Beşiktaş Forum  ( 1903 - 2013 ) Taraftarın Sesi


Geri git   Beşiktaş Forum ( 1903 - 2013 ) Taraftarın Sesi > Eğitim Öğretim > Dersler - Ödevler - Tezler - Konular > Kimya

Cevapla
 
LinkBack Seçenekler Stil
Alt 24-01-2007, 14:32   #1
imparator
Guest
 
imparator - ait Kullanıcı Resmi (Avatar)
 
Atık Mutfak Yağlarının Alternatif Dizel Yakıtı Olarak Değerlendirilmesi

ATIK MUTFAK YAĞLARININ ALTERNATİF DİZEL YAKITI OLARAK DEĞERLENDİRİLMESİ

ÖZET

Restaurant ve evsel atık yağları, yağ asidi esterlerine dönüştürülmek suretiyle alternatif bir dizel yakıtı olarak dizel motorlarında kullanımı, hem insan sağlığı hem de çevresel açıdan önemli bir avantajdır. Şimdiye kadar Türkiye’de bu yağların sadece küçük bir yüzdesi toplanarak sabun üretiminde kullanılmıştır. Atık mutfak yağlarının, dizel motorlarında herhangi bir değişiklik yapılmadan kullanılabilmesi için motorine yakın değerlere sahip bir yakıta dönüştürülmesi gerekmektedir. Dönüştürülme işleminde en genel kullanılan metot transesterifikasyon reaksiyonudur. Atık mutfak yağlarının transesterifikasyon reaksiyonu; serbest yağ asidi oranı ve su içeriği, kullanılan alkolün kimyasal yapısı, katalizör tipi, reaksiyon sıcaklığı ve reaksiyon süresi gibi fonksiyonlardan etkilenmektedir. Bu çalışmada atık mutfak yağlarının yağ asidi esterlerine dönüştürülerek alternatif dizel yakıtı olarak kullanabilirliği incelenmektedir.

Anahtar Kelimeler: Atık mutfak yağları, transesterifikasyon , biyodizel

1. GİRİŞ

Ev veya restaurant atığı yağlardan yağ asidi esterleri üretimi, alternatif yakıtlar konusuna farklı bir yaklaşım getirmiştir. Atık mutfak yağları yüksek oranda serbest yağ asidi ve su içerir. Hatta rafine edilmiş bitkisel yağlarda bile çok az da olsa serbest yağ asidi ve su vardır. Hayvansal yağlar ise yüksek oranda doymuş yağ asitleri içermektedir. Bu nedenle oda sıcaklığında katıdırlar (1). Hem bitkisel hem de hayvansal yağlar dizel motorunda herhangi bir değişiklik yapılmadan kullanılabilmesi için petrol kökenli dizel yakıtına (motorin) yakın özelliklere sahip bir yakıta dönüştürülmesi gerekmektedir. Bitkisel ve hayvansal yağların dizel yakıtına dönüştürülmesinde dört metot vardır. Bunlar, bitkisel ve hayvansal yağın motorin ile seyreltilmesi, termal kraking (pyrolysis), mikro emülsiyonlama ve esterleştirme prosesidir (Transesterification). Esterleştirme işlemi son zamanlardaki araştırmalarda üzerinde en çok durulan metottur. İlk esterleştirme prosesini Haller ve Youssoufin (2), hindistancevizi yağını esterleştirmek suretiyle gerçekleştirmiştir. Bunlar %2 hidrojen klorür katalizörlü metanol ile hindistancevizi yağını esterleştirerek, yağ asidi metil esterlerinin (oleik asit, palmitik asit vb. gibi) bir karışımını elde etmişlerdir.

The American Society for Testing and Materials (ASTM) biodizeli, bitkisel veya hayvansal yağlardan türetilen yağ asidi zincirinin mono alkil esteri olarak tanımlamaktadır. Baştaki “Bio” kelimesi yakıtın yenilenebilir ve biyolojik olduğu, “Diesel” kelimesi ise dizel motorlarında kullanımını ifade etmektedir. Çizelge 1’de ASTM dizel yakıt standardları gösterilmektedir.


Dünyada 28 ülkede biyodizel üretimi ve bu yakıtların dizel motorlarında kullanımı ile ilgili çalışmalar yoğun olarak sürmektedir. Fransa ve Almanya, bu ülkeler arasında Avrupa’daki en büyük üreticilerdir. 2000 yılında Fransa’da 2,5x105 ton, Almanya’da 2,3x105 ton’un üzerinde biyodizel üretimi gerçekleştirilmiştir. National Biodiesel Board’ın 2002 yılındaki raporuna göre Amerika Birleşik Devletlerinde sadece yellow grease’den 2,4x104 ton ile 3,2x104 ton arasında biyodizel üretimi gerçekleştirildiği tahmin edilmektedir. INE (Spanish National Institute of Statistic)’in 2001 raporuna göre, İspanya’da her yıl yaklaşık 7,4x104 ton atık zeytin yağı toplanmakta, bu değerden çok daha fazlası da kanalizasyon şebekesine atık olarak dökülmektedir (4). Yine aynı rapora göre 2001 yılında İspanya’daki 2 Numaralı dizel yakıt tüketimi yaklaşık 2,4x107 ton dur. Japonya’da yapılan bir çalışmada (5), Japonya’nın yıllık 4x105 ile 6x105 ton arasında atık mutfak yağına sahip olduğu belirtilmiştir. Bu miktarın yaklaşık 2,5~2,6x105 tonu endüstri vb. gibi kısımlarda, 1,5~1,8x105 tonu hayvan yemlerine katkı olarak, 5~6x104 tonu yağ asitlerine dönüştürülerek kullanılmıştır.
Bu atık kaynağının harekete geçirilmesi hem alternatif yakıt kaynakları açısından hem de çevresel açıdan önemli bir avantajdır. Bu nedenle, atık mutfak yağlarından üretilen biyodizelin, Avrupa ve Amerika’daki yakıt istasyonlarında dizel motorları için alternatif yakıt olarak satılmak suretiyle ticarileşmesi sağlanmıştır. Biyodizel motorin ile yanma sonu emisyonları açısından karşılaştırıldığında; daha düşük karbon monoksit, partikül emisyonu ve yanmamış hidrokarbonlara sahiptir. Biyodizelin yenilenebilir olması, yanma sonu ürünlerindeki karbon dioksitin tekrar fotosentez çevrimine katılımını sağlar. Böylece, biyodizel dizel yakıtının sera gazları üzerine etkisini minimize etmektedir (6).

2. ATIK MUTFAK YAĞLARININ BİYODİZELE DÖNÜŞTÜRÜLMESİ

Transesterifikasyon, gliserol ve ester oluşturmak üzere bitkisel veya hayvansal yağın bir alkol ile tepkimeye sokulma işlemidir. Transesterifikasyon reaksiyonun stokiyometrik olarak tamamlanabilmesi için alkoltrigliserid molar oranı 3:1 olmalıdır. Pratikte ise maksimum ürünün elde edilebilmesi için bu oranın daha yüksek olması gerekmektedir. Reaksiyon hızını ve ürünleri iyileştirmek için genelde bir katalizör kullanılır. Reaksiyon alkaliler, asitler veya enzimler tarafından katalize edilebilir. Reaksiyon Şekil 1’de gösterilmektedir. Transesterifikasyon reaksiyonu ile biyodizel üretimi bir defalık veya sürekli olabilir. Transesterifikasyon reaksiyonunda, bir ester başka bir estere dönüşür. Pratikte, sodyum hidroksit gibi bazik bir katalizör, bitkisel ve hayvansal yağlardan hazırlanan gliserin tabanlı tri-ester metil estere dönüştürmek için kullanılır ve ürünlerden biri de serbest gliserindir (7).
  Alıntı ile Cevapla
Alt 24-01-2007, 14:33   #2
imparator
Guest
 
imparator - ait Kullanıcı Resmi (Avatar)
 

Genellikle atık mutfak yağlarında serbest yağ asidi seviyesi %2 kütlesel oranından daha fazladır. Sülfürik asit katalizörlü metanollu ön iyileştirme reaksiyonu ile serbest yağ asidi seviyesinin %0,5’lerin altına çekilmesi gerekmektedir (12). Reed ve arkadaşları, yağın kızdırılması esnasında serbest hale geçen yağ asitleri ile birlikte kızartma yağında çok fazla miktarda serbest yağ asidi bulunduğundan, bu yağlardan ester üretilmesi için bir metot tanımlamıştır. Bu met****, diğer reaksiyonlar ile arasındaki önemli fark: Sabuna dönüşmüş serbest yağ asitlerini kostik ekleyerek, reaksiyondan önce nötrleştirilmesidir. Bu sabunlar son işlemde yıkama ile biyodizel’den ayrıştırılır (13).
Başta da belirtildiği gibi, transesterifikasyon reaksiyonu bir alkali veya asidik katalizör kullanılarak oda sıcaklıklarında gerçekleştirilebilir. Oda sıcaklığının üzerindeki sıcaklıklarda, içerisinde aşırı metanol olan reaksiyonda %90-97 oranında bir değişim görülür. Geri kalan %3-10 mono-di-trigliserin ve serbest yağ asididir. Serbest yağ asidinin çoğunluğu sabuna ve suya dönüşür. Yağdaki serbest asitler mümkün olduğunca alınmalı ve bunun yerine bir alkol bileşime girmelidir. Transesterifikasyon reaksiyonu sırasında metil ester tabakası ile gliserin tabakası arasında ayrışmalar gözükür. Bu farklı tabakalardan metanol ve sabunun ayrıştırılması gereklidir (5).

2.1. Serbest Yağ Asidi Oranının ve Suyun Etkisi

Atık mutfak yağlarının içeriğinde bulunan yüksek oranda serbest yağ asidi ve su, transesterifikasyon reaksiyonunda her zaman negatif bir etkiye sahiptir. Reaksiyonda suyun varlığı, serbest yağ asidinin

2.1. Serbest Yağ Asidi Oranının ve Suyun Etkisi

Atık mutfak yağlarının içeriğinde bulunan yüksek oranda serbest yağ asidi ve su, transesterifikasyon reaksiyonunda her zaman negatif bir etkiye sahiptir. Reaksiyonda suyun varlığı, serbest yağ asidinin

2.3. Katalizör Tipinin Etkisi
Transesterifikasyon reaksiyonu alkaliler, asitler veya enzimler tarafından katalize edilebilir. Genellikle asit katalizör olarak sülfürik, fosforik, hidroklorik ve organik sülfonik asitler; alkali katalizör olarak da NaOH, KOH, karbonatlar ve sodyum metoksit, sodyum etoksit, sodyum proksit gibi alk-oksitler kullanılır. Aynı zamanda lipitler de biyokatalizör olarak kullanılabilirler. Asit katalizörlü transesterifikasyon, alkali katalizörlüden çok daha yavaştır (1, 7).
Genelde rafine edilmiş ve ham yağlarda alkali katalizör kullanılırken, atık mutfak yağlarının transesterifikasyon reaksiyonunda, asidik katalizörlü bir ön iyileştirme yapıldıktan sonra alkali katalizör kullanımı daha uygun görülmüştür. Alkali katalizörlü transesterifikasyon için gliseridler ve alkoller sudan arındırılmış olmalıdır. Çünkü su, reaksiyonu kısmi olarak değiştirerek sabunlaştırır. Katalizör sabun üretiminde harcanır ve katalitik verim azalır. Viskozite ve tortu oluşumunda artış olur, gliserolu ayrıştırmak zorlaşır.
Son zamanlarda, Kusdiana ve Saka (16), süper kritik metanol metoduyla, 350oC, 43 MPa, 240 s ve 1:42 molar oranlı reaksiyonla kanola yağını biyodizele dönüştürerek optimum verimi elde ettiklerini belirtmişlerdir. Reaksiyon sonuçları çizelge 3’de gösterilmektedir.


2.4. Molar Oranın Etkisi

Ester ürünlerini etkileyen en önemli parametrelerden birisi de alkol-trigliserid molar oranıdır. Stokiyometrik transesterifikasyon reaksiyonu, Şekil’1 de gösterildiği gibi, 1 mol gliserid ile 3 mol alkol reaksiyona girerek 3 mol yağ asidi esteri ile 1 mol gliserol oluşturur. Yüksek molar oranlı reaksiyonlarda çok daha kısa sürede daha yüksek oranda ester dönüşümü gerçekleşmektedir. Tomasevic ve Siler-Marinkovic (17), kızartma yağından biyodizel üretimi ile ilgili yaptıkları çalışmada molar oranın ve katalizörün ester dönüşümü üzerine etkisini incelediler. Katalizör olarak %1,5; %1; %0,5 kütlesel oranlarında NaOH ve KOH, 4,5:1, 6:1, 9:1 molar oranlarında 25oC’de ve 30 dak. süresince ester dönüşümünü incelediler. Bu çalışmanın sonucunda molar oranın reaksiyon üzerine etkisinin katalizörden çok daha fazla olduğu görülmüştür.

2.5. Reaksiyon Sıcaklığının Etkisi

Transesterifikasyon reaksiyonu kullanılan alkol ve yağa bağlı olarak farklı sıcaklıklarda gerçekleşebilir. Genelde reaksiyon alkolün kaynama noktasına yakın bir sıcaklığa getirilir. Oda sıcaklığında da reaksiyon gerçekleşebilmektedir (1, 7, 8). Encinar ve ark., (14 sıcaklığın reaksiyon üzerine etkisini incelediler. Reaksiyonu %1 kütlesel oranda NaMeO, %15 oranda Metanol kullanarak, aynı reaksiyon süresinde ve sırasıyla 25, 40, 55 ve 60oC’de gerçekleştirdiler. Sonuçta ester dönüşümü sırasıyla %86, 90, 93, 94 oranında değişti. Eldeedilen sonuç, alkolün kaynama noktası ile sınırlı olmakla birlikte, alkolün kaynama derecesi arttıkça dönüşüm oranında da bir artış olduğunu buldular.

2.6. Reaksiyon Süresinin Etkisi

Ester dönüşümü reaksiyon süresinin uzamasıyla artmaktadır. Canakci ve Van Gerpen (18), bir pilot ünite kurarak yüksek oranda serbest yağ asidi içeren yağların, biyodizel yakıtına dönüşümünde etki eden faktörleri inceledi. Oda sıcaklığında metil alkollü potasyum hidroksit (%1) çözeltisi hazırlayarak, 6:1 molar oranında ve 8 saatte transesterifikasyon reaksiyonu gerçekleştirerek gliserin oranındaki değişimi gözlediler. 8 saatlik test süresinin her saatinde karışımından numune alarak gliserin oranını belirlediler. Buldukları gliserinin zamanla değişimi oranı çizelge 4’de verilmiştir. Ester dönüşümü arttıkça gliserin oranın azaldığını tespit etile
  Alıntı ile Cevapla
Alt 24-01-2007, 14:34   #3
imparator
Guest
 
imparator - ait Kullanıcı Resmi (Avatar)
 

3. ATIK MUTFAK YAĞLARINDAN TÜRETİLEN BİYODİZELİN KARAKTERİSTİKLERİ

Biyodizelin bazı özellikleri ile 2 numaralı dizel yakıtı Çizelge 5’de karşılaştırılmıştır. Metil esterlerin karakteristik özellikleri genellikle 2 numaralı dizel yakıtına çok benzerdir. Alt ısıl değerleri 2 numaralı dizel yakıtına göre daha düşüktür. Fakat setan sayısı ve alevlenme noktası daha yüksektir. Transesterifikasyon reaksiyonu ile viskozite değerleri dizel değerine çok yakın hale gelmektedir. Aynı şekilde yoğunluk değerleri de 2 numaralı dizel yakıtına yaklaşır. Bu da motorda herhangi bir değişiklik yapılmadan kullanılabilme yolunu açmaktadır (3, 19

Metil esterlerin doymamışlık derecesine bağlı olarak Karbon/Hidrojen oranı 2 numaralı dizel yakıtına göre biraz daha farklıdır. Elemansal analizde en önemli fark biyodizelin %10-12 kütlesel oranındaki oksijen içeriğidir. Bu oran yakıtça zengin bölgedeki yanma olayında oksijen ihtiyacının sağlanmasına olanak vererek, partikül emisyonlarını azaltırken enerji yoğunluğunu da %10 oranında azaltır. Fakat nedeni pek açık olmamakla beraber NOx emisyonları %10 oranında arttığı görülmüştür. Literatürde bazı deneysel çalışmalarda partikül emisyonlarındaki bu azalış %70 kadar ulaşır. Karbondioksit (CO) emisyonları genelde partikül emisyonları ile ilişkilidir. CO emisyonlarında da 2 numaralı dizel yakıtına göre %40-45 kütlesel oranında bir azalma görülmüştür. Hidrokarbon (HC) emisyonlarında da %20-25 kütlesel oranında bir azalma olduğu görülmüştür. Dizel yakıtındaki sülfür yakıtın önemli problemlerindendir. Bilindiği gibi egzoz borusundaki sülfür oksit hidrojenle reaksiyona girerek sülfürik asidi oluşturur ve asit yağmurlarına sebep verir. Elemansal analiz incelediğinde biyodizelin hemen hemen hiç sülfür içermediği görülmektedir. Petrol kökenli yakıtlar %20-40 hacimsel oranında aromatik bileşiklerden oluşur. Bilindiği gibi aromatikler partikül emisyonlarını ve NOX emisyonlarını arttırır. Biyodizel hiç aromatik bileşik içermez. Dizel yakıtı da hiç olefinik bağ içermez iken biyodizel ise önemli sayıda olefinik bağlardan oluşur (7, 18, 20, 21).

4. SONUÇ VE DEĞERLENDİRME

Atık mutfak yağlarının toplanarak biyodizele dönüştürülmesi ile bu yağların çevresel olmayan yollarla imhasının önlenmesi, atık bir enerji kaynağının tekrar hayata geçirilmesi ve dizel motorunda herhangi bir değişiklik gerçekleştirilmeden kullanılabilmesi gibi avantajlar, biyodizel üretiminin önünü açmıştır. Atık mutfak yağları yüksek oranda serbest yağ asidi ve su içerir. Bundan dolayı direk alkali katalizörlü reaksiyon kullanımı sabunlaşmaya neden olur ve katalizörün etkinliğini azaltır. Biyodizel bir çok farklı metot kullanarak üretilebilir. Bunlar içerisinde transesterifikasyon en çok kullanılan metottur. Atık bitkisel yağların analizi sonucunda, kullanılmamış bitkisel yağlar arasında önemli bir fark olmadığı görülmüştür. Bir çok durumda, ısıtma ve katı parçacıkları filtreleme, transesterifikasyona geçişte yeterlidir. Avrupa ve Amerika’daki yakıt istasyonlarında motorine %20 oranında biyodizel katılması ile ülke enerji kaynağı büyük bir potansiyel elde etmiştir. Türkiye gibi ülkelerde biyodizelin dizel yakıtına katkı olarak kullanılması, düşünülmesi gereken bir gerçektir.
  Alıntı ile Cevapla
Cevapla

Bu konuyu arkadaşlarınızla paylaşın


Konuyu Toplam 1 Üye okuyor. (0 Kayıtlı üye ve 1 Misafir)
 
Seçenekler
Stil

Yetkileriniz
You may not post new threads
You may not post replies
You may not post attachments
You may not edit your posts

BB code is Açık
Smileler Açık
[IMG] Kodları Açık
HTML-KodlarıKapalı
Trackbacks are Açık
Pingbacks are Açık
Refbacks are Açık




Türkiye`de Saat: 16:20 .

Powered by vBulletin® Copyright ©2000 - 2008, Jelsoft Enterprises Ltd.
SEO by vBSEO 3.3.2

Sitemiz CSS Standartlarına uygundur. Sitemiz XHTML Standartlarına uygundur

Oracle DBA | Kadife | Oracle Danışmanlık



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 526 527 528 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543 544 545 546 547 548 549 550 551 552 553 554 555 556 557 558 559 560 561 562 563 564 565 566 567 568 569 570 571 572 573 574 575 576 577 578 579 580