench] cultivars grown as a second crop under Şanlıurfa conditions

Abstract

Aims: Alternative energy plants, which are not grown in our country but are thought to adapt to the ecological conditions of our country, are also included in the production pattern. In addition to being a sugar plant, it is aimed to use the sweet sorghum plant, which has a wide usage area as food, feed, fiber, energy, and biofuel, in the production of solid biofuel, and the remaining pulp after taking bioethanol and sap from the sap with high sugar content.

Methods and Results: Six sweet sorghum varieties (Dale, M81-E, PHS 12-10, Urja, Top 76-6, Theis) were used in this study, which was carried out as a second crop in Şanlıurfa ecological conditions in 2016 and 2017. Pellets were produced from the sap of these varieties and their quality characteristics (heat value (kcal kg^-1), moisture content (%), ash content (%), pellet durability resistance (%), moisture absorption resistance (%), pellet hardness (N)), elemental analysis values (%) and pellet bulk density (kg m^-3) were examined.

Conclusions: Solid biofuel (pellet) was produced from dehydrated sweet sorghum pulp without the need for any adhesive. In the pellets obtained in the study, the highest upper calorific value was obtained from Theis (4412-4364 kcal kg^-1) variety, and the lowest upper calorific value was obtained from PHS 12-10 (4226 kcal kg^-1) and Urja (4287 kcal kg^-1) varieties.

Significance and Impact of the Study: As a result of the study, it was determined that the pellets obtained from the stems of these varieties examined were in compliance with the standards. It has been observed that these pellets obtained from sweet sorghum stalks can be used as an alternative fuel wherever coal is used. Agricultural residues, which are abundant in our country and cause problems because they do not have the opportunity to use and evaluate regularly, can be turned into modern fuel, pellets, and both can be brought to the country's economy and a solution to environmental pollution can be found.

Keywords

• Key words: Sweet sorghum
• renewable energy
• pellet
• solid biofuel

Şanlıurfa şartlarında ikinci ürün olarak yetiştirilen bazı tatlı sorgum [Sorghum bicolor (L.) Moench] çeşitlerinin saplarından elde edilen peletlerin yakıt özelliklerinin belirlenmesi

Öz

Amaç: Ülkemizde yetiştiriciliği yapılmayan fakat ülkemizin ekolojik koşullarına uyum sağlayabileceği düşünülen alternatif enerji bitkilerinin de üretim desenine alınmasıdır. Temelde bir şeker bitkisi olmasının yanında gıda, yem, lif, enerji, biyoyakıt olarak geniş bir kullanım alanına tatlı sorgum bitkisinin, yüksek şeker oranına sahip özsuyundan biyoetanol ve özsuyu alındıktan sonra kalan posa kısmı ise katı biyoyakıt üretiminde değerlendirilmesi amaçlanmıştır.

Yöntem ve Bulgular: Şanlıurfa ekolojik şartlarında 2016 ve 2017 yıllarında ikinci ürün olarak yürütülen bu çalışmada altı tatlı sorgum (Dale, M81-E, PHS 12-10, Urja, Top 76-6, Theis) çeşidi kullanılmıştır. Bu çeşitlerin özsuyu alınan saplarından pelet üretimi yapılmış ve kalite özellikleri (ısıl değer (kcal kg^-1), nem miktarı (%), kül miktarı (%), pelet dayanıklılık direnci (%), nem alma direnci (%), pelet sertliği (N), elementel analiz değerleri (%) ve pelet yığın yoğunluğu (kg m^-3)) incelenmiştir.

Genel Yorum: Suyu alınmış tatlı sorgum posasından herhangi bir yapıştırıcıya gerek kalmadan katı biyoyakıt (pelet) üretimi gerçekleştirilmiştir. Çalışmada elde edilen peletlerde en yüksek üst ısıl değer Theis (4412-4364 kcal kg^-1) çeşidinden, en düşük üst ısıl değer ise PHS 12-10 (4226 kcal kg^-1) ve Urja (4287 kcal kg^-1) çeşitlerinden elde edilmiştir.

Çalışmanın Önemi ve Etkisi: Çalışma sonucunda incelenen bu çeşitlerin saplarından elde edilen peletlerin, standartlara uygun oldukları belirlenmiştir. Tatlı sorgum saplarından elde edilen bu peletlerin, kömürün kullanıldığı her yerde alternatif yakıt olarak rahatlıkla kullanılabileceği görülmüştür. Ülkemizde oldukça bol miktarda bulunan, düzenli kullanım ve değerlendirme imkânı olmadığı için problem oluşturan tarımsal artıklar, modern yakıt, pelet, haline getirilerek hem ülke ekonomisine kazandırılabilir hem de çevre kirliliğine çözüm getirilebilir.

Anahtar Kelimeler

• Tatlı sorgum
• yenilenebilir enerji
• pelet
• katı biyoyakıt

Kaynakça

1. Acar R, Akgün N (2009) Şeker darısının (Sorghum bicolor (L.) Moench var. saccharatum) yeşil ot verimi ve verim öğelerine farklı azot dozlarının etkisi. Türkiye VIII. Tarla Bitkileri Kongresi, Hatay, 1: 637-640, 19-22 Ekim.
2. Alparslan S, Ertekin C (2018) Karanfil bitkisi biyokütle artıklarının peletlenmesinde parça boyutunun etkisi Tarım Makinaları Bilimi Dergisi, 14 (1), 7-13.
3. Anonim (2003) 2002 Su yılı hidrometeorolojik rasat verileri. Şanlıurfa-Harran Ovası, Köy Hizmetleri Şanlıurfa Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü Yayınları.
4. Anonim (2018) https://afdc.energy.gov/ (Erişim Tarihi: 09.09.2018).
5. Antonopoulou G, Gavala HN, Skiadas IV, Angelopoulos K, Lyberatos G (2008) Biofuels generation from sweet sorghum: Fermentative hydrogen production and anaerobic digestion of the remaining biomass. Bioresource Technology, 99: 110–119.
6. Atalay I, Mortan K (2006) Türkiye Bölgesel Coğrafyası. Inkılap Kitabevi, 3. Baskı, Ankara, 620s. Balat M, Balat H, Öz C (2008) Progress in bioethanol processing. Progress in Energy and Combustion Science, 34: 551-573.
7. Bergström D, Israelsonn S, Öhman M, Dahlqvist S, Gref R, Boman C, Wästerlund I (2008) Effects of raw material particle size distribution on the characteristics of scots pine sawdust fuel pellets. Fuel Processing Technology, 89: 1324-1329
8. Celma AR, Cuadros F, Rodrıguez FL (2012) Characterization of Pellets from Industrial Tomato Residues. Food and Bioproducts Processing, 90, 700-706.

9. Claassen PAM, De Vrije T, Budde MAW (2004) Biological hydrogen production from sweet sorghum by thermophilic bacteria. 2nd World Conferance on Biomass for Energy, Industry and Climate Protection, Rome, Italy, 1522-1525, 10-14 May.
10. Çubuk MH, Heperkan HA (1998) Orhaneli linyiti-biyokütle karışımının akışkan yatakta yakılmasında kirletici emisyonların incelenmesi ve çevreye etkileri. http://web.ogm.gov.tr/diger/iklim/Dokumanlar/Biyoenerji%20%C3%87al%C4%B1%C5%9Ftay%C4%B1/CalistaySunumlari/hcubuk-heperkan%20(2).pdf (Erişim Tarihi: 03.11.2013). Dinç U, Şenol S, Sayın M, Kapur S, Güzel N (1988) Güneydoğu Anadolu Bölgesi Toprakları (GAT). I. Harran Ovası, TÜBİTAK, Tarım Ormancılık Araştırma Grubu Güdümlü Araştırma Projesi kesin sonuç raporu, TOAG – 534, Adana.
11. Eren Ö (2011) Çukurova bölgesinde tatlı sorgum (sorghum bıcolor (L.) moench) üretiminde yaşam döngüsü enerji ve çevresel etki analizi. Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarım Makinaları Anabilim Dalı, Doktora Tezi, 1-196.
12. Ferreira İR, Santos R, Castro AR, Carneiro CO, Castro AF, Santos CPS, Costa SEL, Mairinck K (2019) Sorghum (Sorghum bicolor) Pellet Production and Characterization. Wood Science and Technology, Floresta Ambient, vol.26, no.3, Seropédica.
13. Geren H, Avcıoğlu R, Kavut YT, Sakinoğlu OÇ, Öztarhan H (2011) İkinci ürün olarak yetiştirilen şeker darısının (Sorghum bicolor (L.) Moench var. Saccharatum) verim ve verimle ilgili diğer bazı özellikleri üzerinde bir ön araştırma, Türkiye IV. Tohumculuk Kongresi, Samsun, 2: 525-530, 14-17 Haziran.
14. Girgin VÇ (2012) Bornova koşullarında ikinci ürün olarak yetiştirilen tatlı sorgum (sorghum bicolor L.)’ da farklı azot dozlarının bazı tarımsal ve teknolojik özelliklere etkisi üzerinde araştırmalar. Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarla Bitkileri Anabilim Dalı, Yüksek lisans tezi, 1-42.
15. Guiying L, Weibin G, Hicks A, Chapman KR (2003) A training manual for sweet sorghum. FAO-TCP/CPR/0066, 1-73. http://ecoport.org/ep?SearchType=earticleView&earticleId=172&page=-2 (Erişim Tarihi: 31.10.2013).
16. Ivanova T, Muntean A, lHavrland B, Hutla P (2018) Quality assessment of solid biofuel made of sweet sorghum biomas. BIO Web of Conferences, 10, 02007. https://www.researchgate.net/publication/324008889_Quality_assessment_of_solid_biofuel_made_of_sweet_sorghum_biomass (Erişim Tarihi: 15.03.2021).
17. Karayılmazlar S, Saraçoğlu N, Çabuk Y, Kurt R (2011) Biyokütlenin Türkiye’de enerji üretiminde değerlendirilmesi. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 13 (19):63-75.
18. Koçer A (2018) Budama Artıklarının Peletlenmesi, Peletleme Parametrelerinin Belirlenmesi ve Yanma Sonu Gaz Emisyonlarının Ölçülmesi. Fen Bilimleri Enstitüsü Tarım Makinaları ve Teknolojileri Mühendisliği Anabilim Dalı Doktora Tezi, Ocak 2018, Antalya. https://www.google.com.tr/search?q=Ko%C3%A7er%2C+A.%2C+2018.+budama+art%C4%B1klar%C4%B1+ (Erişim Tarihi: 03.03.2021).
19. Köppen S, Reinhardt G, Gartner S (2009) Assessment of energy and greenhouse gas inventories of Sweet Sorghum for first and second generation bioethanol. Environment and Natural Resources Management series, 30, FAO, Rome, 1-86.
20. Liu X, Liu Z, Fei B, Cai Z, Jiang Z, Liu X (2013) Comparative properties bamboo, rice straw pellets. Bio Resource, 8(1): 638-647.
21. Plistil D, Brozek M, Malatak J, Roy A, Hutla P (2005) Mechanical characteristics of standard fuel briquettes on biomass basis. RES. AGR. ENG., 51, 2005 (2): 66–72. (https://www.agriculturejournals.cz/publicFiles/57241.pdf. (Erişim Tarihi: 05.03.2021).
22. Reddy BVS, Sanjana RP (2003) Sweet sorghum: characteristics and potential. International Sorghum and Millets Newsletter, 44:26–28.
23. Theerarattananoona K, Xua F, Wilsonb J, Ballardc R, Mckinney L, Staggenborgc S, Vadlani P, Pei ZJ, Wang D (2010) Physical properties of pellets made from sorghum stalk, corn stover, wheat straw, and big bluestem. Industrial Crops and Products, 33, 325–332.
24. TS EN ISO 17225-6 (2014) Katı biyoyakıtlar - Yakıt özellikleri ve sınıfları-Bölüm 6: Sınıflandırılmış ahşap olmayan peletler. (EN ISO 17225-6:2014).
25. Yaşar B (2009) Alternatif enerji kaynağı olarak biyodizel üretim ve kullanım olanaklarının Türkiye tarımı ve AB uyum süreci açısından değerlendirilmesi. Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarım Ekonomisi Anabilim Dalı, Doktora tezi, 1- 210s.