Biyodizel Nedir? Üretimi Nasıl Yapılır?

3591_bdz

Biyodizel, konvensiyonel fosil dizellerine eşdeğer, alternatif bir yakıttır. Biyodizel, hayvansal ve bitkisel yağlardan, mum yağından ve evsel atık yağlardan üretilebilir. Bu yağların biyodizele dönüştürülmesini sağlayan sürece transesterifikasyon denilmektedir.

En önemli kullanışlı yağ kaynakları, kolza tohumu, palm ve soya gibi yağlı ürünlerdir. Bunların içinden de biyodizel üretimi için en çok kullanılan ürün kolza tohumudur. Günümüzde üretilen çoğu biyodizel endüstriyel gıda üreticilerinin ve büyük restoranların atık bitkisel yağı kullanılarak yapılmaktadır. Kolza yağı gibi biyodizel üretimi amacıyla üretilen ekinlerin maliyeti, atık yağların maliyetinden çok daha yüksek olduğundan, atık yağdan üretilen biyodizel miktarı çok daha fazladır.

Biyodizel çevre kirliliği açısından çok önemlidir. Biyodizel ‘nötral karbon’ olarak adlandırılır. Bunun anlamı, yakıt olarak kullanıldıktan sonra karbondioksit formunda fazladan karbon çıkışının olmamasıdır. Bu etkinin oluşma nedeni, biyodizel üretiminde kullanılan bitkilerin büyüme aşamasında, yakıt olarak yanma aşamasında etrafa saldığı miktarda karbondioksiti absorbe etmesidir. Ancak üretilen bitkilerin yetişme aşamasında kullanılan gübrelerin de önemli ölçüde karbondioksit salınımı yaptığı da unutulmamalıdır. Biyodizel üretimi ile ilgili olan kirlilik kaynaklarını da sadece gübre ile sınırlamak da doğru olmayacaktır. Biyodizel üretimi esnasında karşılaşılan diğer kirlilik kaynakları da; esterifikasyon, yağın solvent ekstraksiyonu, rafinasyon, kurulama ve nakletme süreçleridir. Bütün bu süreçler elektrik veya yakıt formunda belirli bir miktar enerji girişi gerektirmekte ve her ikisi de sonuç olarak ortama sera gazı salmaktadır. Bununla birlikte toprakta hızlı bir şekilde bozunabilmesi ve hiçbir toksik etkisinin olmaması, biyodizel atıklarını fosil yakıtlarının atıklarından çok daha az riskli kılar ve bu özellikleri en önemli artılarından biri olarak sayılır. Önemli sayılabilecek bir detay da parlama noktasının fosil yakıtlara nazaran daha yüksek olmasıdır. Bu özelliği de özellikle kazalarda patlama riskini daha aşağı çekmektedir.

3591_bdz2

Biyodizel Üretimi:Yukarıda da bahsetmiş olduğumuz gibi biyodizel, bitkisel yağlardan, hayvansal yağlardan, mum yağı ve atık yağlardan üretilebilmektedir. Günümüzde yağlardan biyodizel üretimi için üç temel yol izlenmektedir. Bunlar; baz katalizi ile yağın transestreifikasyonu, doğrudan asit katalizi ile yağın transesterifikasyonu ve yağın, yağ asitlerine çevrilmesiyle biyodizele dönüştürülmesi yöntemleridir. Neredeyse tüm biyodizeller, en ekonomik yöntem olan ve sadece düşük sıcaklık ve basınç gerektirip yaklaşık % 98 verim elde edilebilen, baz katalizli transesterifikasyon yöntemi ile üretilmektedir. Bu nedenle bu yazımızda bu metot üzerine yöneleceğiz.

Transesterifikasyon prosesi, trigliseridin alkol ile reaksiyona girip ester ve gliserol oluşturulmasıdır. Bir trigliseridin temel yapısını üç uzun zincirli yağ asidi bulunduran gliserin molekülleri oluşturmaktadır. Yağın karakteristiği, yapısında bulunan gliserine bağlı olan yağ asidinin yapısı ile belirlenir. Yağ asitlerinin bu yapısı aynı zamanda biyodizelin de karakteristiğini belirlemektedir. Esterifikasyon prosesi sırasında, bir katalizör varlığında, trigliserid ile alkol molekülleri reaksiyona girerler. Yağ asitleri ile alkolün reaksiyonu sonucunda mono alkil ester veya biyodizel ve ham gliserol oluşur. Reaksiyon için seçilen alkol genellikle metanol veya etanoldür. Katalizör olarak genellikle kuvvetli bir baz olan sodyum hidroksit yada potasyum hidroksit kullanılmaktadır. Potasyum hidroksit biyodizel üretimi esnasında etil esterler için daha kullanışlı iken, metil esterler için her ikisi de kullanılabilmeltedir. En yaygın transesterifikasyon prosesi RME olarak geçen kolza yağının metanol ile reaksiyonudur. Yağ ve alkol arasındaki tersinir bir reaksiyon gerçekleşir. Bu nedenle verimin arttırılması için ortama aşırı miktarda alkol konulması gerekir.

Başarılı bir transesterifikasyon reaksiyonu elde etmek için, reaksiyon tamamlandıktan sonra gliserol ve ester tabakalarının ayrılması gereklidir. Daha ağır olup dibe çöken gliserol ortamdan ayrıştırıldıktan sonra, ilaç ve kozmetik gibi farklı endüstrilerde kullanılmak amacı ile saflaştırılabilir.
Bazı bitkisel yağlar da doğrudan fosil dizeli yerine kullanılabilse de ciddi motor problemlerine yol açma riski çok yüksektir. Çok yüksek viskoziteye sahip olan bazı bitkisel yağlar, yakıtın düşük atomlaşmasına, yanma aşamasının tamamlanmamasına, enjektörlerin kurum bağlamasına ve yakıtın makine yağında birikmesine neden olur.

Transesterifikasyon prosesi, oluşabilecek bu problemlerin engellenmesini sağlamaktadır.Yağlarda transesterifikasyon prosesinin yapılmasının faydaları aşağıdaki gibi sıralanabilir:

• Viskozitenin azalması
• Gliseridlerin tamamen uzaklaştırılması
• Kaynama noktasının azalması
• Parlama noktasının azalması
• Akışkanlık derecesinin artması
Alkol ve katalizörün karışımı
Katalizör olarak sodyum hidroksit (kostik) ve potasyum hidroksit (potas) kullanılmaktadır. Bu katalizörler standart bir karıştırıcı yardımı ile alkolde çözünürler. Alkol/ katalizör karışımı daha sonra kapalı reaksiyon kaplarına aktarılarak üzerine reaksiyona gireceği yağ eklenir. Bu sistem, reaksiyon sırasında alkol kaybı yaşanmaması için tamamen kapalıdır. Reaksiyon karışımı, reaksiyon süresinin hızlı olması için alkolün kaynama noktasının hemen üzerinde bir sıcaklıkta tutulur. Tavsiye edilen reaksiyon zamanı 1 ile 8 saat arasındadır ve bazı sistemler için reaksiyonun oda sıcaklığında gerçekleştirilmesini önerilmektedir. Dönüşümün tamamen sağlanabilmesi için ortama alkolün aşırısı katılır. Reaksiyona katılacak olan yağdaki serbest yağ asitleri ve su miktarının iyi gözlenmesi gerekir. Eğer yağ asidi veya su miktarı seviyesi çok yüksek olursa, sabun oluşumu ve gliserini ortamdan uzaklaştırma zorluğu gibi problemler yaşanabilir.

Ayırma3591_bdz3

Reaksiyon tamamlandıktan sonra iki ana ürün oluşur: gliserin ve biyodizel. Her biri reaksiyonda kullanılan metanolün aşırısını içerir bu nedenle eğer istenirse bu aşamada nötralizasyon uygulanabilir. Gliserin fazı, biyodizel fazından çok daha fazla yoğun olduğu için basit bir işlemle gravimetrik olarak ayrılabilirler. Bazı durumlarda ayrımın kolaylaştırılması için santrifüj kullanılabilir.

Alkolün Uzaklaştırılması

Gliserin ve biyodizel fazları ayrıştırıldıktan sonra, her iki fazda da bulunan fazla alkol distilasyon veya evaporasyon ile ayrıştırılabilir. Bazı sistemlerde alkol, gliserin ve biyodizel fazlarının ayrıştırılmasından önce de uzaklaştırılarak nötralize edilebilir. Her iki durumda da, alkol geri kazanılır ve tekrar kullanılabilir. Bu aşamada dikkat edilecek nokta alkole su karışmasını önlemektir.

Gliserin Nötralizasyonu

Reaksiyonun yan ürünü olan gliserin, reaksiyonda kullanılmayan katalizör ve sabun içermektedir. Bu nedenle gliserin asitle nötralize edilerek farklı amaçlarla kullanılabilecek hale gelir. Bazı durumlarda bu aşamada tuz oluşur ve oluşan bu tuz da gübre olarak kullanılabilir. Çoğu zaman bu tuz gliserin içerisinde kalmaktadır. Ham gliserin elde edebilmek için, elde edilen gliserinin alkol ve sudan uzaklaştırılarak % 80-88 saflığa erişmek gerekir. Bazı özel prosedürler uygulanarak, elde edilen gliserinin saflığı % 99 seviyesine dahi getirilebilir.

Metil Ester Yıkaması

Gliserinden uzaklaştırılan biyodizel bazı zamanlarda sıcak su ile yıkanarak, barındırdığı katalizör veya sabun uzaklaştırılır ve ardından kurutularak tüketime hazır hale getirilir. Bazı proseslerde bu işleme ihtiyaç duyulmayabilir. Bu aşama üretim prosesinin son bölümüdür ve sonucunda yeşilimsi kehribar renkli ve viskozitesi petrol dizeli ile özdeş sıvı elde edilir. Bazı sistemlerde de biyodizel içerdiği renk maddelerinin uzaklaştırılması için son bir distilasyon aşamasına tabi tutulabilir. Bu aşamadan sonra renksiz biyodizel elde edilir.

Ürün Kalitesi

Elde edilen ürün ticari kullanıma sunulmadan önce, gerekli spesifikasyonlara uyup uymadığını test etmek için özel bazı cihazlarla analiz edilir. Biyodizelin sorunsuz bir şekilde üretildiğinden emin olmak için bakılan parametreler:
• Gliserin içermemesi
• Katalizör içermemesi
• Alkol içermemesi
• Serbest yağ asidi içermemesi

Kaynakça:
http://www.esru.strath.ac.uk

Yazar: Nihat Keleş