Biyoetanol, özellikle Sera gazı emisyonunda(GHG) azalma sağlayan, yakıt rezervini artıran üstün niteliklere sahip olduğundan, şu anda geleneksel benzin için potansiyel bir ikame olarak kabul edilmektedir. Ticari amaçlı kullanılan biyoetanol, genellikle mısır ve şeker kamışı gibi yenilebilir hammaddelerden üretilir ve bu da üretim maliyetini artırır. Bu hammaddelerin yüksek maliyeti, daha ucuz ve mevcut hammaddelerden üretilen ikinci ve üçüncü nesil (3G) biyoetanol arayışının arkasındaki itici güçtür.
Dördüncü nesil biyoetanol, alglerin CO2 yakalama potansiyelini artırmak ve spesifik bileşiklerin üretimini artırmak için 3G biyoetanolünü daha da ilerletmek için geliştirilmektedir. Çeşitli yenilebilir olmayan hammaddelerin kullanımıyla üretim maliyetini düşürmeye yönelik çabalara rağmen, hammaddelerin işlenmesinin maliyeti hala çok yüksektir, bu nedenle biyoetanol geleneksel benzinle rekabet edemez hale gelir.
Yaşam döngüsü değerlendirmesi ve tekno-ekonomik analizler genellikle biyoetanol üretim süreçlerinin ekonomik fizibilitesini ve çevresel etkisini değerlendirmek için yapılır. Dolayısıyla ön arıtma, hidroliz, fermantasyon süreçleri, biyoetanol geri kazanımı, entegre süreçler, Yaşam döngüsü değerlendirmesi, tekno-ekonomik analiz, ekserji analizi ve süreç simülasyonu dahil olmak üzere biyoetanol üretiminde yer alan en son süreçleri kapsayan bir süreçtir.
Biyoetanol Hakkında Genel Bilgi
Fosil yakıtın tükenmesi ve fosillerin yanmasından kaynaklanan sera gazlarının emisyonunun neden olduğu küresel ısınma, şu anda araştırmacıları alternatif ve çevre dostu yakıt bulma yönünde yönlendiriyor. Biyoyakıtlar, düşünülen sayısız seçeneklerden biridir. Biyoetanol, özellikle özellikleri nedeniyle benzinin yerini alacak en umut verici biyoyakıt olarak kabul edilir. Bu biyoyakıt, mısır, soya fasulyesi ve şeker kamışı gibi karbonhidrat kaynaklarından elde edilen monomerik şekerin mikrobiyal fermentasyonundan üretilen %35 oksijen içeren sıvı oksijenli bir yakıttır.
2018 yılında küresel olarak üretilen biyoetanol 110 milyar litreydi ve sürecin ekonomik fizibilitesi nedeniyle %7,6 bileşik yıllık büyüme oranı (CAGR) ile 2022’de 140 milyar litreye yükselmesi beklenmektedir. ABD, Brezilya, Avrupa Birliği, Çin ve Kanada sırasıyla biyoetanol üretiminde küresel güç merkezleridir. ABD biyoetanol üretmek için hammadde olarak mısır kullanıyor ve ~57.7 milyar litre üretim kapasitesi elde ederken, Brezilya şeker kamışından biyoetanol üretiyor ve 2016 yılında sırasıyla ~27,6 milyar litre toplam üretim kapasitesine sahiptir.
Biyoetanol, geleneksel benzin için potansiyel bir ikame olarak kabul edilir ve doğrudan araçlarda kullanılabilir veya benzinle karıştırılarak sera gazı emisyonlarını ve benzin tüketimini azaltır. Doğrudan uygulama için (E100), benzinli motorun zamanlaması (ve kullanılıyorsa elektronik kontrol sistemi) ayarlanır ve daha büyük benzin deposu kullanılır. Bununla birlikte, biyoetanolün (E100) kullanımı genellikle motorun düşük sıcaklıkta veya yüksek buharlaşma ısısı nedeniyle soğuk havalarda çalıştırılmasında zorlukla karakterize edilir.
Biyoetanolün benzinle karıştırılması motorun değiştirilmesini gerektirmeyebilir, bunun yerine ateşlemenin veya motor performansının artırılmasına yardımcı olacaktır. En yaygın kullanılan karışımlar E85 ve E10’dur. Biyoetanolün avantajları arasında artan motor verimliliği ve performansı, düşük kaynama noktası, geniş yanıcılık, daha yüksek sıkıştırma oranı ve buharlaşma ısısı, karşılaştırılabilir enerji içeriği, daha düşük yanma süresi ve zayıf yanan motor ile sonuçlanan yüksek oktan derecesi yer alır.
Dezavantajları, sırasıyla, yüksek hammadde maliyeti, enzimler, detoksifikasyon ve etanol geri kazanımından kaynaklanan yüksek üretim maliyetini içerir. Biyoetanol düşük hacimsel enerji yoğunluğuna sahiptir, bu da geleneksel benzine kıyasla daha fazla biyoetanol/km (%50’ye kadar) tüketileceği anlamına gelir. Biyoetanolün bazı elastomerleri parçalama ve metallerde korozyona neden olma kapasitesi olduğundan, motorlarda biyoetanol kullanımı motor parçalarının sık sık değiştirilmesini gerektirebilir. Bununla birlikte, üretim maliyetini düşürme girişiminde, lignoselülozik biyokütle, bulunabilirliği ve düşük satın alma maliyeti nedeniyle hammadde olarak kabul edilmektedir. Ne yazık ki, işlem maliyeti hala yüksektir, bu nedenle işlemi ekonomik olarak çekici kılmamaktadır. 
Biyoetanol mısır ve şeker kamışı gibi yenilebilir hammaddelerden üretildiğinde birinci nesil (1G) biyoetanol ve hammadde bir lignoselüloz ise 2G ikinci nesil (2G) biyoetanol olarak adlandırılır. Bu lignoselüloz biyokütlesinin örnekleri, şalter otu, mısır sapı, odun, otsu ürünler, atık kağıt ve kağıt ürünleri, tarım ve ormancılık artıkları, kağıt hamuru ve kağıt fabrikası atıkları, belediye katı atıkları ve gıda endüstrisi atıklarıdır.
Lignoselülozik biyokütle selüloz, hemiselüloz, lignin, protein, kül ve minör ekstraktif oluşur. Lignoselülozik biyokütle, nispeten düşük satın alma maliyeti, mevcudiyeti ve arzın sürdürülebilirliği nedeniyle biyoetanol üretimi için hammadde olarak kabul edilmektedir. Bu biyokütle, mevcut biyoetanol üretim oranını artırma kapasitesine sahiptir ve küresel olarak yılda yaklaşık 442 milyar litre biyoetanol üreteceği tahmin edilmektedir. 2G-biyoetanol, 1G-biyoetanol ile karşılaştırıldığında, sera gazı emisyonunu azaltmak için daha büyük bir potansiyele sahiptir
Üçüncü nesil (3G) biyoetanol, besleme stoğu olarak algler kullanıldığında elde edilir. Alg biyoetanol, muhtemelen yüksek karbonhidrat içeriği ve mevcut alglerin çoğunda lignin bulunmaması nedeniyle çekiş kazanıyor. Bu tür besleme stoğu ile, karmaşık lignin giderme işlemi ortadan kaldırıldığı için ön arıtma maliyetinin düşmesi beklenmektedir . Çok sayıda araştırmacı, biyoetanol üretimi için hammadde olarak alg kullanımını araştırmıştır. Elde edilen sonuçlara dayanarak, yüksek verimliliğe sahip alg türleri olduğu belirlenebilir.
Kaynakça:
http://www.esru.strath.ac.uk/EandE/Web_sites/02-03/biofuels/what_bioethanol.htm
https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/bioethanol
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu