Hasret Akgün

With the growing global demand for efficient energy storage solutions, phase change materials have gained attention due to their high latent heat storage capacity. This study investigates the potential use of bio-oils derived from spent coffee grounds in thermal management applications, particularly in lithium-ion batteries. Spent coffee grounds was subjected to pyrolysis at 550°C and hydrothermal processing at 200°C to obtain bio-oils, which were then incorporated into paraffin wax to form composite PCMs. The structural and thermal properties of these materials were analyzed using FT-IR, DSC and t-history. Results indicate that adding coffee-derived bio-oils to paraffin wax reduces its latent heat moderately, with hydrothermal and pyrolysis bio-oils causing slight decreases while improving the PCM’s responsiveness during rapid thermal fluctuations. Results also indicate that adding coffee-derived bio-oils to paraffin wax reduces its melting point, with the most significant reduction observed at a 3% bio-oil ratio lowering the melting point from 62°C to 38°C in hydrothermal bio-oil PCM composites. This temperature reduction suggests an improvement in the thermal management of Li-ion batteries, helping to mitigate overheating issues and enhance battery safety and lifespan. The findings highlight the potential of waste-derived bio-oils as sustainable additives for next-generation energy storage applications.

Faz değişim malzemeleri (Phase Change Materials (PCM)), özellikle devamlı ulaşılamayan yenilenebilir enerji kaynaklarını depolayarak ve talep edildiğinde kullanılmasını sağlayarak yenilenebilir ve sürdürülebilir enerji sağlar. PCM’lerin termal enerji depolamada istenilen termodinamik, kinetik, kimyasal ve ekonomik özellikleri bir arada tek başına karşılayamamalarından dolayı farklı nanomalzemeler ile desteklenmektedir. PCM’in özelliklerini geliştirmek için kullanılan nanomalzemelerin seçimi için kritik parametreler mevcut olup, bu çalışmada inorganik nanomalzemelerin önceliklendirilmesi amaçlanmıştır. Bu noktada Çok Kriterli Karar Verme (Multi Criteria Decision Maker (MCDM)) metodolojisi oldukça kullanışlıdır. Bu çalışmada, PCM'lerde kullanılabilecek 5 farklı inorganik nanomalzeme (bakır oksit, aluminyum oksit, gümüş, titanyum oksit ve bor nitrürün) önceliklendirilmesi için Oran Analizine Dayalı Çok Amaçlı Optimizasyon Yöntemi (MULTIMOORA) kullanılmıştır. Erime noktası değişimi, gizli ısı değişimi, termal iletkenlik değişimi, ön işlem gereksinimi, toksisite ve maliyet olmak üzere 6 değerlendirme kriteri belirlenmiştir. Kriter ağırlıkları sırasıyla entropi (objektif yöntem) ve sıralama (subjektif) yöntemleriyle belirlenmiştir. Her iki kriter ağırlıklandırma yöntemine göre de erime noktası değişimi en önemli kriter olarak belirlenmiştir. MULTIMOORA sonuçlarına göre PCM'lere eklenecek en uygun inorganik nanomalzemenin bor nitrür (BN) olduğu görülmüştür.

İklim değişikliğinin en önemli sebeplerinden birisi olan karbondioksit (CO2) emisyonlarının birincil kaynağı, enerji üretiminde fosil yakıtların kullanılmasıdır. Yanma sonrası oluşan CO2 emisyonlarını azaltmak için, adsorpsiyon ve özellikle karbon bazlı adsorbanların kullanımının oldukça etkili olduğu kanıtlanmıştır. Bu amaçla kullanılan karbon nanotüplerin, adsorpsiyon kapasitesini artırmak için farklı modifikasyonları kullanılmaktadır. Ancak, en uygun modifikasyon türüne karar verirken sadece adsorpsiyon kapasitesi yeterli olmamakta, pek çok teknik kriterin yanında maliyetler de gündeme gelmektedir. Bu nedenle bu çalışmada, çok duvarlı karbon nanotüplerin alternatif olarak polietilenimin (PEI), tetraetilenpentamin (TEPA), 3-aminopropiltrieoksilan (APTS) ve pürin takviyeli PEI olmak üzere dört farklı modifikasyonu ele alınmış ve en uygun modifikasyon türünü belirlemek için de çok kriterli karar verme (MCDM) teknikleri kullanılmıştır. Ele alınan kriterler (ön işlem maliyeti, modifikasyon malzemesi maliyeti, enerji ihtiyacı, adsorpsiyon kapasitesi, toplam döngü, adsorpsiyon kapasitesinin düşmesi, desorpsiyon sıcaklığı ve desorpsiyon süresi) SMART (Simple Multi-Attribute Rating Technique) ve CRITIC (Criteria Importance Through Intercritera Correlation) yöntemleri ile ağırlıklandırılmıştır. Alternatifler, her iki yöntemden elde edilen ağırlıklandırma sonuçlarıyla COPRAS (Complex Proportional Assessment) yöntemi kullanılarak karşılaştırılmıştır. Çalışma sonucunda, dört farklı karbon nanotüp modifikasyonu içinden en uygun seçeneğin pürin takviyeli PEI olduğu belirlenmiştir.

Bu çalışma; poliolefin plastik sınıfında en fazla atık hacmine sahip olan düşük yoğunluklu polietilen (LDPE) ve ambalajlamada sıkça kullanılan alüminyum içerikli kompozitlerinin (C/LDPE), katma değerli ürünler elde etmek için pirolizi ve elde edilen ürünlerin karakterizasyonunu içermektedir. LDPE ve C/LDPE atıkları, kısa analiz, elementel analiz ve TGA ile incelenmiş; ardından farklı sıcaklık (400-600-800 ℃) ve ısıtma hızlarında (5-10-20 ℃/dk) sabit yataklı reaktörde piroliz edilmiştir. Sonrasında atıklar, zeolit katalizörlüğünde 600 °C sıcaklık ve 20 °C/dk ısıtma hızında piroliz edilerek, katalizörün sıvı ürün üzerindeki etkisi değerlendirilmiştir. Elde edilen sıvı ürünün vaks olarak değerlendirilme potansiyelini belirlemek için, sıvı ürünlerin ve temin edilen ticari vaksların GC-MS, FT-IR ve 1H-NMR analizleri yapılmıştır. Sonuçlara göre, atık C/LDPE’den elde edilen ürün ticari ‘heavy wax’ ile benzerlik göstermektedir.