Hayvansal ve Bitkisel Yağlardan Elde Edilen Biyodizelin Dizel Yakıtı ile Karşılaştırılması

Transkript

1 Taşıt Teknolojileri Elektronik Dergisi (TATED) Cilt: 3, No: 1, 2011 (41-53) Electronic Journal of Vehicle Technologies (EJVT) Vol: 3, No: 1, 2011 (41-53) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR e-issn: X Teknik Not (Technical Note) Hayvansal ve Bitkisel Yağlardan Elde Edilen Biyodizelin Dizel Yakıtı ile Karşılaştırılması Emin ÇENGELCİ, Hüseyin BAYRAKÇEKEN, Fatih AKSOY Afyon Kocatepe Üniversitesi Teknoloji Fak. Otomotiv Müh. Böl., Afyonkarahisar/TÜRKİYE Özet İçten yanmalı motorlarda petrol ve türevleri yaygın olarak yakıt olarak kullanılmaktadır. Dünyada yaşanan enerji krizleri ve fosil yakıtların rezervlerinin azalması değişik yakıt türleri arayışını daha da hızlandırmıştır. Bu alternatif yakıt türlerinden birisi de biyodizeldir. Biyodizel dizel yakıta alternatif olarak dikkate alınmakta ve araştırmalar bu yönde devam etmektedir. Dizel motorunda herhangi bir yapısal değişiklik yapılmadan kullanılabilmesi önemli bir avantaj sağlamaktadır. Biyodizel bitkisel ve hayvansal yağlardan üretilebilmektedir. Bitkisel olarak ülkemiz soya, kanola, aspir yağları kullanılmaktadır. Hayvancılığın yaygın olması, balık sektörü gelişmiş olması nedeniyle hayvan içyağı ve balık yağı biyodizel üretiminde kullanılmaktadır. Ayrıca hayvansal yağların yiyecek olarak kullanılması insan sağlığı açısından zararlıdır. Biyodizel saf olarak kullanılabildiği gibi petrol dizeli ile karıştırılarak da kullanılabilmektedir. Bu çalışmada; dizel, hayvansal ve bitkisel biyodizel kıyaslanmıştır. Anahtar Kelimeler: Dizel, biyodizel, alternatif enerji, Animal and Vegetable Oils Obtained Comparison of biodiesel with diesel fuel Abstract Internal combustion engine, petroleum and its derivatives are widely used as fuel. Reduction of fossil fuel reserves in the world energy crisis and accelerated the search for different types of fuels. One of these alternative types of biodiesel fuel. Biodiesel is recognized as an alternative to diesel fuel, and research continues in this direction. Diesel engines can be used without any structural change provides a significant advantage. Biodiesel produced from animal fats and vegetable. In Turkey, vegetable soybean, canola, safflower oils are used. The prevalence of animal husbandry, animal fat and fish oil in fish due to the advanced sector is used to produce biodiesel. In addition, the use of animal fats in food is harmful for human health. Biodiesel can be used either pure or mixed with petroleum diesel can be used. In this study, diesel, biodiesel compared with animal and vegetable. Keywords: Diesel, biodiesel, alternative energy 1. BİYODİZEL 1980'li yıllar ile birlikte özellikle Avrupa'nın çeşitli ülkelerinde küçük çapta da olsa biyodizel üretimine başlanmıştır. Başlangıçta biyodizel için belli bir norm olmaması, üretimin şimdiki tekniklere göre ilkel sayılabilecek şekilde yapılması ve üretimin denetlenememesinden dolayı pek de kaliteli olmayan Bu makaleye atıf yapmak için Çengelci, E., Bayrakçeken H., Aksoy, F., Hayvansal ve Bitkisel Yağlardan Elde Edilen Biyodizelin Dizel Yakıtı ile Karşılaştırılması Taşıt Teknolojileri Elektronik Dergisi 2011, 3(1) How to cite this article Çengelci, E., Bayrakçeken H., Aksoy, F., Animal and Vegetable Oils Obtained Comparison of biodiesel with diesel fuel Electronic Journal of Vehicle Technologies, 2011, 3(1) 41-53

2 Teknolojik Araştırmalar: TATED 2011 (3) Hayvansal ve Bitkisel Yağlardan Elde Edilen Biyodizelin Dizel Yakıtı ile biyodizel üretilmiştir. Bu biyodizeli kullanan bazı araçlar bozulmuş ve yolda kalmıştır. Bu da biyodizelin o yıllarda kötü isim yapmasına neden olmuştur. Biyodizel, kolza (kanola), ayçiçek, soya, aspir gibi yağlı tohum bitkilerinden elde edilen bitkisel yağların veya hayvansal yağların bir katalizatör eşliğinde kısa zincirli bir alkol ile (metanol veya etanol) reaksiyonu sonucunda açığa çıkan ve yakıt olarak kullanılan bir üründür. Evsel kızartma yağları ve hayvansal yağlar da biyodizel hammaddesi olarak kullanılabilir [1]. Biyodizel petrol içermez; fakat saf olarak veya her oranda petrol kökenli dizelle karıştırılarak yakıt olarak kullanılabilir. Saf biyodizel ve dizel-biyodizel karışımları herhangi bir dizel motoruna, motor üzerinde herhangi bir modifikasyona gerek kalmadan veya küçük değişiklikler yapılarak kullanılabilir. Biyodizel, dizel ile karışım oranları bazında aşağıdaki gibi adlandırılmaktadır: - B5 : % 5 Biyodizel + %95 Dizel -B20 : % 20 Biyodizel + %80 Dizel -B50 : % 50 Biyodizel + %50 Dizel -B100 : %100 Biyodizel Biyodizel, Türkiye'de mevcut olanaklarla uygulamaya alınabilecek en önemli alternatif yakıt seçeneklerinden biridir. Bitkisel yağların sıkıştırma ile ateşlemeli motorlarda kullanımı yaklaşık yüz yıl öncesine dayanmaktadır. Ancak bitkisel yağların doğrudan sıkıştırma ile ateşlemeli motorlarda kullanımı çeşitli problemlere neden olmaktadır. Türkiye de kanola, soya, aspir, mısır, ayçiçeği, susam, karışım (soya+ayçiçeği yağı), fındık yağı gibi yağlar gıda olarak kullanılmaktadır. Ticari amaçlı olarak üretilen biyodizellerde ise kanola, soya ve aspir yağları kullanılmaktadır. Kanola, soya ve aspir yağının seçilmesindeki etken o an için elde edilebilmeleri ve fiyatlarının düşük olup olmamasıdır. 1.1 Biyodizel Üretim Yöntemleri Bitkisel yağlardan biyodizel elde edilmesi konusundaki çalışmaların çoğunluğunu, yüksek viskozitenin azaltılması oluşturmaktadır. Viskozitenin azaltılmasında ısıl ve kimyasal olmak üzere iki yöntem uygulanmaktadır. Isıl yöntemde, yakıt olarak kullanılacak bitkisel yağın sıcaklığı ön ısıtma ile artırılarak viskozitenin düşmesi amaçlanmaktadır. Kimyasal yöntemler ise seyreltme, piroliz, mikroemilsiyon oluşturma ve transesterifikasyondur Seyreltme Seyreltme işlemi, bitkisel yağların dizel yakıtı, solvent ya da etanol gibi maddelerle karıştırılması ile gerçekleştirilir. Ayçiçeği yağının dizel yakıtı ile 1/3 oranında karıştırılması ile yapılan bir çalışmada, karışımın 40 C' deki viskozitesi 4,88 cst olmuştur. ASTM standartlarında dizel yakıtı için belirlenen üst değer 40 C için 4 cst'dir. Karışımın direkt püskürtmeli dizel motorlarında uzun süreli çalışmada enjektör tıkanmasına ve yapışmasına yol açtığı belirtilmiştir [2] Piroliz Piroliz yönteminde, moleküller yüksek sıcaklıkta daha küçük moleküllere parçalanmaktadır. Bu yöntem sayesinde viskozite azalmakta, fakat işlemler ilave masraflar gerektirmektedir. Bitkisel yağların piroliz 42

3 Çengelci E., Bayrakçeken H. Teknolojik Araştırmalar: TATED 2011 (3) ürünlerini elde etmek için iki yöntem vardır. Bunlardan birisi, bitkisel yağları ısı etkisiyle kapalı bir kapta parçalamak, diğeri ise standart ASTM distilasyonu ile bitkisel yağları ısıl parçalanma etkisinde tutmaktır. Isı etkisiyle parçalanmış bitkisel yağın özellikleri dizel yakıtınınkine daha yakındır. Schwab ve ark. yaptıkları çalışmada, pirolize soya yağının % 79 karbon ve % 11,88 hidrojen içerdiğini, piroliz işlemi ile setan sayısının 37,9'dan 43'e çıkarken, 38 C' deki viskozitenin 32,6'dan 10,2 cst' ye (sınır değer 38 C için 7,5 cst) düştüğünü belirtmişlerdir. Ayrıca kükürt, su, tortu ve bakır çubuk korozyonu değerlerinin istenen seviyede olduğunu; fakat kül, karbon kalıntısı ve akma noktasının arzu edilen düzeyde olmadığını belirtmişlerdir. Pirolize yağ ile yapılan motor testleri kısa süreli testlerle sınırlıdır [2] Mikroemilsiyon Mikroemilsiyon oluşturma yöntemi metanol veya etanol gibi kısa zincirli alkollerle, bitkisel yağın mikroemilsiyon haline getirilme işlemidir. Böylece viskozite azalmaktadır. Mikroemilsiyon, boyutları nm arasında olan optikçe izotropik sıvı mikro yapılarının koloidal denge dağılımı olup, normalde karışmayan iki sıvı ile bir veya daha fazla amfifilin bir araya gelmesiyle oluşur. Bu yöntemle petrolden tamamen bağımsız alternatif dizel yakıtları meydana getirilebilir. Mikroemilsiyonların hacimsel ısıl değerleri, alkol içermeleri dolayısıyla motorine göre daha düşüktür. Alkollerin setan sayılarının düşük olması nedeniyle emilsiyonun setan sayısı da düşük olmakta, ayrıca düşük sıcaklıklarda karışım ayrışma eğilimi göstermektedir. Bu da motor gücünde bir miktar düşmeye yol açmaktadır. Alkollerin gizli buharlaşma ısılarının yüksek olması yanma odasına soğutucu etki yapmaktadır. Bu durum ise enjektör delikleri ve egzoz supapları civarındaki ağır karbon birikimini azaltıcı yönde etki yapmaktadır [2] Transesterifikasyon Transesterifikasyon, bitkisel yağların monohidrik bir alkolle (metanol, etanol), katalizör (asidik, bazik katalizörler ve enzimler) varlığında esas ürün olarak yağ asidi esterleri ve gliserin vererek yeniden esterleştirilmesi işlemidir. Bu yöntem viskoziteyi azaltmada en etkili yöntemdir. Reaksiyonda yan ürün olarak di ve mono gliseridler, reaktan fazlası ve serbest yağ asitleri oluşur. Transesterifikasyon reaksiyonunun genel denklemi şu şekildedir; Katalizör RCOO + OH + OH Ester Alkol Ester Alkol Eğer yukarıdaki reaksiyonda metanol kullanılırsa, bu işleme metanoliz denir. Bitkisel ve hayvansal yağlardan biyodizel elde edilmesinde kullanılan en yaygın yöntem transesterifikasyon yöntemidir. 1.2 Dünyada Biyodizel Üretimi ve Uygulamaları 1980'li yıllar ile birlikte özellikle Avrupa'nın çeşitli ülkelerinde küçük çapta da olsa biyodizel üretimine başlanmıştır. Başlangıçta biyodizel için belli bir norm olmaması ve üretimin şimdiki tekniklere göre ilkel sayılabilecek şekilde yapılmasından dolayı pek de kaliteli olmayan biyodizel üretilmiştir. Bu biyodizeli kullanan bazı araçlar bozulmuş ve yolda kalmıştır. Bu da biyodizelin o yıllarda kötü isim yapmasına neden olmuştur. 43

4 Teknolojik Araştırmalar: TATED 2011 (3) Hayvansal ve Bitkisel Yağlardan Elde Edilen Biyodizelin Dizel Yakıtı ile Şekil 1. Dünyadaki tahmini biyodizel üretimi ve hedefi [1]. Dünyadaki pek çok ülke özellikle gelişmiş ülkeler enerji politikaları gereği yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanım paylarını artırma çabasındadırlar. Bu nedenle teşvik ve destek programları yasalarla belirlenmiştir. Avusturya, Fransa, Almanya, İtalya, İrlanda, Norveç, İsveç, Polonya, Slovakya ve Çek Cumhuriyeti nde, biyodizel yasal olarak vergiden muaftır [1]. Dünyada kişi basına düsen enerji, sürekli bir artış eğilimi içerisindedir. Enerji talepleri konusunda yapılan incelemelere göre, 2020 yılındaki enerji talebinin, bugünkü enerji talebine göre % 65, 2050 yılındaki enerji talebinin ise % 250 daha fazla olacağı tahmin edilmektedir. Bugünkü bilinen üretilebilir fosil yakıt rezervleri, petrolde 40 yıl, doğal gazda 62 yıl, kömürde ise 216 yıl yetecek düzeydedir [4]. Belçika da ise yıllık olarak biyodizel üretimi ton civarındadır. Danimarka da ton/yıl kapasiteli, İspanya da ise ton/yıl kapasiteli birer isletme plan aşamasındadır [4]. A.B.D. de özellikle soya bitkisinin yağından biyodizel üretimi söz konusudur. ASTM kurulusunun normlarına uygun biyodizel araçlarda yakıt olarak sorunsuz bir şekilde kullanılabiliyor. Yapılan planlara göre 2010 yılında enerji ihtiyacının % 30 u alternatif enerji kaynaklarından karşılanacaktır [4]. Fransa da ise biyodizel üretimi ton/yıl üzerindedir. Benzin istasyonlarında % 5 biyodizel + % 95 motorin karışımı kullanıcıların hizmetine sunulmuştur. Bu % 5 lik kısım fosil yakıt vergisinden muaftır ve her yıl bu oran arttırılmaktadır [4]. İtalya da 1999 yılına kadar ton 7 yıl vergiden muaf bir kota bulunmaktaydı. Şu anda biyodizel üretim kapasitesinin ancak % 15 i değerlendirilmektedir. Bu kotanın kalkmasıyla birlikte biyodizel üretiminin artacağı düşünülmektedir. Ayrıca, İtalyan hükümetinin den fazla nüfuslu belediyelerinin kullandığı araçlarda alternatif enerji kaynaklı yakıtlarının kullanımı tavsiyesi bulunmaktadır [4]. Avusturya da yıllık biyodizel üretimi ton seviyelerine yaklaşmıştır. Biyodizelin petrol kaynaklı ile % 2 oranında karıştırılması devlet tarafından tavsiye edilmektedir. Ayrıca Avusturya ve Almanya da biyodizel için fosil yakıt vergisi alınmamaktadır [4]. 44

5 Çengelci E., Bayrakçeken H. Teknolojik Araştırmalar: TATED 2011 (3) Çek Cumhuriyeti nde irili ufaklı isletmelerde toplam ton/yıl civarında üretim söz konusudur. Benzin istasyonlarında % 30 biyodizel + % 70 motorin karışımı bionafta adı ile daha ucuza satışa sunulmaktadır [4]. 1.3 Türkiye de biyodizel Biyodizel, Türkiye'de mevcut olanaklarla uygulamaya alınabilecek en önemli alternatif yakıt seçeneklerinden biridir. Ülkemizde kara taşımacılığının önemli bölümünde ve deniz taşımacılığında dizel motorlu taşıtlar kullanılmaktadır. Ayrıca endüstride jeneratörler için önemli miktarda dizel kullanılmaktadır. Petrol tüketimimizin ancak %15'i yerli üretimle sağlanabilmektedir. Petrol ürünleri tüketimi içinde ise en büyük payı %34 ile dizel yakıtı almaktadır. Ayrıca biyodizel üretiminde atık hayvansal ve bitkisel yağlarda kullanılmaktadır. Türkiye de yılda ton bitkisel yağ gıda amacı ile kullanılmaktadır. Bu yağdan yaklaşık olarak ton atık yağ oluşmaktadır kg civarında oluşan bu kullanılmış bitkisel ve hayvansal atık yağlar kanalizasyona dökülmeyip geri kazanılması ile yılda kg biyodizel, kg gliserin ve kg sabun üretilerek ekonomiye katkı sağlanabilir. Kullanılmış bitkisel ve hayvansal yağların geri kazanılması ile evsel atık sular %25 oranında daha az kirlenmiş olur [5]. Biyodizelin kullanımı ile petrol tüketiminde ve egzoz gazı kirliliğinde azalma gerçekleşmesi kaçınılmazdır. Biyodizeli üretmek ve kullanmak için Türkiye yeterli ve uygun alt yapıya sahiptir. Piyasaya arz edilen otobiodizelin, Türk Standardları Enstitüsü tarafından hazırlanan, ekli Ekim 2005 tarihli TS EN Otomotiv Yakıtları - Yağ Asidi Metil Esterleri ( YAME/BİYODİZEL) Dizel Motorlar İçin - Gerekler ve Deney Yöntemleri Standardına uygun olması zorunludur [6]. Enerji Piyasası Düzenleme Kurulunun 15/06/2006 tarihli toplantısında 28/02/2006 tarihine kadar lisans almak üzere başvuruda bulunmuş ve lisans alması Kurul kararı ile uygun bulunan biyodizel üreticilerinin üretimlerine devam etmesine karar verilmiştir [6]. 2. DİZEL Rudolf Diesel in geliştirdiği dizel motorları, ilk olarak 1824 yıllarında Fransız mühendisi Carnot, yılları arasında Herbert Akroyd Stuart tarafından incelenmiştir. Daha sonra bunları 1890 yılında Capitaine yarım dizel motoruyla takip etmiştir. 1892'de Alman Mühendis Rudolf Diesel tarafından bulunmuş ve daha sonra 23 Şubat 1893'te patenti alınmış bu süreç dizel çevrimi olarak bilinir. Motorun mucidi geniş kömür yataklarına sahip olan Almanya'nın petrole bağımlılığını azaltmak için kömürle çalışan bir motor yapmayı hedeflemiştir. Ancak kömür tozunun yanmasından dolayı ortaya çıkan kül büyük sorunlar doğurmuş daha sonraları ise motorda farklı yakıtların kullanılması tasarlanmıştır. Nitekim Rudolf Diesel motorun sunumunu 1900 deki Dünya Fuarı'nda yakıt olarak yer fıstığı yağı (Biodizel) kullanarak yapmıştır [7]. Dizel; ham petrolün damıtılmasından elde edilen ve kaynama noktası yüksek rafineri ürün akaryakıttır. Ülkemizde kara taşımacılığının önemli bölümünde ve deniz taşımacılığında dizel motorlu taşıtlar kullanılmaktadır. Ayrıca endüstride jeneratörler için önemli miktarda dizel kullanılmaktadır. Petrol tüketimimizin ancak %15'i yerli üretimle sağlanabilmektedir. Petrol ürünleri tüketimi içinde ise en büyük payı %34 ile dizel yakıtı almaktadır. 45

6 Teknolojik Araştırmalar: TATED 2011 (3) Hayvansal ve Bitkisel Yağlardan Elde Edilen Biyodizelin Dizel Yakıtı ile 2.1 Dizel Yakıtından İstenen Özellikler Dizel motorlarda yakıt, sıkıştırma zamanı sonuna doğru yanma odasına püskürtülmeye başlamakta ve bu andan itibaren yanma olayı meydana gelmektedir. Dizel yakıtının püskürtülmeye başladığı sıkıştırma zamanı sonlarına doğru sıcaklık C ye ulaşmakta ve püskürtmenin başlaması ardından tutuşması istenmektedir. Bu husus dikkate alınarak dizel motoru için birinci derece önemli olan özellik, yakıtın kendi kendine tutuşma özelliği olarak karşımıza çıkmaktadır. Dizel motorunda yakıt buharı-hava karışımının sıkıştırma sonu basınç ve sıcaklıklarda kendi kendine tutuşabilmesi için dizel yakıtlarının tutuşma meyillerinin, benzinin aksine yüksek olması istenmektedir. TG nin büyük olması durumunda yanma için ayrılan KMA aralığı azalacak; TG süresince yanma odasında biriken yakıt ani olarak yanacak ve yüksek basınç etkisiyle mekanik zorlanmaları meydana getirecektir [8]. Dizel motor yakıtlarında aranan bir diğer özellikte viskozite özelliğidir. Yakıt viskozitesi dizel motorlarda özellikle püskürtme kalitesi bakımından oldukça önemlidir. Akma noktası ise, yakıtın soğuk hava şartlarında, depodan motora gelmesi ve filtrelerden süzülmesi açısından önemlidir. Bunların yanı sıra yağlama özelliği, yakıtlar ve motor ömrü açısından dikkate alınması gereken bir diğer özelliktir. Yakıtın yüzey gerilimi de önemli bir faktör olup, yakıtın sahip olduğu yüzey gerilmesi değeri azaldıkça damlacık çapı küçülmektedir. Damlacık çaplarının büyük olması yakıtın tam yanamamasına sebep olacak, is değerlerinde artış olarak karsımıza çıkacaktır. Bu özelliklerin yanı sıra her bir yakıtın kendine has özelliği ve bu özelliklerinde aynı olsalar bile farklı etkileri olduğu unutulmamalıdır. Bir açıdan çok iyi olan bir yakıt, başka bir açıdan çok kötü bir özellikte olabilmektedir. Örneğin parafin oranının yüksek olması, dizel motorlarda tutuşma özelliklerini olumlu etkilerken, düşük sıcaklık performansını kötüleştirmekte, benzer şekilde aromat yüzdesi yakıtın ısıl değerini arttırırken, motorun sert çalışmasına ve is oluşumuna yol açmaktadır [8]. 3. BİTKİSEL BİYODİZEL En çok kullanılan bitkisel biyodizellerin özellikleri aşağıdaki çizelge de verilmiştir. Çizelge 3. Bazı bitkisel yağların yakıt özellikleri [2] Dizel Yakıtı Olarak Bitkisel Yağların Performansı Bitkisel yağlar, alternatif yakıt olarak doğrudan kullanılabilmelerine karsın, yapılan testler sonucunda dizel motorlarında ileriki zamanlarda pek çok problemin dogmasına sebebiyet verebileceği görülmüştür. Yapılan kısa süreli testlerde herhangi bir problem görülmemesine rağmen uzun süreli testlerde çeşitli sorunlar ile karşılaşılmıştır [8]. Bu problemler; 46

7 Çengelci E., Bayrakçeken H. Teknolojik Araştırmalar: TATED 2011 (3) Pistonlarda, supap, yanma odası ve manifoldlarda olağan sayılamayacak oranda karbon birikimi, motorda aşınma, segmanlarda yapışkanlaşma, vuruntu, ilk hareket zorlukları, yağ filtrelerinde tıkanma. -Yağlama yağının kalınlaşması, seyrelmesi, asitlik artısı, viskozite artması, bozunması, yanma artıkları, yanmamış yakıt ile karışmasıyla kirlenmesi, katı madde içeriğinin artması, temas yüzeylerinde birikinti oluşturması. -Enjektörlerde karbon birikimi, püskürtme karakteristiğinde bozulma, atomizasyon sorunu, enjeksiyon başlangıç ve bitiş süresinin belirsizleşmesi, enjektör memelerinde yapışkanlaşma oluşumu. -Motor karakteristik değerlerinde ve egzoz gazı bileşiminde olumsuz değişiklikler. Bu sorunların önemli bölümünün bitkisel yağların sahip oldukları yüksek viskoziteden ve düşük uçuculuk değerinden kaynaklandığı görülmektedir. Yüksek viskozite özellikle atomizasyonu ve dolayısı ile yanmayı kötüleştirmekte, eksik yanmaya sebep olmaktadır. Yüksek viskozite nedeniyle enjektörlerde ve yakıt filtresinde tıkanmaya, segmanlarda, yanma odası ve enjektör memelerinde karbon birikintilerine sebep olmaktadır. Yağlama yağının bozulmasının da en önemli nedenlerinden birisidir. Uçuculuk değerinin düşük olusu da bu sorunların oluşumunda önemli bir faktördür. Yanma odasında ve enjektörlerde karbon birikintisine, segmanların yapışmasına ve özellikle ilk harekette soğumaya sebep olmaktadır [8]. 3.2 Bitkisel Yağların Yakıt Özelliklerini İyileştirme Yöntemleri Bitkisel yağların doğrudan dizel yakıtı olarak kullanımlarını olumsuz yönde etkileyen başlıca faktör dizel yakıtının yaklaşık 10 katı kadar yüksek viskoziteye sahip olmalarıdır. Modern dizel motorlarının enjeksiyon sistemleri viskozite değişimlerine karşı hassasiyet gösterirler. Yüksek viskozite yakıtın yanma odasındaki atomizasyonunu bozmakta, damlacık boyutundaki büyüme ile yanma verimini azaltmaktadır. Tamamlanamayan yanma ise yanma odasında kurumlara, enjektörlerde koklaşma ve tıkanmalara ayrıca yağlama yağına bulaşmaya neden olmakta ve yağlanma yağında kalınlaşma ile jelleşme görülmektedir. Ayrıca bitkisel yağların düşük sıcaklıklarda katılaşma eğilimi de yakıt olarak kullanılmasında problem ortaya çıkarmaktadır. Bu problem dizel yakıtla bitkisel yağların karışım oluşturulması veya ön ısıtma ile giderilebilir [9]. 4. HAYVANSAL BİYODİZEL Hayvansal yağlar; balık yağları, domuz yağı, iç yağı ve tavuk yağları gibi hayvansal yağlardan elde edilmektedir. İç yağ, koyun, sığır veya diğer büyükbaş hayvan yağları işlenerek kullanılır hale getirilir. Sığırlardan üretilen iç yağ stearin olarak bilinir. İşlenmiş iç yağlar, oksitlenmeyi önlemek için havasız kaplarda tutulmaları şartıyla, bileşimini bozmadan soğutma ihtiyacı duyulmaksızın uzun süre depolanabilir. Bu yağlar pişirme amaçlı işlerde, hayvan ve kuşyemi olarak, sabun ve mum yapımında kullanıldığı gibi, aynı zamanda biyodizel ve diğer oleokimyasalların üretiminde hammadde olarak da kullanılabilir. Endüstride bu tip iç yağlar sığır veya koyun yağı olarak tam bir biçimde tarif edilemez. Buna göre işlenmiş iç yağlar, erime noktası da dahil bazı teknik kriterleri karşılayan hayvansal yağlardır. İşlenmiş ticari iç yağlarda, domuz gibi diğer hayvanlardan elde edilen yağların kullanılması da yaygındır. Bu yağlar, haddeler arasında sıkıştırılan sac metal üretiminde gerekli yağlamayı sağlamak için çelik haddeleme endüstrisinde kullanılır. Yüzey pürüzlülüğünden dolayı haddeleme uygulamalarında yağlama işlemleri için bu yağların sentetik yağların yerine kullanılmasına doğru bir eğilim vardır. Bu yağlar lehimleme sıvısı olarak da kullanılmaktadır [10]. 4.1 Hayvansal Yağların Özellikleri Hayvansal yağların yakıt olarak kullanılabilmesi için bazı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olması gerekmektedir. Hayvansal yağlar %85 civarında serbest yağ asitleri içermektedir ve doğrudan yakıt olarak 47

8 Teknolojik Araştırmalar: TATED 2011 (3) Hayvansal ve Bitkisel Yağlardan Elde Edilen Biyodizelin Dizel Yakıtı ile kullanılamamaktadır [11-12]. Serbest yağ asitlerinin dönüşümünde sülfürik asit, reçine asitlerinin metil estere dönüşümünde sodyum hidroksit kullanılmaktadır. Çizelge 4. Farklı hayvansal yağ metil esterlerinin bazı fiziksel ve kimyasal özellikleri [10]. Çizelge 4'de farklı hayvansal yağlardan üretilen metil ester yakıtlarına ait bazı özellikler verilmiştir. Domuz yağı, sığır iç yağı ve tavuk yağı metil esterlerinin asit sayıları sırasıyla 0.49, 0.44 ve 0.33'tür. Asit numarası biyodizel yakıtının içerisindeki serbest yağ asitleri miktarının ölçüsüdür. Serbest yağ asitleri motorda korozyona neden olurlar. Katalizör eşliğinde gerçekleşen biyodizel üretiminde serbest yağ asitleri ortadan kaldırılır. Ancak yakıtın su veya hava ile temas etmesi ile asit numarası yükselebilir. Bu nedenle üreticilerin kalite kontrol işlemleri esnasında mutlaka takip etmeleri gereken bir değerdir. Serbest gliserin, yakıt içerisinde moleküler gliserinlerin bulunmasıdır ve bu da transesterifikasyon reaksiyonunun sonunda tam anlamı ile ester ve gliserin ayrışmasının gerçekleşmediği anlamına gelir. Yeterli bir yıkama işleminin uygulanamamış veya başka bir nedenle gliserinin biyodizelden etkili bir şekilde ayrıştırılamamış olmasıdır. Serbest gliserin motor içinde oluşan karbon birikintilerinin en önemli kaynağıdır. Toplam gliserin yakıt içerisindeki serbest ve bağlı gliserinlerin toplamıdır. Bağlı gliserinler mono-, di- ve trigliseritler içerisindeki gliserinlerdir. Yüksek toplam gliserin miktarı, tam anlamı ile gerçekleşmemiş transesterifikasyon reaksiyonunun ve motor içindeki aşırı karbon birikmesinin bir göstergesidir [10]. 5. MOTOR ÜZERİNDEKİ ETKİLERİ Yapılan araştırmalarda, birçok bitkisel yağın farklı güç ve tipteki dizel motoru üzerine etkileri incelenmiştir. Bu araştırmalardan elde edilen veriler aşağıdaki gibi özetlenebilir: Genel olarak, bitkisel yağların motor performansını önemli oranda etkilemediği ancak motorun dizel yakıtı ile olan performansını karşılamak için bitkisel yağ tüketiminin arttığı görülmektedir. Motorun ilk hareketi özellikle düşük sıcaklıkta zor aşmaktadır. Bitkisel yağların, dizel motorlarındaki en önemli etkisi, piston, sekman yuvası, silindir kapağı, supaplar, supap kılavuzları ve enjektör memesi gibi elemanlarda karbon birikintisine neden olmasıdır. Özellikle rölanti ya da düşük yüklemelerde karbonlaşma hızı artmaktadır. Karbon birikintisinin, özellikle enjektörlerde, supap yuvalarında olumsuz etki yarattığı görülmektedir. Enjektörlerde biriken karbon, yakıtın püskürtülmesini ve atomizasyonu kötüleştirmekte ve yanmanın kalitesini olumsuz yönde etkilemektedir. Çeşitli yöntemlerle viskoziteleri azaltılan bitkisel yağların, dizel motorunda yakılmaları sırasında yağlama yağına etkileri farklı olmaktadır. İnceltme ile elde edilen karışımın yağlama yağı tüketimi biraz azalttığı gözlenirken, piroliz ve mikro emülsiyon haline getirme yöntemleri ile elde edilen yağın, yağlama yağını biraz incelterek viskozitesini azalttığı belirlenmiştir. 48

9 Çengelci E., Bayrakçeken H. Teknolojik Araştırmalar: TATED 2011 (3) Biyodizelin herhangi bir olumsuz toksik etkisi yoktur. Biyodizel için ağızdan alınmada öldürücü doz 17,4 g biyodizel/kg vücut ağırlığı seklindedir. Sofra tuzu için bu değer 1,75 g tuz/kg vücut ağırlığı olup, tuz biyodizelden 10 kat daha fazla öldürücü etkiye sahiptir. Biyodizel yakıt sisteminin lastikten yapılmış kısımlarına zarar verdiği için motor üreticileri biyodizel kullanımına garanti vermede tereddüt etmektedirler. Biyodizel içindeki alkol lastik parçalara zarar vermektedir. Eğer bir dizel motor % 100 biyodizel ile km üzerinde kullanılırsa, yakıt sistemindeki lastik hortumları ve sistemindeki diğer contaları sentetik eşdeğeri (violan veya fluroelastomer) ile değiştirmede yarar vardır. Oksigenatal dayanabilen (metanol, etanol) bütün sentetik hortumlar ve contalar biyodizel ile kullanıma uygundur. Avrupa da imal edilen pek çok dizel motorun yakıt sistemlerine sentetik hortum veya contalar kullanıldığı için garanti belgeleri biyodizel kullanımını kapsar. Setan sayısı, yanma özelliklerinin göstergesidir. Setan sayısı yanmanın ne kadar kolay oluştuğunu ve yanmanın düzgünlüğünü ölçer. Setan sayısı arttıkça yanma daha iyi olur. Setan sayısı; yanma kararlılık sürülebilirlik, gürültü ve CO ve HC emisyonları gibi birçok motor performans parametresini etkiler. Biyodizelin setan sayısının klasik dizel yakıtından yüksek olması yanma veriminin yüksek olmasını sağlar [13] Çizelge 5.1. Biyodizel ve Petrol dizeli özellikleri [14]. Biyodizel çevre dostu bir alternatif yakıttır. Bir dizel motor biyodizel ile çalıştırıldığında oluşan egzoz emisyonunda, motorine oranla, yaklaşık olarak, %20 CO, %30 HC, %40 partikül madde (PM) ve %50 is emisyonu (duman koyuluğu) azalmaktadır. Biyodizelin oksijen içeriği nedeniyle NO x emisyonlarında genellikle artış görüldüğü bilinmektedir [15]. 49

10 Teknolojik Araştırmalar: TATED 2011 (3) Hayvansal ve Bitkisel Yağlardan Elde Edilen Biyodizelin Dizel Yakıtı ile Çizelge 5.2. Hayvansal, Bitkisel biyodizel ve Dizel yakıtı fiziksel özellikleri [2-16]. Yakıt Yoğunluk Kg/m 3 a Viskozite mm 2 /sn (40 C) Parlama Noktası º C Isıl Değer kj/kg Hayvansal 873 5, Bitkisel 892 5, Dizel 837 3, Resim 5.1. Üretilen hayvansal yağ numune resimleri [16]. Hayvan içyağı eritilip süzüldükten sonra donmuş görüntüsü hayvansal yağ olarak görülmektedir. %100 olan B100 biyodizelinin görüntüsü açık renkli olup dizel yakıtı ile karıştırıldığında rengi koyulaşmaktadır [16]. Aşağıdaki grafiklerde haşhaş yağından (HME) ve hayvan içyağından (HYME) elde edilen biyodizellerin motor performans ve egzoz emisyonları görülmektedir. Motor performans karakteristikleri olarak; motor momenti, motor gücü, özgül yakıt tüketimleri karşılaştırılmıştır. CO egzoz emisyonları verilmiştir. Deneylerde tek silindirli, dört zamanlı, hava soğutmalı ve direkt enjeksiyonlu Antor 3 LD 510 marka dizel motoru kullanılmıştır. Deneyler /min devir aralıklarında yapılmıştır. [16-17]. 50

11 Çengelci E., Bayrakçeken H. Teknolojik Araştırmalar: TATED 2011 (3)

12 Teknolojik Araştırmalar: TATED 2011 (3) Hayvansal ve Bitkisel Yağlardan Elde Edilen Biyodizelin Dizel Yakıtı ile Hayvansal biyodizel kullanıldığında dizele göre; motor performans karakteristikleri açısından motor momenti ve efektif güç değerinde azalma, özgül yakıt tüketiminde ise artış gözlenmiştir. CO egzoz emisyonunda azalma tespit edilmiştir [16]. Bitkisel biyodizel kullanıldığında dizele göre; özgül yakıt tüketimi, motor momenti ve motor gücünde iyileşme olurken, egzoz gazı sıcaklıklarında yükselme gerçekleşmiştir. Ayrıca, CO 2 emisyonları artarken, duman emisyonlarında azalma gözlenmiştir [ ]. 6. KAYNAKLAR 1. ( ) 2. Haşimoğlu C., (2005) Düşük Isı Kayıplı Dizel Motorunda Biyodizel Kullanımının Performans ve Emisyon Parametrelerine Etkisi, Doktora Tezi, Sakarya Üniversitesi, Fen bilimleri Enstitüsü, Sakarya 3. Anonim, TMMOB Enerji raporu, (2006) Kaya C., (2006) Düşük Bitkisel Yağlardan Biyodizel Üretimi, Yüksek Lisans Tezi, Dicel Üniversitesi, Fen bilimleri Enstitüsü, Diyarbakır 5. Öztürk, M., (2004), Kullanılmış bitkisel ve hayvansal yağlar, Çevre ve orman bakanlığı, Ergen G., (2006), Ön Isıtma Kullanılarak Uygulanan Biyodizel Motor Performans ve Emisyonlarına Etkisinin İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya 9. Sağıroğlu, A., (2004), Bitkisel Yağlardan Biyodizel Üretimi ve Katalizörleri, Anadolu Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, C.5, S.1, Altun Ş., (2009), Hayvansal yağlardan biyo-yakıt üretimi ve bir dizel motorunda kullanılabilirliğinin deneysel araştırılması, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ 11. Meher, L.C., Vidya Sagar, D., Naik, S.N., (2004), Technical Aspect of Biodiesel Production by Transesterification A Review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Van Gerpen, V.J., Shanks, B., Pruszko, R., Clement, D., and Knothe, G., (2004), Basic of Biodiesel Production, Biodiesel Production Technology, NREL/SR , Colorado, Gerhard Knothe, Andrew C.,Matheaus, Thomas W., (2003), Ryan III Cetane numbers of branched add straight-chain fatty esters determined in an ignition qality tester, Fuel Vol Elektrik işleri Etüt idaresi Genel Müdürlügü (2006) Sekmen Y., (2007), Karpuz Çekirdeği ve Keten Tohumu Yağı Metil Esterlerinin Dizel Motorda Yakıt Olarak kullanılması, Teknoloji Dergisi, Cilt 10, Sayı 4,

13 Çengelci E., Bayrakçeken H. Teknolojik Araştırmalar: TATED 2011 (3) Çengelci E., (2011), Hayvansal Yağlardan Elde Edilen Biyodizelin Mot or Performans ve Emisyonlarına Etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Afyon Kocatepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Afyonkarahisar 17. Aksoy F., Bayrakçeken H., (2010), The Effects on Engine Performance and Emissions Using of the Opium Poppy Methyl Ester at a Diesel Engine, 5th International Ege Energy Symposium and Exhibition, Denizli 18. Bayrakçeken H., (2011), The effects of using preheated animal tallow biodiesel on engine performance and emissions in a diesel engine, Energy Education Science and Technology Part A: Energy Science and Research Volume (issues) 28(1):