ALG YAĞINDAN YAĞ ASİDİ METİL ESTERLERİNİN (YAME) BİYOKATALİTİK ÜRETİMİ,
Kübra BORAN*1,
Kimya Mühendisliği Bölümü Kocaeli Üniversitesi, 41380 Kocaeli, Türkiye, k.borann@gmail.com
Meleknur AŞICI**2,
Kimya Mühendisliği Bölümü Kocaeli Üniversitesi, 41380 Kocaeli, Türkiye, meleknurasici@hotmail.com
Togayhan KUTLUK***3,
Kimya Mühendisliği Bölümü Kocaeli Üniversitesi, 41380 Kocaeli, Türkiye, Alternatif Yakıtlar Arastırma ve
Gelistirme Merkezi, Kocaeli Üniversitesi, 41040 Kocaeli, Türkiye, togayhan.kutluk@kocaeli.edu.tr
Nurcan KAPUCU****4
Kimya Mühendisliği Bölümü Kocaeli Üniversitesi, 41380 Kocaeli, Türkiye, Alternatif Yakıtlar Arastırma ve
Geliştirme Merkezi, Kocaeli Üniversitesi, 41040 Kocaeli, Türkiye, nurcan.kapucu@kocaeli.edu.tr
Özet
Günümüzde artan enerji ihtiyacı alternatif yakıtlara olan ilgiyi arttırmıstır.
Yenilenebilir kaynaklardan çevre dostu prosesler ile elde edilen biyodizelin, petrol dizeli yerine kullanımı giderek artmaktadır. Biyodizel üretiminde hammadde olarak kullanılan yene bilen yağlara ( kanaola, ayçiçeği, palm yağı v.b.) ve yenmeyen yağlara (atık yağlar, jatropha, aspir v.b.) alternatif olarak son yıllarda mikroalg yağlarına olan ilgi giderek artmaktadır. Hızlı büyümeleri, yüksek yağ içerikleri, tarım arazilerine ihtiyaç duymamaları mikroalglerin önemli avantajlarındandır. Biyodizel üretiminde lipazların kullanımı, ılımlı reaksiyon kosullarına (düsük basınç, düsük sıcaklık) sahip olması ve çevre dostu proses ile üretime olanak sağlaması ile kimyasal üretime alternatif bir yöntemdir.
Bu çalısmada, Chlorella protothecoides alg yağı ve metanolün çapraz bağlı
Thermomyces Lanuginosus lipazı kullanılarak transesterlesmesi ile biyodizel üretimine reaksiyon sıcaklığı, karıstırma hızı ve çözücü (isooktan, n-hekzan, ter-bütanol) kullanımının etkileri incelenmistir. Çözücülü ve çözücüsüz ortam biyodizel üretimleri karsılastırılmıs, yağ asidi metil ester (YAME) içeriği, çözücüsüz ortamda, sıcaklığın 35 ºC ve karıstırma hızının 200 rpm olduğu reaksiyon kosullarında %90 iken, çözücülü ortamda daha düsük olmustur.
Sonuç olarak, ek çözücü maliyetlerinin ve ayırma islemlerinin önüne geçilmis, böylece daha çevre dostu biyodizel üretimi gerçeklestirilmistir.
Anahtar Kelimeler: Biyodizel, Chlorella protothecoides, çözücü, Thermomyces
Lanuginosus, YAME.
1 Kimya Mühendisliği Bölümü Kocaeli Üniversitesi, 41380 Kocaeli, Türkiye, k.borann@gmail.com
2 Kimya Mühendisliği Bölümü Kocaeli Üniversitesi, 41380 Kocaeli, Türkiye, meleknurasici@hotmail.com
3 Kimya Mühendisliği Bölümü Kocaeli Üniversitesi, 41380 Kocaeli, Türkiye, Alternatif Yakıtlar Arastırma ve
Gelistirme Merkezi, Kocaeli Üniversitesi, 41040 Kocaeli, Türkiye, togayhan.kutluk@kocaeli.edu.tr
4 Kimya Mühendisliği Bölümü Kocaeli Üniversitesi, 41380 Kocaeli, Türkiye, Alternatif Yakıtlar Arastırma ve
Geliştirme Merkezi, Kocaeli Üniversitesi, 41040 Kocaeli, Türkiye, nurcan.kapucu@kocaeli.edu.tr
CHLORELLA PROTOTHECOIDES ALG YAĞINDAN BİYODİZEL ÜRETİMİ İÇİN ÇAPRAZ BAĞLANMIŞ THERMOMYCES
LANUGINOSUS LİPAZI KULLANIMI
Meleknur AŞICI*1,
*Kimya Mühendisliği Bölümü Kocaeli Üniversitesi, 41380 Kocaeli, Türkiye, meleknurasici@hotmail.com
Kübra BORAN**2,
**Kimya Mühendisliği Bölümü Kocaeli Üniversitesi, 41380 Kocaeli, Türkiye, k.borann@gmail.com
Togayhan KUTLUK***3,
***Kimya Mühendisliği Bölümü Kocaeli Üniversitesi, 41380 Kocaeli, Türkiye, Alternatif Yakıtlar Arastırma ve
Gelistirme Merkezi, Kocaeli Üniversitesi, 41040 Kocaeli, Türkiye, togayhan.kutluk@kocaeli.edu.tr
Nurcan KAPUCU****4
****Kimya Mühendisliği Bölümü Kocaeli Üniversitesi, 41380 Kocaeli, Türkiye, Alternatif Yakıtlar Arastırma ve
Geliştirme Merkezi, Kocaeli Üniversitesi, 41040 Kocaeli, Türkiye, nurcan.kapucu@kocaeli.edu.tr
Özet
Petrol kaynaklı yakıtların gelecekte ihtiyaca cevap veremeyecek olması ve çevredeki olumsuz etkileri nedeniyle alternatif enerji kaynakları ön plana çıkmıstır. Biyodizel üretiminde hammadde olarak kullanılacak hayvansal ve bitkisel kaynaklı yağlara alternatif olarak, son zamanlarda kolaylıkla üretilebilen ve yağ depolayan algler dikkat çekmektedir.
Bu çalısmada, Chlorella protothecoides alg yağından lipaz enzimi ile biyodizel üretimi amaçlanmıstır. Alg yağını metanol gibi kısa zincirli alkoller ile enzim varlığında tepkimeye girmesi ile biyodizel ve yan ürün olarak gliserol olusur. Üretimde Thermomyces Lanuginosus lipazı çapraz bağlanıp tutuklanarak kullanılmıstır. Biyodizel üretimine su miktarı, enzim miktarı, yağ/alkol mol oranı gibi parametrelerin etkileri incelenmistir. Çözücüsüz ortamda, su miktarı %10, enzim miktarı %15, yağ/metanol mol oranı 1:4 olduğu reaksiyon kosullarında
yağ asidi metil ester (YAME) içeriği %90 olarak elde edilmistir.
Anahtar kelimeler: Biyodizel, Chlorella protothecoides, lipaz, Thermomyces Lanuginosus, YAME.
1 Kimya Mühendisliği Bölümü Kocaeli Üniversitesi, 41380 Kocaeli, Türkiye, meleknurasici@hotmail.com
2 Kimya Mühendisliği Bölümü Kocaeli Üniversitesi, 41380 Kocaeli, Türkiye, k.borann@gmail.com
3 Kimya Mühendisliği Bölümü Kocaeli Üniversitesi, 41380 Kocaeli, Türkiye, Alternatif Yakıtlar Arastırma ve
Gelistirme Merkezi, Kocaeli Üniversitesi, 41040 Kocaeli, Türkiye, togayhan.kutluk@kocaeli.edu.tr
4 Kimya Mühendisliği Bölümü Kocaeli Üniversitesi, 41380 Kocaeli, Türkiye, Alternatif Yakıtlar Arastırma ve
Geliştirme Merkezi, Kocaeli Üniversitesi, 41040 Kocaeli, Türkiye, nurcan.kapucu@kocaeli.edu.tr
YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAĞI OLARAK BİYOKÜTLEDEN BİYOETANOL ÜRETİMİNİN İNCELENMESİ
Derya ÜNLÜ*1,
*Kocaeli Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Kocaeli, 41380, derya.unlu@kocaeli.edu.tr
Nilüfer DURMAZ HİLMİOĞLU**2
**Kocaeli Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Kocaeli, 41380
Özet
Enerji, tüm dünyanın vazgeçilmez ihtiyaçlarından biridir. Günümüzde kullanılan enerji kaynaklarının çoğu fosil yakıt temellidir. Bu enerji kaynaklarının tükenme sürecinin baslaması, gelecekte ihtiyacı karsılayamaz duruma gelmesi ve çevreye verdiği zararlar dolayısıyla, ülkeler güvenilir, ekonomik, verimli ve çevreye duyarlı enerji arayısına girmislerdir. Bu sebeple yenilenebilir, çevreci alternatif enerji kaynaklarına olan ilgi her geçen gün artıs göstermektedir. Yenilenebilir ve sürdürülebilir alternatif yakıt olarak biyoyakıtlar oldukça ilgi çekmektedir. Biyoyakıtların ekonomik ve çevreci olması tercih sebebidir. Biyoatıklardan elde edilen etanol (biyoetanol), yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak, sağladığı çevresel ve ekonomik avantajlardan dolayı, tercih edilen bir biyoyakıttır. Günümüzün en popüler biyoyakıtlarından olan ve benzin ile belirli oranlarda karıstırılarak kullanılan biyoetanol benzinle karısma oranına göre E2 (%2 biyoetanol+%98 benzin), E5, E10, E85 olarak adlandırılabilir. Benzinle etanolün karıstırılması, benzinin emisyon kalitesini iyilestirdiği gibi yapısındaki oksijen benzinin daha temiz ve kaliteli yanmasına yardımcı olmaktadır. Ayrıca tasıtlarda kullanımında bütün emisyonların azaldığı belirlenmistir. Fosil yakıt ve petrol türevli yakıtların kullanımının önlenmesi ve böylece çevre kirliliğin ortadan kaldırılarak zararlı emisyonların azaltılması bakımından biyoetanol üretiminin ve
kullanımının yaygınlastırılması oldukça önemlidir.
Bu çalısmada biyoetanolün sağladığı yararlar, neden tercih edilmesi gerektiği, Türkiye’de ve dünyada biyoetanol üretimi ve kullanımı üzerinde durulmustur. Geleceğin yakıtı olarak görülen biyoetanolün çevresel ve ekonomik öneminden bahsedilmistir. Anahtar kelimeler: Alternatif enerji kaynakları, biyoetanol, biyokütle, biyoyakıt
1 Kocaeli Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Kocaeli, 41380, derya.unlu@kocaeli.edu.tr
2 Kocaeli Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Kocaeli, 41380
1. Giriş
Artan nüfus artısı ve enerji talebi ile günümüzde kullanımda olan enerji kaynakları tükenmekte ve yetersiz kalmaya baslamıstır. Gelismis ülkeler; enerji çesitliliğini arttırmak ve yaygınlastırmak için alternatif yakıt arayıslarına girmislerdir. Bu yüzden temiz ve yasanabilir bir çevre için alternatif enerji kaynakları bulunmasına yönelik çalısmalar giderek artıs göstermektedir [1].
Tasımacılık sektörü günümüzün yasantısında oldukça önemli bir yere sahiptir. Otomobil endüstrisi pek çok ülkenin tüketici harcamalarında büyük bir paya sahiptir. Fosil kaynaklı yakıtlar yasam alanlarının ve atmosferin kirlenmesine neden olmaktadır. Bu sebeple yakıt ve otomotiv endüstrisi, her açıdan insan ve çevre üzerindeki olumsuz etkileri çözmek durumundadır. Daha temiz ve yasanılabilir çevre için biyolojik kökenli, yenilenebilir, çevreci yakıtlara ihtiyaç vardır [2, 3].
Çalısmaları sürdürülen alternatif yakıtlardan en yeni ve en hızlı yaygınlasanı biyoyakıtlardır. Biyoyakıtların ilgi görmesinin sebebi ekonomik ve çevre dostu olmasıdır. Elde edilen enerjinin güvenilir olması, dısa bağımlılığı azaltması ve tarımsal kalkınmaya destek olması gibi sebepler üzerine çalısmaların artarak devam etmesine sebep olmaktadır. Bu nedenle, petrol türevli yakıtların yerine kullanılabilecek, çevreci alternatif sıvı yakıt üretilmesi bilim adamlarının önem verdiği çalısma konularının basında gelmektedir.
Etanol yakıt olarak farklı kullanım alanlarında değerlendirilebilir. Yapılan çalısmalar sonucu, etanolün araçlarda ilave bir katkı maddesi gerektirmeden basarılı bir sekilde kullanabileceği ve motorlarda etanolün kullanılmasıyla açığa çıkan zararlı hidrokarbon ve CO2 gaz emisyonunun büyük oranda düstüğü belirtilmistir.
Biyoetanol buğday sapı, mısır, patates, seker pancarı gibi sekerli ve nisastalı bitkilerden üretilen bir üründür. Bu yüzden, bu tür tarım ürünlerinin çokça yetistirildiği Brezilya, ABD gibi ülkelerde üretimi ve kullanımı fazladır [4].
2. Biyoetanol;
Tarımsal ürünlerin üretimi ve islenmesi sırasında büyük miktarda atık ortaya çıkmaktadır. Elde kalan bu atıkların çok az bir kısmı değerlendirilmekte ve bu atıklar çevre kirliliği gibi sorunlara yol açmaktadır. Yapısında lignoselüloz içeren bu tarımsal atıklar potansiyel bir enerji kaynağı olarak kullanılmaktadır. Lignoselülozik maddeler yeryüzünde bol miktarda üretilen, yenilenebilir bir hammaddedir ve yeryüzünde bulunan toplam biyokütlenin '% 95'ini olusturmaktadır [5].
Dünyada yılda yaklasık 1,3×1010 milyon ton bitki atığı açığa çıkmaktadır. Bu bitki ve selülozik atıkların biyoetanol gibi endüstriyel ürünlere ekonomik açıdan dönüstürülmesi oldukça önemlidir. Ayrıca, biyoetanol gibi biyoyakıt üretiminde lignoselülozik atıkların kullanımı fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltarak çevrenin korunmasında da olumlu etki yaratacaktır. Biyoetanol genellikle seker pancarı veya nisasta açısından zengin malzemelerden üretilmektedir. Eğer tarımsal yan ürünler ve atıklar ham madde olarak kullanılabilirse hem biyoetanol üretimi için ham madde miktarı artacak hem de maliyeti düsürecektir.
Biyoetanol, biyolojik kaynaklardan elde edilir ve yakıt olarak kullanılır. Kimyasal formülü CH3–CH2–OH’dır. Biyoetanol; yenilenebilir, biyolojik kökenli, sera gazı salınımına az etki eden, çevre dostu bir yakıt olarak dikkat çekmektedir. Biyoetanol; yüksek oktan sayısına, genis yanabilme aralağına, yüksek yanma hızına sahiptir. Biyoetanolün fiziksel ve kimyasal özellikleri ise; özgül ağırlığı 0.79 kg/dm3, buhar basıncı 50 mmHg, kaynama sıcaklığı 78.50C, dielektrik katsayısı 24.3, moleküler ağırlığı 46.1’dir. Biyoetanol, %35 oranında oksijen içerir, bu da yakıtın açığa çıkardığı azot oksit (NOx) oranını düsürür [6].
2.1. Biyoetanol Kullanımının Avantajları;
Biyoetanol, biyokütlelerin fermantasyonu ile elde edilen yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Günümüzün en popüler biyoyakıtlarından olan ve benzin ile belirli oranlarda karıstırılarak kullanılan biyoetanol buğday sapı, mısır, patates, seker pancarı gibi tarım ürünü olan biyokütlelerden üretilen bir üründür. Biyetanolün benzine ilave edilme miktarına göre E2 (%2 biyoetanol+%98 benzin), E5, E10, E85 olarak adlandırılmaktadır. Benzinle etanolün birlikte kullanılması, benzinin temiz ve kaliteli yanmasını sağlayarak, emisyon kalitesini iyilestirmektedir.
Tasıtlarda yakıt olarak kullanımı sonucunda, biyoetanolün benzinle harmanlama oranı arttıkça, NOx, CO ve CO2 gibi emisyon oranlarının azaldığı görülmüstür. Azot oksitler insan vücüdunda nemle birleserek, sağlığa zararlı nitrik asit olusumuna neden olmaktadır. Bunun yanında atmosferdeki su ile azot oksitlerin birlesmesi sonucu asit yağmurları olusmaktadır. Bu durumda bitki örtüsünün zarar görmesine ve ekolojik dengenin bozulmasına yol açmaktadır. Bu sebeple emisyonlardaki NOx miktarının azalması insan sağlığı ve çevre için oldukça önemlidir [1].
Benzine %5 biyoetanol ilave edilerek elde edilen yakıt, ilave islem gerektirmeksizin tasıtlarda kullanılabilmektedir. Bu yakıtın 1 litresi yakıldığında, atmosfere 2,4 kg daha az karbondioksit salınmaktadır ve emisyonlar % 4,5 oranında azalmaktadır [7].
Biyoetanol (856 j/g) ile benzinin (272 j/gr) buharlasma gizli ısı değerleri birbirinden oldukça farklıdır. Bu durum karısım üzerinde soğutucu etki yaparak, motorun hacimsel verimini arttırır [8].
Oktan sayısı yakıtın kalitesinin değerlendirildiği bir ölçüdür. Alkol türevli yakıtlar vuruntuya dayanıklı olduğundan dolayı, motorları yüksek sıkıstırma durumunda vuruntusuz çalıstırmaktadır. Sıkıstırma oranı yükseldikçe, yakıt tüketimi azalmaktadır. Oktan sayısını yükseltmede biyoetanolün etkisi analizlerle kanıtlanmıstır. Biyoetanolün oktan sayısı (R.O.N.) 108-111, motorun oktan sayısı (M.O.N.) 89-92 dir. Oktan sayısını yükseltmek için kursunlu bilesikler de kullanılmaktadır. Bunlar insan sağlığına oldukça zararlı bilesiklerdir.
[9].
EPDK nın almıs olduğu karara göre, piyasadaki benzin türlerine yerli tarım ürünlerinden üretilmis olan biyoetanol ilavesinin, 1 Ocak 2014 tarihinden geçerli olmak üzere en az %3 oranında olma zorunluluğu getirilmistir [10].
Bu durumda 80 bin metreküp biyoetanole ihtiyaç olacaktır. Bu noktada da Tarım ve Köyisleri Bakanlığı verilerine göre 80 bin metreküp biyoetanol elde etmek için 945 bin 83 ton sekerpancarı veya 223 bin 145 ton mısır üretilmesi gerekmektedir [11].
Biyoetanol üretiminde hammadde olarak bitkilerin kullanılması tarımın gelismesine katkıda bulunmaktadır. Biyoetanol üretiminin artması eleman ihtiyacını da arttıracağından istihdam artacak, issizlik oranı azalarak milli ekonomiye katkı sağlayacaktır. İthal edilen petrol ihtiyacına alternatif olarak biyoetanol yerli, yenilenebilir bir enerji kaynağı
olusturmaktadır.
2.2. Biyoetanol Üretiminde Kullanılan Hammadde Kaynakları;
Biyoetanol buğday sapı, mısır, patates, seker pancarı gibi tarım ürünü olan biyokütlelerden üretilen bir üründür. Kullanılan biyokütle kaynağının etanole
dönüstürülebilmesi için yapısında nisasta veya selüloz içermesi önemlidir. Günümüzde mısır gibi tarım ürünü biyokütleden üretilen etanol yerine, gıda dısı tarım atıklarından, ikinci nesil, çevreyle dost biyoetanol üretimi gündeme gelmistir. Mısır sapı ve buğday çöpü gibi tarımsal atıklar ile odun, saman ve çim gibi kaynaklardan elde edilebilen lignoselülozik biyokütleler, aynı zamanda insan gıdası olan biyokütlelere iyi bir alternatif olmustur [12].
Şekil 1’de biyoetanol üretimi için kullanılan hammadde kaynaklarıgörülmektedir.
Şekil 1. Biyoetanol hammadde kaynakları [13]
Lignoselüloz yapısında selüloz, hemiselüloz ve lignin içeren bitkisel hücre duvarının en önemli yapısal bilesenidir.
Bu polimerce zengin maddelere “lignoselülozik maddeler” denir.
Şekil 2’de lignoselülozik bir maddenin yapısı görülmektedir. [14]
Şekil 2. Lignoselülozik maddelerin yapısı [15]
Dünyada besin, enerji ve diğer amaçlar için gerekli hammadde kaynaklarının tükenip, yetersiz kalmaya basladıkça, lignoselülozik maddelerin geleneksel besin, biyokütle, yem ve
biyogaz üretimi için kullanımı önem kazanmaktadır. Bu bağlamda bazı tarımsal bitkiler ile orman ürünleri, bu malzemelerin yan ürünleri ve atıkları gibi lignoselülozik maddeler bu
amaçla kullanılabilir.
2.3. Biyoetanol Üretimi ;
Biyoetanol üretimi çoğunlukla dört basamakta gerçeklestirilen bir prosestir. Bu proses asamaları; ön-muamele, hidroliz, fermentasyon ve distilasyon olarak Sekil 3’de görüldüğü
gibi sınıflandırılabilir.
Şekil 3. Biyoetanol üretim asamaları [16]
2.3.1. Ön muamele İslemleri;
Lignoselülozik maddelere ön muamelelerin etkisi uzun zamandır bilinmektedir.
Biyokütlenin mikroskobik ve makroskobik ölçü ve yapıda elde edilmesi karbonhidratların monomerik sekere hidrolizi ile olur. Ön muamelede amaç lignin ve hemiselülozu ortadan
kaldırmak, selülozun kristalinitesini azaltmak ve maddenin gözenekliliğini arttırmaktır. Ön muamele su sebeplerden dolayı gereklidir:
1) Şeker olusumunu arttırmak
2) Bozunmadan kaçınmak ve karbonhidrat kaybını azaltmak
3) Hidroliz ve fermantasyon prosesleri sonunda olusacak yan ürünlerden kaçınmak
4) Maliyet
Fiziksel, fizikokimyasal, kimyasal ve biyolojik prosesler lignoselülozik maddelerin ön muamelesinde kullanılmaktadır [17].
2.3.2. Hidroliz ;
Biyokütleyi fermentasyona hazır sekere dönüstürebilmek için suyun ilave edilip glikoz molekülünün elde edildiği islem hidroliz islemidir. Bu islemde selüloz, glikoza asit veya
enzim yoluyla parçalanır. Bu hidroliz islemlerinde enzimin kullanımı maliyetli olduğundan, çoğunlukla daha ucuz bir yöntem olan sülfirik asitin kullandığı asit hidrolizi islemi tercih
edilmektedir. Ancak bu yöntemin de dezavantajı yüksek sıcaklık gerektirmesi ve korozyona neden olmasıdır. Enzimatik hidrolizde daha yüksek verim elde edilmektedir.
Hidroliz islemi bunların yanında gama ısını, elektron ısını radyasyonu veya mikrodalga radyasyonu gibi yöntemlerle de yapılabilmektedir [12].
2.3.3. Fermentasyon;
Fermentasyon glikozün alkole dönüstürülme islemidir. Bu islem için en çok kullanılan mikroorganizmalardan biri de mayalardır.
Etanol eldesinin genel reaksiyonu;
Şeker ___ Mikroorganizma____> Etanol + Yan ürün ile ifade edilebilir. Bu reaksiyonda mikroorganizmalar kullanılmaktadır. Glikozdan mikro
organizmalar aracılığıyla etanol eldesi reaksiyonu ise;
C6H12O6 ___ Mikroorganizma____> 2C2H5OH (etanol) +2CO2 seklinde yazılır. Bu reaksiyonda sisteme 1,0 g glikoz beslenmesine karsılık 0,51 g etanol elde
edilmektedir. Etanol üretim reaksiyonu sonunda dönüsmeyen biyokütleler ve CO2 gibi yan ürünler de olusmaktadır [18].
2.3.4. Distilasyon;
Etanolün saflastırılması oldukça önemli bir prosestir. Bu proseste önemli bir problem vardır, etanol ile su azeotrop karısım olusturmaktadır. Suyun 78,15oC sıcaklığında ve
ağırlıkça %95,6 olduğu karısımlara azeotrop karısımlar denir. Bu durum etanol-su karısımının tek distilasyon kolonu ile ayrılmasını engeller. Etanol konsantrasyonu azeotrop
noktaya yakın karısımlar için distilasyon oldukça pahalı bir prosestir. Yüksek saflıkta etanol elde etmek için, yüksek riflaks oranı ve ilave ekipmanlar gereklidir. Örneğin, seyreltik etanol-
su karısımının ayrılması için iki asama gereklidir. İlk asamada basit distilasyonla etanol %92.4 saflıkta elde edildikten sonra, ikinci adımda tamamen saf olarak etanol elde etmek için
azeotropik distilasyon, ekstraktif distilasyon, sıvı-sıvı ekstraksiyon gibi ayırma prosesleri ve bazı kompleks hibrit prosesler kullanılır [19].
3. Türkiye’de Biyoetanol Üretimi;
Türkiye’de ki trafik akısında; 2.7 milyon m3 benzin, 11.5 milyon m3 dizel ve 5.2 milyon m3 LPG tüketilmektedir. Türkiye Enerji ve Tabii Kaynakları’nın raporuna göre ise;
toplam yakıt tüketimi 22 milyon ton iken, bunun 3 milyon tonu benzindir. 1.55 lt biyoetanolün, 1 lt benzine esdeğer olduğu bilinmektedir. Bunun için de 4.65 milyar litre
biyoetanol gereklidir [20].
Türkiye’de biyoetanol üretimi yeni bir prosestir. Birinci nesil biyoetanol bazı fabrikalarda üretilmektedir. Türkiye’de biyoetanol üreten bazı fabrikalar Tablo 1’de gösterilmistir.
Tablo 1. Türkiye’de biyoetanol üreten fabrikalar [21]
Seker fabrikalarının çoğu biyoetanol üretmek için melası kullanır. Amasya, Çumra ve Eskisehir’de ki seker fabrikaları bu sekilde üretim yapmaktadır. Pirinç kabuğu ve pamuk sapından da etanol üretilmektedir. Türkiye Dstatistik Kurumu verilerine göre; 90000 hektar ekim alanından, 900 bin ton çeltiğin hasat edilmesiyle 180000 ton pirinç kabuğu elde edilmistir. Diğer yandan 2.6 milyon ton pamuk, 481000 hektar ekim alanından hasat edilmis ve 15.5 milyon ton pamuk sapı elde edilmistir. Bu hammaddeler sırasıyla % 28.6 ve % 47.1
selüloz; % 28.6 ve % 24.1 hemiselüloz; % 24.4 ve % 22 lignin içermektedir [22].
Türkiye’de etanol benzine % 2 oranında ilave edilmektedir. Türkiye’de biyoetanol pazarının gelismesi, Avrupa Birliği’nin hedeflediği benzine biyoetanol ilave oranına Türkiye’de de izin verilmesi ile olacaktır. Bu da yürürlükteki ÖTV mevzuatının değistirilmesi ile gerçeklestirilebilir.
4. Dünyada Biyoetanol Üretimi
Biyoetanolün yakıt olarak kullanımı A.B.D. gibi yoğun tarım ürünü yetistiren ülkelerde 1970’lerin basında baslamıstır. 1970 ve 1980 yıllarında meydana gelen petrol krizleri biyoetanolün kullanımını yaygınlastırmıstır.
Brezilya biyoetanol üretimi ve tüketiminde basta gelen ülkedir. Burada tüketilen yakıtların %22 sini biyoetanol olusturmaktadır. A.B.D. de ise benzinler %10 oranında biyoetanol içermektedir. Kanada’da bes tesiste biyoetanol üretimi yapılmaktadır. Toplam üretim miktarı 175 milyon litredir. Dsveç’te de yılda 50 milyon litre biyoetanol üreten bir tesis bulunmaktadır. Dünyada biyoetanolün toplam yıllık üretimi 21 milyar m3 e ulasmaktadır. Hammadde olarak buğday, mısır, patates, seker pancarı, seker kamısı, tarımsal atıklar, saman
ve odun kullanılmaktadır.
Dünyada biyoetanolün yakıt olarak kullanımı hükümet programları ile tesvik
edilmektedir. Pek çok ülkenin biyoyakıt kullanımını desteklemesinin arkasında tarım sektöründe istihdamın ve gelirin artırılarak tarımsal kalkınmanın sağlanması yatmaktadır [7, 23].
5. Sonuç;
Biyoetanol, dünyada yılda 30 milyon ton üretimi ve 13 milyar doları bulan pazar payı ile tercih edilen alternatif sıvı yakıtlardan biridir. Gelecekte modern biyoyakıt üretim tesislerinin kurulumuyla biyoetanol, ekonomik ve çevre dostu bir ürün olması nedeniyle oldukça fazla talep görecektir.
Tasıma sektörü için yakıt olarak biyoetanol kullanılması ile önemli avantajlar elde edilmektedir. Bunlar içerisinde en önemlileri enerji güvenliğinin arttırılması ve çevreye verilen zararın azaltılması sayılabilir. Ayrıca tarımsal kesim için bir pazar ve isgücü de yaratılmıs olmaktadır. Dünya üzerinde birçok ülke biyoetanolün bu faydalarını göz önünde tutarak biyoetanol için gerçeklestirilen temel arastırmalardan kullanım zorunluluğuna kadar her alanda biyoetanol lehindeki desteğini ortaya koymustur.
KAYNAKÇA
1. Tolga Topgül, Buji ile Ateslemeli Motorlarda Etil Alkol-Benzin Karısımı Kullanımında Optimum Çalısma Parametrelerinin Arastırılması, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2006.
2. İlker Örs, Benzin-Etanol Karısımlarının Tasıt Performansına Ve Egzoz Emisyonlarına Etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, 2007.
3. Mustafa Acaroğlu, Hidayet Oğuz, M. Ünaldı, Türkiye Dçin Alternatif Bir Yakıt:Biyoetanol, Yakıt Olarak Kullanımı ve Emisyon Değerleri, Biyoenerji 2004
Sempozyumu, 20-22 Ekim 2004 Ege Üniversitesi, İzmir, 2004.
4. Derya Ünlü, Nihat Yanıkören, Filiz Uğur, Nilüfer Durmaz Hilmioğlu, Etkin Ve Temiz Yanma Sağlayan Biyoetanolün Pervaporasyon Dle Ekonomik Olarak Saflastırılması,
12 th International Combustion Symposium, Kocaeli, 2012.
5. İsmail Bayram, “ Bazı Tarımsal Artıkların Beyaz Çürükçül Mantarlarla Delignifiye Edilerek Yem Değerlerinin Artırılma Olanaklarının Arastırılması”, Ankara Üniv. Vet. Fak. Derg. Vol. 44, 1997, p. 1-9.
6. Ali Osman Adıgüzel, “ Biyoetanolün Genel Özellikleri ve Üretimi İçin Gerekli Hammadde Kaynakları”, BEÜ Fen Bilimleri Dergisi, Vol 2, No 2, 2013, p.204-220.
7. Zafer Ayvaz, Çevreci Yakıt Biyoetanol, Ekoloji Magazin Dergisi, 8.sayı, Ekim-Aralık, www.ekolojimagazin.com, 2005.
8. Wei-Dong Hsieh, Rong-Hong Chen, Tsung-Lin Wu, Ta-Hui Lin, “Engine Performance and Pollutant Emission of an SI Engine Using Ethanol-Gasoline Blended Fuels”, Atmospheric Environment, Vol 36, No 3, 2002, p:403-410.
9. H. Çelikten, Otto Motorlarında Biyoetanol Kullanımı Ve Biyoetanol Özellikleri, Yüksek Lisans Semineri, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, 2007.
10. Semsi Bayraktar, “Ülkemizde Biyoyakıt Üretimi”, 2011, Türkiye Ziraat Odaları Birliği, www.tzob.org (Erisim 20 Ağustos 2014) .
11. O. Çelebi, “Akaryakıta Biyoyakıt Desteği”, 2011, www.alternaturk.org. (Erisim 20 Ağustos 2014).
12. Yalçın ÇÖPÜR, Ayhan TOZLUOĞLU, Ömer ÖZYÜREK, “Selülozik Biyoetanol Üretim Teknolojisi”, Düzce Üniversitesi Ormancılık Dergisi, Vol 7 No 1, 2011, p. 10-37.
13. http://www.responsiblebusiness.eu/display/rebwp7/Technology (Erisim 29 Ağustos 2014).
14. İbrahim Tükenmez, Tayfur Bakioğlu, Sıtkı Ersen, “Isınlanmıs Lignoselülozik Substratların Fermantasyonu”, Türkiye Bilimsel Arastırma Kurumu, Ankara,1995.
15. Khanok Ratanakhanokchai, Rattiya Waeonukul, Patthra Pason, Chakrit Tachaapaikoon, Khin Lay Kyu, Kazuo Sakka, Akihiko Kosugi, Yutaka Mori,
“Paenibacillus curdlanolyticus Strain B-6 Multienzyme Complex: A Novel System for Biomass Utilization”, Miodrag Darko Matovic (eds.), Biomass Now -Cultivation and Utilization, 2003.
16. Mehdi Dashtban, Heidi Schraft, Wensheng Qin, “Fungal Bioconversion of Lignocellulosic Residues; Opportunities & Perspectives”, Int J Biol Sci, Vol 5, No
6, 2009, p.578-595.
17. Ye Sun, Jiayang Cheng “Hydrolysis of lignocellulosic Materials for Ethanol Production: a review”, Bioresource Technology, Vol 83, No 1, 2002, p. 1-11.
18. Mohammad J.Taherzadeh and Keikhosro Karimi,. “Bioethanol Market and Production Processes”, Ahindra Nag (eds.), Biofuels Refining and Performance Mc.Graw-Hill, p. 69-102.
19. Hua-Jiang Huang, Shri Ramaswamy, U.W. Tschirner, B.V. Ramarao, “A Review of Seperation Technologies in Current and Future Biorefineries”, Separation and Purification Technology, Vol 62, No 1, 2008, p. 1–21.
20. Mehmet Melikoglu, Demand forecast for road transportation fuels including gasoline, diesel, LPG, bioethanol and biodiesel for Turkey between 2013 and 2023, Renewable
Energy, Vol 64, 2014, p. 164-171.
21. Asiye Gül Bayrakci, Günnur Koçar, Second-generation bioethanol production from water hyacinth and duckweed in Izmir: A case study, Renewable and Sustainable
Energy Reviews, Vol 30, 2014 p. 306–316.
22. Esra Imamoglu, Fazilet Vardar Sukan, The effects of single and combined cellulosic agrowaste substrates on bioethanol production, Fuel, Vol 134, 2014, p. 477–484.
23. http://www.tarimsalkimya.com.tr/biyoetanol/dunyadabiyoetanol.php (Erisim 25 Ağustos 2014).
***
