TOBB EKONOMİ ve TEKNOLOJİ ÜNİVERSİTESİ. 6 NİSAN 2007-ANKARA PROF.DR.HÜSEYİN ÖĞÜT SELÇUK ÜNİVERSİTESİ biyodizel@selcuk.edu.tr

Transkript

1 TOBB EKONOMİ ve TEKNOLOJİ ÜNİVERSİTESİ 6 NİSAN 2007-ANKARA PROF.DR.HÜSEYİN ÖĞÜT SELÇUK ÜNİVERSİTESİ biyodizel@selcuk.edu.tr

2 MOTOR YAKITLARI Geleneksel motor yakıtlarının arzı ve kullanımında yaşanan sorunlar yakıtların: Yerli ve yenilenebilir, Çevre dostu, Fiyat açısından geleneksel yakıtlarla rekabet edebilir, Enerji değeri geleneksel yakıtlara yakın, Mevcut yakıt dağıtım altyapısı ve yakıt donanımıyla uyumlu olmasını gerektirmektedir. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

3 BİYOYAKITLAR VE MOTOR Biyoyakıtların motorlarda kullanımıyla ilgili iki yaklaşım söz konusudur: 1. Motorun yakıta uydurulması: a. Araca kit takılması 2. Yakıtın motora uydurulması: a. Biyolojik yağdan Biyodizel üretimi, b. Alkolde saflığın % 99 un üzerine çıkarılması, c. Biyogazın saflaştırılması. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

4 TÜRKİYE DE BİYOKÜTLE ve BİYOYAKIT POTANSİYELİ Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı; Türkiye nin Biyokütle potansiyeli 15 milyon ton, Kullanılan miktar 6 milyon ton, Biyoyakıt üretimi için kullanılan 2 milyon ton, Üretim kapasiteleri yıllık; Biyodizel için 1,5 milyon ton, Biyoetanol için 3 milyon ton ve Biyogaz üretim potansiyeli 1,5-2 milyon ton olarak belirtmektedir. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

5 TÜRKİYE BİYOYAKIT TEDARİK K ZİNCZ NCİRİ ABD Brezilya AB Almanya TÜRKİYE : E10 : E25 : E5-B5 : B10 : B2-E2 HAMMADDE BİYOYAKIT ÜRETİMİ B100 B2,E2 Dağıtıcı Kuruluş Petrol istasyonu B2,E2 TÜKETİCİ Almanya, Brezilya ve diğer bazı ülkelerde Tarım gibi bazı kesimlerin SAF BİYOYAKIT kullanımına imkan sağlanmaktadır. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

6 MOTORA ETKİLER EMİSYON GÜÇ MOTOR MALZEME UYUMU YAĞLAMA YAĞI PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

7 PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

8 YAKIT ETANOLÜNÜN ÖZELLİKLERİ Yakıt Tipi Benzin Biyoetanol Özgül ağırlık, 15ºC (g/cm 3 ) 0,720-0,780 0,791 Kinematik viskozite, 40ºC (mm 2 /s) 0,8 1,13 Stokiyometrik Hava/Yakıt Oranı 14,5 9,0 Parlama Noktası (ºC) Oktan Sayısı (araştırma) Oktan Sayısı (motor) Buharlaşma Gizli Isısı (kj/kg) Isıl Değer (MJ/kg) 43,5 27 Kaynak:Türkiye Şeker Fabrikaları PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

9 BİYOETANOL ve OKTAN SAYISI OKTAN SAYISI ; Vuruntuya karşı direncin ölçüsü olarak tanımlanır. Vuruntu; yanmanın tamamlanamamasına ve motor parçalarında yorulmalara neden olur. Benzine % 10 Biyoetanol ilave edildiği zaman OKTAN SAYISI 2 birim artmaktadır. Bu nedenle Biyoetanol; OKTAN SAYISI ARTIRICI olarak tanımlanır. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

10 BİYOETANOLDA TORK VE ÖZGÜL YAKIT TÜKETİMİ (2000 d/d) TORK (Nm) ÖZGÜL YAKIT TÜKETİMİ (g(kwh) SIKIŞTIRMA ORANI Kaynak:Yücesu ve Ark. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

11 HAVA-YAKIT KARIŞIMI İdeal Hava-Yakıt Oranı benzin için 14,6:1 olarak bilinmektedir. Biyoetanolün oksijen içeriği benzine göre daha fazla olduğu için hava yakıt oranı örneğin E22 için 12,7:1 olmaktadır. Bu durum; Biyoetanolün kullanan motorların saf benzine göre daha az hava harcaması sonucunu doğurmaktadır. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

12 YAKIT FİLTRESİ Biyoetanol; aracın deposundaki ve yakıt hattındaki kalıntıları çözer. Bu nedenle, biyoetanol kullanımında yakıt filtresini daha kısa aralıklarda değiştirmek gerekebilir. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

13 İLK ÇALIŞTIRMA Biyoetanolün Buharlaşma Gizli Isısı Benzinden daha fazladır. Biyoetanol karışımlarının soğuk havalarda çalışma kabiliyeti daha zayıftır. Bu nedenle akü ve marş kapasitesinin yükseltilmesine ihtiyaç duyulabilir. Biyoetanol karışımı kullanan araçlarda soğuk havalarda ilk çalıştırmalarda kullanmak üzere saf benzin deposuna ihtiyaç duyulabilir. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

14 MALZEME UYUMU Biyoetanol; bazı plastik, kauçuk ve elastomerleri bozabilmektedir. Biyoetanol; alüminyum, pirinç,çinko ve kurşun gibi metalik malzemede korozyona yol açmakta ve sonuçta; ateşleme ve yakıt donanımı zarar görmektedir. Benzin içersindeki biyoetanol miktarı (>E10) arttıkça korozyon etkiside hızla artmaktadır. Bu sorunu gidermek için biyoetanolle uyumlu olan teflon ve flor kaplanmış elastomerler (Viton) malzemeler kullanılmalıdır. Yine korozyonu engellemek için yakıt yakıt filtrelerinde paslanmaz çelik malzeme kullanılmalıdır. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

15 MOTOR GARANTİSİ Motor garantisi açısından izin verilen maksimum karışım oranları (Hacimsel) İngiltere de % 5 A.B.D. % 10 olarak verilmektedir. Araç üreticileri daha yüksek karışım oranlarında garantinin geçerli olamayacağını kullanıcılara bildirmektedirler. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

16 İYOETANOLÜN HARMANLANMASI Ülkemizde sadece Petrol Ofisi biyoetanol harmanlaması yapmaktadır. BİOBENZİN adıyla Petrol Ofisi istasyonlarında satılan bu benzin türünde %2 biyoetanol bulunmaktadır. Harmanlama, benzin yüklü tankerlere Biyoetanolün enjeksiyonu yöntemiyle yapılmaktadır. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

17 ETBE ETBE (Etil tersiyer bütil eter) C 6 H 14 O,»Yoğunluk : 760 kg/m 3,» Kalori değeri : 36 MJ/kg ETBE; biyoetanolün izobütan ile (45%/55% ağırlıkça) katalitik reaksiyonu ile elde edilir, ETBE; uçucu, korozif ve nem çekici olmadığı için biyoetanole göre daha iyi bir katkıdır ve benzine hacimsel olarak % 15 oranında karıştırılır. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

18 PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

19 DOĞRUDAN YAĞ KULLANIMI Bitkisel yağ, direkt püskürtmeli motorlarda kullanıldığında: Yanma odası Piston Supap v.b. kalıntılar meydana gelmektedir. Ayrıca yağın yüksek viskozitesi pompalama ve yanma açısından da sorun oluşturmaktadır. Bunların dışında: Motor yağında seyrelme, Malzeme uyumsuzluğu ve Soğuk akış özelliklerinin kötüleşmesi gibi olumsuzluklar görülmektedir. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

20 BİYODİZEL VE MOTORİN YAKIT BİYODİZEL MOTORİN ÖZELLİK YOĞUNLUK (kg/m 3 ) KİNEMATİK VİSKOZİTE (mm 2 /s) 3,5 5,0 3,0 SETAN SAYISI En az 40 ENERJİ DEĞERİ (MJ/kg) 39,5-40,1 45,9 PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

21 MALZEME UYUMU Biyodizel kauçukla reaksiyona girmektedir. UYUMLU UYUMSUZ Eski araçlarda (1996 öncesi) kauçuk contaların kauçuk olmayan (VITON TM) contalarla değiştirilmesi gerekir. % 5 i aşmayan karışımlarda böyle bir sorun yoktur. Paslanmaz çelik Karbon çeliği Alüminyum Pirinç Bronz Bakır Kurşun Kalay Çinko PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

22 MOTOR PERFORMANSI Motor Devir Sayısı, d/d PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN Güç, kw Dönme Momenti, Nm 2700 Motor Devir Sayısı, d/d BİYODİZEL MOTORİN (Kaynak: Öğüt ve ark. 2004)

23 İLK ÇALIŞTIRMA Biyodizelin yüksek karışım oranlarında ilk çalıştırmada sorun yaşanabilmektedir. Bu durum Biyodizelin soğuk havalarda motorine göre viskozitesinin artmasından (daha kalın hale gelmesinden) kaynaklanmaktadır. Bu sorunu aşmak için; Yüksek Karışım Oranlarında viskoziteyi azaltacak katkı maddeleri kullanılabilmektedir. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

24 YAĞ DEĞİŞİMİ Biyodizelin yüksek karışım oranlarında (B20) motor yağlama yağı değiştirme aralığı kısalır. Motorinde kilometrede olan yağ değişimi Biyodizelde kilometreye kadar inmektedir. Ancak bu biyodizel kullanımı kısıtlayan bir durum olmayıp, dikkat edilmesi gereken bir özelliktir. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

25 FİLTRE DEĞİŞ ĞİŞTİRME Saf Biyodizel (B100), motorinin yakıt deposunun yüzeylerinde ve yakıt iletim hattında oluşturduğu kalıntıları çözer.serbest kalan bu kalıntılar filtreyi tıkar.bu nedenle Saf Biyodizel kullanımından bir gün sonra filtrenin değiştirilmesi gerekir. B20 kullanım şeklinin böyle bir etkisi olduğuna dair bir bulgu yoktur FİLTRE TIKANMASININ BELİRTİLERİ Çekişte azalma Yakıt ekonomisinin bozulması Hararet artışı PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

26 MOTOR AYARI Biyodizelin yüksek karışım oranlarında (B100) motor performansını geliştirmek amacıyla; Püskürtme avansı 2, 3 derece gibi küçük bir değerde artırılır ve aynı zamanda NOx emisyonları azaltılır. Bu işlem şüphesiz konvektöre göre çok daha basit ve ucuz bir işlemdir. Ancak bu ayarda PM ve YT değerlerine dikkat edilmelidir. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

27 BİYODİZELİN YAĞLAYICILIK ÖZELLİĞİ Motorindeki kükürt oranı, çevreci gerekçeler doğrultusunda önce 500 ppm daha sonrada ppm değerine indirilmiştir. Yakıttaki kükürt oranının azaltılması, yakıt tarafından yağlanan enjeksiyon pompasının hareketli parçaları ile enjektörlerde yağlama problemleri ve motor performansının düşmesi gibi olumsuz sonuçları ortaya çıkarmıştır. Mükemmel Yağlayıcılık özelliği olan Biyodizel motorine yağlayıcılık özelliği sağlamada önemli rol oynamaktadır. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

28 MOTORİNİN (10 ppm) ENJEKTÖRDE OLUŞTURDUĞU KALINTILAR Kaynak: PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

29 BİYODİZEL SENSÖRÜ PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

30 BİYOYAKITLI YAKIT KOMBİNASYONLARI E-B-Dizel (Etanol-Biyodizel-Motorin) E-Dizel yada (Dizel-Hol) (Motorin-Etanol) PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

31 E- DİZEL E-Dizel; ASTM D 4806 a göre Bünyesinde % 15 e kadar Biyoetanol bulunduran motorin olarak tanımlanmaktadır. E-Dizel, Dizelhol yada Oksidizel Kuzey Avrupa ülkeleri ve ABD de kullanılan bir yakıttır. E-Dizel in avantajları: Yakıt emisyonlarını azaltarak teknolojik maliyeti düşürür, Motorinin yakıt kalitesini artırır, Motorinin soğuk akış özelliklerini çevreye zarar vermeden iyileştirir. E-Dizel uygulamasının emisyon alanındaki ilk olumlu sonuçları Partikül Madde de görülmekte ve bu değer motorine göre %33-40 oranında azalmaktadır. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

32 (İsveç te Biyogaz Tanıtımı) PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

33 BİYOGAZ ve DOĞAL GAZ BİLEŞİM (%) CH 4 (Metan) CH 4 (Metan) 90 CO 2 (Karbondioksit) H 2 S C 2 H 6 (Etan) 0,05 (Hidrojen sülfür) Propan, NH 3 (Amonyak) N 2 (Azot) Bütan, Pentan, Hegzan ve diğerleri <0,01 H 2 (Hidrojen) 0-5 PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

34 BİYOGAZIN SAFLAŞTIRILMASI VE Biyogaz KALİTESİNİN YÜKSELTİLMESİ Partiküllerden H 2 S (H 2 S değerinin 10 ppm düzeyinde olması önerilmektedir.aksi takdirde motor garantisi söz konusu olmamaktadır) Su gibi maddelerden arındırılarak saflaştırılır. Biyogazdaki; CO 2 ayrılır ve Metan miktarı hacimce % 97 ye ulaşır. Gazın kalorisi yükseltilir, Koku eklenir, Yakıt kalitesi düzenlenir, Sıkıştırılarak basınç 200 bara uzaklaştırılarak kalitesi artırılır. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

35 BİYOGAZIN MOTOR YAKITI OLARAK ÖZELLİKLERİ Biyogaz; biyoetanol ve biyodizelden farklı olarak Benzinli motorlarda saf Dizel motorlarda; motorin ile % oranında karıştırılarak kullanılabilmektedir. Metan yavaş yanan bir gazdır.bu nedenle gücü en üst değere çıkarabilmek için avansın artırılması gerekmektedir.eğer avans yeterince yükseltilmezse; yakıt yanamaz ve egzoz supaplarında sıcaklık yükselmesi olur. Buda ömür kısalmasına yol açar. Avans çok fazla olursa da; maksimum basınç Ü.O.N dan önce ortaya çıkar ki bununda anlamı vuruntudur. Biyogaz içerisinde bulunan yüksek miktardaki (%0,4) H 2 S yağlama yağının erken bozulmasına ve sonuçta motor yağının değişim aralığının kısalmasına ve asit korozyonuna da yol açabilmektedir. Metan için 9,6:1 olan hava yakıt oranı (Isıl değer 36 MJ/m 3 ), Biyogaz için 5,7:1 değerine düşmektedir. Standartlara göre Biyogazın Motor Oktan sayısının 130 dan büyük olması istenmektedir. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

36 1 m 3 BİYOGAZIN YAKIT EŞDEĞERLERİ ( MJ / m 3 ) 0,62 litre Motorin, 0,70 litre Benzin, 0,57 litre Doğal gaz 0,87 litre Sıvı bütan, PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

37 BENZİNLİ MOTORLAR VE BİYOGAZ Benzinli motorlarda Biyogazın kullanılabilmesi için bazı değişiklikler yapılması gerekmektedir.bunlar; Karbüratör: Biyogazın enerji değerinin benzine göre düşük olmasından dolayı, karbüratörün yakıt ve hava giriş kapasiteleri artırılır. Buji tipi ve tırnak aralığı:motor imalatçıları Biyogaz için Sıcak Buji ve Buji tırnak aralığı olarak da 0,4-0,7 mm önermektedirler. Optimum Sıkıştırma Oranı: 11:1 16:1 arasındır. Ateşleme Zamanı:Biyogaz diğer gazlara göre daha yavaş yanmasından dolayı, ateşleme zamanın geciktirilmesi gerekir ve motorun gücüne bağlı olarak ateşleme Ü.O.N dan önce yapılmalıdır. İlave bakımlar: Saflaştırılmamış Biyogazda aşınma ve yağ-yağ filtresi değişimin aralığının kısalacağı gözönünde tutulmalıdır. SAFLAŞTIRILMIŞ BİYODİZELDE RİSKLER AZALMAKTADIR. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

38 GAZ YAKIT KARBÜRATÖRÜ YANMA ODASI KELEBEK HAVA PROF.DR.H.ÖĞÜT BİYOGAZ 4 NİSAN

39 DİZEL MOTOR VE BİYOGAZ Biyogazın dizel motorlarda kullanılabilmesi için yapılması gereken değişiklikler Benzinli motorlara göre fazladır. Setan sayısının düşük olması dolayısıyla: Ateşleme donanımı ve Karbüratör ilavesi, gerekir. Püskürtme pompasının ve Ateşleme avansının ayarlanması PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

40 BİYOYAKITLARIN KARŞILAŞTIRILMASI NOx PM KÜRESEL ISINMA MOTOR UYUMU FİYAT BULUNA- BİRLİLİK TEKNOLOJİK BAĞIMLILIK TOPLAM SKOR BİYOGAZ B E POZİTİF: 1 3, NÖTR: 0, NEGATİF: -1-3 PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

41 BİYOYAKITTA CEVAP BEKLEYEN SORULAR A.YASAL ÇERÇEVE KARARLILIĞI Olan Destekleyici Mevzuat a. Teşvik (Tesis) b. Vergi Muafiyeti B.UYGULAMA Destekleyici- Denetleyici Kurumlar (Enstitü, EPDK, v.b.) Hammadde Tedariki (Üretici Birliği, Sözleşmeli Tarım, Kooperatifler) Ülkesel Kalite Yönetimi (TSE, E20, B20) Örgütlenme (Biyoyakıt Üreticileri Birliği) Kullanım Stratejisi a.kullanım Alanları (Tarım, Toplu taşıma v.b.) b.harmanlama Oranı PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN

42 PROF.DR.HÜSEYİN ÖĞÜT SELÇUK ÜNİVERSİTESİ

43 KAYNAKLAR Alan C.Hansen, Robert H.H., Qin Z, P., and W.L.Lyne 2001, On Farm Evulation of Diesel Fuel Oxygenated With Ethanol, Irshad A., 2001,Engineerid Fuels for a Cleaner Environment:E-Diesel and P-Series Alternative Fuels, 7 th Clean Cities Conferences and Expo, Pennsylvania Vince C., and - Husky O., 2002, The Realities and Obstacles of Expanding the Ethanol Industry in Western Canada Anonim, 2002, Otomotiv Yakıtları-Dizel-Özellikleri ve Deney Metotları, TS 3082 EN 590, Ankara, Waterland L.R. Venkatesh S.and Unnasch S.,2003, Safety and Performance Assesment of Ethanol/Diesel Blends(E-Diesel), NREL,California,USA Anonim,2004,Türkiye Şeker Fabrikaları Genel Müdürlüğü, Etil Alkolün Yakıt Olarak Kullanılması, Ankara William M, D.,2004, John Deere E-Diesel Research Program,USA Lee, J., 2005,Renewable Energy in Europa and its Impact on Oil and Gas, Russia-EU Energy Forum,London Gerhard K., Jürgen K.,Gerpen V.,2005, The Biodiesel Handbook, ISBN: , USA Öğüt H., ve Oğuz H., 2006, Üçüncü Milenyumun Yakıtı; Biyodizel, Nobel Yayınları, Ankara Yücesu,H.S., Topgül, T., Çinar, C and Okur, M., 2006 Effect of Ethanol Gasoline Blends on Engine Performance and Exhaust Emissions in Different Compression Ratios, Applied Thermal Engineering, Volume 26,Issues 17-18,Pages PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN