BİYODİZEL. Alternatif Bir Enerji Kaynağı. Prof. Dr. Halis Ölmez Ondokuzmayıs Üniversitesi

Transkript

1 Alternatif Bir Enerji Kaynağı BİYODİZEL Prof. Dr. Halis Ölmez Ondokuzmayıs Üniversitesi Giriş Çevre bilincinin artması ve petrol kökenli yakıtların rezervlerindeki azalma nedeni ile yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelik çalışmalar bütün dünyada hız kazanmıştır. Biyodizel, biyobenzin (etanol) ve biyokütle (odun, tezek gibi) gibi biyoyakıtlar yenilenebilir, geri dönüşümlü ve çevreyi kirletmeyen enerji kaynaklarıdır. Üretim teknolojisinin kolaylığı, dizel motorlu araçlarda mevcut yakıt sistemlerinin değiştirilmesine gerek duyulmaması, çevre dostu olması ve benzeri özellikleri ile Biyodizel = Biyomotorin, tüm yenilenebilir enerji kaynakları içinde öncelikli öneme sahiptir yılı başından itibaren AB ülkelerinde uygulanacak olan % 2 zorunlu kullanım koşulu, Ülkemizde üniversitelerin yanı sıra özel sektörün de konuya ilişkin çalışmalar yapmasını teşvik etmiştir. Biyodizel, sıvı fosil yakıtlar içerisinde motorinin yerini alabilecek en önemli yenilenebilir enerji kaynağıdır. Biyodizel birçok doğal bitkisel ve hayvansal kökenli yağlardan elde edilebilmektedir. Avrupa da kolza (kanola) bitkisinden elde edilen kolza yağı oldukça önemli bir biyodizel üretim hammaddesidir. Bunun dışında özellikle ayçiçeği yağı, soya yağı, pamuk yağı ve kullanılmış bitkisel yağlar da bu amaçla kullanılabilmektedir. Yüksek viskoziteleri (akışkanlığın tersi) ve diğer bazı fiziksel ve kimyasal özellikleri itibarıyla bitkisel yağların herhangi bir ön sürece tabi tutulmadan dizel motorlarda doğrudan yakıt olarak kullanılmaları mümkün değildir. Bu yağların yakıt olarak kullanılabilmeleri için, bazı fiziksel ve kimyasal yöntemlerle olumsuz olan özelliklerinin (özellikle viskozitelerinin) iyileştirilmesi gerekmektedir. Bu yöntemlerin başında, ester değişimi (transesterifikasyon) adı verilen ve bitkisel yağ asidi gliserin esterlerinin (bitkisel yağların), metanol veya etanol gibi basit alkollerle belirli koşullar altında reaksiyona girmesi sonucunda, düşük viskoziteli yeni alkil (metil veya etil) esterler (biyodizel) elde edilmesi gelmektedir. Böylece bitkisel yağların viskozitelerinin yaklaşık 70 mm²/s'den, dizel yakıt eşdeğeri olan 4,5 mm²/s'ye düşürülmesi mümkün olmaktadır. Biyodizel yakıtların gerek çevresel gerekse ekonomik anlamda oldukça önemli faydaları vardır. Özet olarak bu faydalar; Yurt dışı kaynaklı petrol türevi yakıtlara bağımlılığın azalması,

2 Fosil yakıtların sebep olduğu ve atmosferimizde küresel ısınma etkisine yol açan karbondioksit vb zararlı gazların yayılımının (emisyonunun), kullanılan karışım oranına göre % 20 ile % 80 arasında bir oranda azaltılabilmesine imkan vermesi, Çevre kirliliğine neden olan etmenlerin (karbon monoksit, hidrokarbonlar, kükürt oksitler, azot oksitler v.b.) azaltılmasıyla insan sağlığını tehdit eden risklerin düşürülebilmesi, Dışalımla harcanan dövizlerin ülke ekonomisi içerisinde değerlendirilmesi sonucu, ulusal ekonomiler için önemli bir kazanç sağlayabilmesi, olarak tanımlanabilir. Türkiye'nin yıllık enerji dış alım maliyeti 20 milyar doları aşmakta, bunun 8,6 milyar dolarını petrol, 5,5 milyar dolarını ise doğalgaz oluşturmaktadır. Ülkemizde yılda 14 milyon ton civarında motorin tüketilmektedir. Birçok gelişmiş ülkede, biyolojik kökenli yakıtların fosil yakıtlara önemli bir alternatif olduğu görülmüş ve bu ülkelerin kısa, orta ve uzun vadeli enerji politikalarında yer almıştır. ABD'de, 2000 yılının sonunda fosil yakıtların en az % 10'unun fosil kökenli olmayan alternatif yakıtlardan oluşması ve bu % 10'un da en az yarısının kendi öz kaynaklarından elde edilmesi, 2010 yılına ulaşıldığında ise, bu ikame oranının % 30'u bulması hedeflenmiştir. Almanya, Fransa, İtalya, Avusturya gibi gelişmiş ülkelerde, bazı taşıma şirketleri biyodizel kullanmaktadır. Diğer ülkelere oranla, Ülkemizde biyodizel gibi biyolojik kökenli yerli yakıtlar, petrol menşeli ithal fosil yakıtlara daha ciddi ve önemli bir alternatif oluşturmaktadır. Biyodizel Nedir? Biyodizel, kolza (kanola), ayçiçek, soya, aspir gibi yağlı tohum bitkilerinden elde edilen bitkisel yağların, hayvansal yağların, atık evsel kızartma yağlarının bir katalizör eşliğinde kısa zincirli bir alkol ile reaksiyonu sonucu oluşan yağ asitleri alkil esteri kimyasal yapılı bir üründür. Biyodizel petrol içermez; fakat saf olarak veya her oranda petrol kökenli dizelle karıştırılarak yakıt olarak kullanılabilir. Biyodizel, dizel ile karışım oranlarına göre aşağıdaki gibi adlandırılmaktadır: B5 : % 5 Biyodizel + % 95 Dizel B20 : % 20 Biyodizel + % 80 Dizel B50 : % 50 Biyodizel + % 50 Dizel B100 : % 100 Biyodizel Gerek ekonomik ve gerekse çevre kirliliğinin önlenmesi açısından en uygun karışım oranı % 20 - % 30 arasında değişir.

3 Biyodizelin Teknik Özellikleri Tablo 1'de biyodizel ile dizelin yakıt özellikleri karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Tablo 1 değerleri incelendiğinde her iki yakıt arasında büyük farklılıklar olmadığı görülür. Biyodizelin alevlenme noktası, dizelden daha yüksektir (>110 C). Bu özellik biyodizelin kullanım, taşınım ve depolanmasında daha güvenli bir yakıt olmasını sağlar. Biyodizel petrol kaynaklı dizel ile her oranda tam olarak karıştırılabilir ve petrol kaynaklı dizelin kalitesi yükseltilir. Sözgelimi, yanma sonucu oluşan çevreye zararlı gazların yayılım oranları düşürülür, motordaki yağlanma derecesi artırılır ve motor gücünü azaltan birikintiler çözülmüş olur. Biyodizelin setan sayısı dizelin setan sayısından daha yüksek olduğundan motor daha az vuruntulu çalışır. Ayrıca yakıt istasyonları ve araç tamirhanelerinde herhangi bir değişikliğe gerek yoktur. Tablo 1. Biyodizel ve Dizelin Yakıt Özelliklerinin Karşılaştırılması Yakıt Özellikleri Birim Sınır Değeri, Min.- maks. Biyodizel Dizel Kapalı Formülü C 19 H 35,2 O 2 C 12,226 H 23,29 S 0,0575 Molekül Ağırlığı g/mol Alt Isıl Değeri Kütlesel Hacimsel MJ/kg MJ/L 37,1 32,6 42,7 35,5 Özgül Ağırlığı, 15 C kg/l 0,875-0,90 0,87-0,88 0,82-0,86 Kinematik Vizkositesi (40 C) mm 2 /s 2-4,5 4,3 2,5-3,5 Alevlenme Noktası C >100 >55 Kükürt İçeriği % Kütlesel..-0,05 <0,01 <0,05 Tutuşma Katsayısı Setan Sayısı > Kül Miktarı % Kütlesel..-0,01 <0,01 <0,01 Su Miktarı mg/kg <300 <200 Biyodizel Üretimi Biyodizel üretiminin çeşitli metotları olmakla birlikte günümüzde en yaygın olarak kullanılanı ester değişim metodudur. Bu yöntemde yağ asitlerinin gliserin esteri olan yağlar bazik bir katalizör (genellikle NaOH) eşliğinde hidroliz edilir ve ele geçen yağ asitleri küçük moleküllü alkollerle (metanol, etanol vb.) tekrar esterleştirilerek yağ asitleri alkil (genellikle metil) esteri (biyodizel) elde edilir. Bu yöntem ile biyodizel üretiminde aşağıdaki işlem basamakları takip edilmektedir:

4 1. Alkol ve katalizörün karıştırılması: Katalizör tipik olarak sodyum hidroksit (kostik soda) veya potasyum hidroksittir. Katalizör standart bir karıştırıcı ve mikser kullanılarak alkol içerisinde çözülür. 2. Reaksiyon: Alkol/katalizör karışımı kapalı reaksiyon kabı içerisine doldurulur ve bitkisel veya hayvansal yağ ilave edilir. Daha sonra alkol kaybını önlemek amacıyla sistem tamamen atmosfere kapatılır. Reaksiyon karışımı, reaksiyonu hızlandırmak amacıyla belli bir sıcaklıkta (50 o C civarında) tutulur ve reaksiyon 1 ile 8 saat arasında gerçekleşir. Hayvansal veya bitkisel yağların alkil esterlerine tamamen dönüştürülmesinden emin olunmasını sağlamak için alkolün bir miktar aşırısı kullanılır. 3. Ayırma: Reaksiyon tamamlandıktan sonra ele geçen iki ana ürün gliserin ve biyodizeldir. Her biri reaksiyonda kullanılandan arta kalan miktarda alkol içerir. Gerek görülürse bazen reaksiyon karışımı bu basamakta uygun bir asitle nötralleştirilir. Gliserin fazının yoğunluğu, biyodizel fazınınkinden daha fazla olduğundan bu iki faz dinlenmeyle ayrılır ve gliserin fazı çöktürme kabının dibinden kolayca çekilebilir. Bazı durumlarda bu iki malzemeyi daha hızlı ayırmak amacıyla santrifüj de kullanılır. 4. Alkolün uzaklaştırılması: Gliserin ve biyomotorin fazları ayrıldıktan sonra her bir fazdaki fazla alkol bir flaş buharlaştırma veya damıtma işlemi ile uzaklaştırılır ve reaksiyon karışımı nötralleştirilir. Gliserin ve ester fazları ayrılır. Her iki durumda da alkol geri kazanılır ve tekrar kullanılır. Geri kazanılan alkol içerisinde su bulunmamalıdır. 5. Gliserin nötralizasyonu: Katalizör kalıntıları ve sabunlar içeren gliserin yan ürünü ham gliserin olarak depolanmak üzere depolama tankına gönderilir. Su ve alkol, % saflıkta ham gliserin elde etmek amacıyla uzaklaştırılır. İstenirse % 99 veya daha yüksek saflıkta gliserin elde edilerek kozmetik ve ilaç sektörüne satılır. 6. Metil ester yıkama işlemi: Gliserinden ayrıldıktan sonra biyomotorin, kalıntı katalizör ve sabunları uzaklaştırmak amacıyla ılık suyla yavaşça yıkanır, suyu uzaklaştırılır ve depolamaya gönderilir. Sonuç olarak, açık amber-sarı renkte, petrodizele yakın viskoziteli biyodizel elde edilmiş olur. Şekil 1 de Elektrik İşleri Etüt İdaresi (EİE) Genel Müdürlüğü nün önerdiği biyodizel üretim şeması ve Şekil 2 de de EİE biyodizel üretim tesisi görülmektedir.

5 Şekil 1. EİE Biyodizel Üretim Şeması Şekil 2. EİE Biyodizel Üretim Tesisi Biyodizelin Çevresel Özellikleri Sera gazları içinde büyük bir pay sahibi olan ve yanma sonucu ortaya çıkan CO 2, dünyanın en önemli çevre sorunu olan küresel ısınmaya yol açar. Yine yanmayla açığa çıkan ve sera gazları arasında yer alan CO, SO x, NO x gazları insan sağlığına da zararlıdır. Biyodizel motorlarda yakıldığında diğer karbonlu yakıtlarda olduğu gibi CO 2 gazı oluşur ve atmosfere salınır. Ancak biyodizelin elde edildiği tarımsal bitkiler, biyolojik karbon döngüsü içinde, fotosentez ile atmosferdeki CO 2 'i kullanarak tekrar karbon döngüsüne kattığı için, biyodizel

6 kaynaklı CO 2 sera etkisini artırıcı yönde etki etmez. Ayrıca biyodizelin yakılması sonucu motorlardan salınan CO, SO x, toz ve yanmamış hidrokarbonlar daha azdır. Biyodizelin yakılması ile oluşan NO x miktarı dizel yakıta göre % 13 oranına kadar artar. Ancak asit yağmurlarına neden olan kükürt oksitler (SO x ) yok denecek kadar azdır. CO oranı da dizel yakıtların yanması sonucu oluşan CO'den % 50 daha düşüktür. Ozon tabakasına olan olumsuz etkilerin, biyodizel kullanımında dizel yakıta nazaran % 50 daha az olduğu söylenebilir. Ayrıca, biyodizelin sudaki canlılara karşı herhangi bir toksik etkisi de yoktur. Buna karşılık 1 litre ham petrol, 1 milyon litre içme suyunun kirlenmesine neden olabilmektedir. Biyodizelin Toplumsal Faydaları Biyodizelin, daha temiz yanma ürünleri nedeniyle sürdürülebilir bir gelecek ve sağlıklı bir kalkınma için katkısı büyüktür. Yabancı kaynaklı petrole bağımlılığı azaltması nedeniyle ekonomik ve stratejik katkı sağlar. Biyodizel kırsal kesimin sosyo-ekonomik yapısını iyileştirir. Göçün önlenmesine katkıda bulunur. İş imkanları ortaya çıkar, yan sanayinin gelişimini sağlar, ekonomide katma değer oluşturur. Biyodizel, sanayi ölçekli modern tesislerde üretilebildiği gibi küçük ölçekli evsel üretim tesislerinde de üretilebilmektedir. Biyodizel, ulaştırma sektöründe dizel yakıtı yerine kullanıldığı gibi konut ve sanayi sektörlerinde fuel-oil yerine de kullanılabilir. Yani biyodizelin jeneratör yakıtı ve kalorifer yakıtı olarak da değerlendirilmesi mümkündür. Biyodizelinin sahip olduğu özellikler, bu alternatif yakıtın dizel motorları dışında da yakıt olarak kullanımına imkan vermektedir. Biyodizel bu nedenle, "acil durum yakıtı" ve "askeri stratejik yakıt" şeklinde de adlandırılabilir. Kükürt içermeyen biyodizel, seralar için mükemmel bir yakıt olabilir. Kısacası biyodizel çok soğuk olmayan bölgelerimizde dizelin kullanıldığı her alanda kullanılabilecek bir yakıttır. Biyodizel ve Türkiye Ülkemizde ilk biyodizel denemeleri Atatürk tarafından Atatürk Orman Çiftliğinde 5000 dekar tarımsal arazide tarla sürdürülerek yaptırılmıştır yılında Bursa da küçük bir işletmede ticari üretim başlamış, bugünlerde ise İstanbul Tuzla, Pendik, Bursa, Ankara, Aksaray, Mersin, Tarsus, Gaziantep, Nizip, Batman ve Urfa da olmak üzere irili ufaklı 144 kadar üretim tesisine ve 1,5 milyon tonluk üretim kapasitesine ulaşılmıştır. Türkiye'de biyodizele 2000 yılından beri ticari girişimcilerde, medyada ve devlet kurumlarında artan bir ilgi mevcut olduğundan popüler bir konuma ulaşmıştır. Bu kapsamda, Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı EİEİ bünyesinde Biyoenerji Proje Grubu oluşturulmuş, 2003'te pilot ölçekte

7 biyodizel üretim sistemi ve laboratuvarı hizmete alınmış ve enerji amaçlı aspir- kanola tarımı deneme üretimi başlatılmıştır. Tarım ve Köy İşleri Bakanlığı'nda Yağlı Tohum Bitkileri İçin Sözleşmeli Tarım Modeli Uygulaması ve kanola ekiminin arttırılması, Sanayi ve Ticaret Bakanlığı'nda da Yağlı Tohum Bitkilerinin Alternatif Alanlarda Değerlendirilmesi çalışmaları da sürdürülmüştür. Biyodizel, 20 Aralık 2003 tarih ve Sayılı T.C. Resmi Gazete'de yayımlanarak yürürlüğe giren 5015 Sayılı Petrol Piyasası Kanunu nda yer almış, 17 Haziran 2004 tarihli, sayılı Resmi Gazete'de yayınlanan Petrol Piyasası Lisans Yönetmeliği nde akaryakıt olarak tanımlanmış ve 10 Eylül 2004 tarihli ve Sayılı Resmi Gazete'de yayımlanan Petrol Piyasasına Uygulanacak Teknik Kriterler Hakkında Yönetmelik de ise, biyodizelin üretiminde rafinerici lisansı alma zorunluluğu olmadığı belirtilmiştir. Ancak 2006 Nisan ayı başında Resmi Gazete'de yayımlanan, Gelir Vergisi Kanunu ve Amme Alacaklarının Tahsil Usulü Hakkında Kanun'da Değişiklik Yapan Kanun ile biyodizele litre başına 0,6498 YTL tutarında ÖTV konmuş, bu verginin uygulanması konusunda, sıfıra kadar indirme, bir katına kadar artırma yönünde Bakanlar Kurulu'na yetki tanınmıştır. Dünya Bankası ile TC 57. Hükümeti tarafından imzalanan "Tarımsal Reform ve Uygulama Projesi"ne göre, Reform programının amaçları, mevcut destekleme politikalarını ortadan kaldırarak doğrudan gelir desteğine geçmek, alternatif ürün projesi ile arz fazlası olan tütün ve fındık üreticilerinin faaliyet alanlarının, arz açığı olan ürünlere kaydırılmasını sağlamaktır. Bu kapsamda biyodizel üretiminde hammadde olarak kullanılabilecek bitkilerle ilgili olarak, fındık ocağını söken ve tütün üretiminden vazgeçen üreticilere, bu alanda üretmek istedikleri ürünlerin girdilerini ve alternatif ürün üretmeleri nedeniyle uğrayacakları maddi kayıplarını karşılamak üzere destek verilmesi planlanmıştır. Fındık ocağını söken çiftçilere alternatif olarak ise; tek yıllık bitkilerden ayçiçeği, mısır, silajlık mısır, açıkta sebze, örtü altı sebze, soya fasulyesi, kolza (kanola), fiğ, çok yıllık bitki olarak da; üzümsü meyve, çilek, kivi, yonca, kuşburnu, süs çalıları, sarmısak, aromatik ve tıbbi bitkiler, yörenin ekolojik ve iklimsel özelliklerine göre önerilmektedir. Fiyat Gelişimi Biyodizel üretim maliyeti yüksek olan bir yakıttır. Yağlı bitki tohumundan üretim yapan tesislerde biyodizel maliyetindeki en büyük pay (% 85) soya, kanola ve aspir tohumlarına aittir. Atık yağı hammadde olarak kullanan işletmelerde üretim maliyeti göreceli olarak daha azdır. Biyodizelde KDV oranı % 18 dir. Üretim maliyetini düşüren unsurlar, üretim sırasında elde edilen yan ürünlerin (küspe ve gliserin) değerlendirilmesidir. Özellikle gliserin biyodizel

8 üretim maliyetini belirleyen ve tesisin mali faydasını direkt olarak etkileyen bir yan üründür. Yan ürün olarak elde edilen gliserin sabun ve kozmetik sanayinde değerlendirilebildiği gibi saflaştırılarak ilaç sektöründe de kullanılabilmektedir. Gliserinin saflaştırılarak pazarlanması işletmenin kar payını artırır. Gliserin fiyatının yarıya düşmesi nedeniyle ekonomikliğini yitiren ve kapatılan biyodizel tesislerine de rastlanmaktadır. Gelişmiş ülkelerin pek çoğunda vergi indirimleriyle kullanımı ve üretimi teşvik edilen biyodizel, çevre bilinci gelişmiş ülkelerde teşviksiz de kullanılabilmektedir. Amerika'nın bazı eyaletlerinde, fiyatının dizele göre pahalı olmasına rağmen bilinçli tüketici tarafından kullanılmaktadır. Ancak Türkiye gibi ekonomik sorunları bulunan bir ülkede biyodizel, petrodizelden daha düşük fiyata satılması durumunda yakıt piyasasında kendine yer bulabilir ve kullanımı yaygınlaşabilir. Bunun yanı sıra ısıl değerinin dizel yakıta nazaran daha düşük olması (Tablo 1) nedeniyle, tüketici haklarının korunarak biyodizelin petrodizele göre en az % 8,2 oranında daha düşük fiyata satılması gereklidir. Bu oranının üzerindeki değerler biyodizel kullanımı teşvik eden değerler anlamını taşır. Ülkemizde yağlı bitkilerin tarımı ayçiçeği üzerine yoğunlaşmıştır. Buna alternatif olarak kanola bitkisine gerekli önem acilen verilmelidir. Kanola bitkisi yüksek verim, yağ kalitesi, yüksek yağ oranı (ort. % 42), tarım kolaylığı ve küspesi acısından önemlidir. Aspir bitkisinden elde edilen biyodizelin kalitesi çok iyidir ve bu bitki kıraç ve verimsiz arazilerin yegane bitkisidir. Bu nedenlerle aspir üretiminin de özendirilmesi gerekir. Pamuk yağı da ülkemiz için önemli bir biyodizel hammaddesidir. Sonuç ve Öneriler Şu an itibariyle dünyada 21'i aşkın ülkede biyodizel üretilmektedir. Üretim grafiklerinin hızla yükselmesi, biyodizelin enerji sektöründe en popüler sektör haline geleceğini göstermektedir. Dizel yakıta alternatif olarak sunulan biyodizel, Kyoto protokolüne göre AB ülkelerinde 2005 yılından itibaren % 2, 2010 yılından itibaren ise % 10 oranda zorunlu olarak kullanılacaktır. Türkiye de dizel yakıt tüketimi yıllık 14 milyon tonun üzerindedir. Buna göre minimum tüketim oranlarında dahi biyodizel kullanımı büyük miktarlara ulaşacaktır. Petrol tüketimimizin ancak % 15 kadarının yerli üretimle karşılanabildiği, dünya ham petrol fiyatlarının varil başına 70 dolar seviyesine çıktığı, ham petrol kaynaklarının yıl sonra tükenebileceği ve AB ülkelerinin giderek artacak biyodizel taleplerinin karşılanması gereği dikkate alındığında, yeni tarım politikaları geliştirilerek yağlık bitki ve biyodizel üretiminin desteklenmesi mecburiyeti açıkça görülmektedir. Bu kadar stratejik önemi olan Biyodizelin ekonomik olarak üretilebilmesi için doğrudan devlet desteğine ihtiyacı vardır. Öncelikle

9 yatırım teşvikleri, vergi indirimleri ve ucuz hammadde temini gerekmektedir. Ülkemizde ancak sınırlı sayıda firmada düşük kapasitelerle üretilen biyodizelin daha geniş kitlelere hitap edebilmesinin, mümkün olduğunca hızlı bir şekilde tarımsal kooperatif ve birliklerine yaygınlaştırılmasının, ilgili standartlar çıkartılarak kaliteli üretiminin, iç tüketim artışının ve ihracatının sağlanması zorunludur. Özellikle büyük şehirlerdeki toplu taşıma araçlarında, deniz ulaşımında, doğal dengeyi koruyan ormanlık alanlarda ve kapalı su havzalarında biyodizel kullanımı özendirilmelidir. Çevre, tarım ve enerji politikalarını destekleyen, dışa bağımlılığı azaltan, ekonomik fayda sağlayan biyodizelin üretimine hak ettiği önemin verilmesinde geç kalınmamalıdır. Yararlanılan Kaynaklar 1. EİEİ web sayfası, 2. Biyodizel Yakıtın Uluslararası Standartlarda Üretimi, A. Akyarlı ve ark., Bioenerji 2004 Sempozyumu İzmir. Kanola Bitkisi Ayçiçeği Çiçek Devresinde Kanola Kanola Tohumu

10 Biyodizel