BİYOETANOL ÜRETİMİ İÇİN TARIMSAL ATIKLARIN ENZİMATİK HİDROLİZ YÖNTEMİ İLE ŞEKERLERE DÖNÜŞTÜRÜLMESİ
İÇERIK Giriş Biyokütle potansiyeli Biyokütle dönüşüm süreçleri Dünyada biyoetanol Türkiye de biyoetanol Biyoetanol üretim yöntemleri Kullanım alanları Örnek bir çalışmanın sonuçları
GIRIŞ Fosil enerji kaynakları sonsuz değil http://www.roperld.com/science/energyfuture.htm Biyo-yakıtlar fosil enerjilerin alternatifi Selülozik atıklar düşük maliyetli Yüksek biyo-etanol verimi Selülozik atıklar için ön işlem
TÜRKIYE NIN BIYOKÜTLE POTANSIYELI Biyokütle Potansiyel (milyon ton/yıl) Enerji değeri (Mtep) Tarımsal artıklar Yıllık üretimi (milyon ton) Enerji potansiyeli (Mtep) Buğday sapları 26.4 7.2 Yıllık bitkiler 55 14.9 Çok yıllık bitkiler 16 4.1 Orman artıkları 18 5.4 Tarımsal artıklar 10 3.0 Orman Endüstrisi artıkları 6 1.8 Hayvansal atıklar 7 1.5 Diğer 5 1.3 Toplam 117 32.0 Arpa sapları 13.5 3.9 Mısır sapları 4.2 1.2 Pamuk sap ve kozaları 29 0.9 Ayçiçeği sapları 2.7 0.8 Şeker pancarı artıkları 2.3 0.7 Fındık kabukları 0.8 0.3 Yulaf sapları 0.5 0.2 Çavdar sapları 0.4 0.1 Pirinç sapları 0.4 0.1 Meyve kabukları 0.3 0.1 Toplam 54.4 15.5 SARAÇOĞLU, N. 2007. The Importance of Bioenergy and Energy Forestry for Turkey. TUBITAK JRC Zero Emissions Workshop, Gebze, Türkiye.
BIYOKÜTLE DÖNÜŞÜM SÜREÇLERI Kaynak: http://www.elektrikport.com/makale-detay/yesilden-gelen-enerjibiyokutle-i/8252
Biyo-yakıtlar BIYO-YAKITLAR Katı Biyo-yakıtlar Biyo-kömür Briket/Pelet Biyo-gaz Gaz Biyo-yakıtlar Syngaz Hidrojen Biyo-etanol Sıvı Biyo-yakıtlar Biyo-dizel Biyo-metanol Biyo-oil
Milyar Lt Milyar lt DÜNYADA BIYO-ETANOL 60 50 40 30 20 10 0 52,5 27,8 21 Üretim 40 20 0 26,2 1,8 4,4 3,7 1,15 80 76 60 ABD BREZİLYA AB ÇİN FRANSA 6 2007 2008 2009 2011 Dünya AB Ar, F. F. Pankobirlik / Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi
KULLANIM ZORUNLULUĞU Ülke ABD Arjantin Avustralya Brezilya Brezilya Kanada Çin Kolombiya Kostarika Hindistan Pakistan Finlandiya Ar, F. F. Pankobirlik / Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi Kullanım zorunluluk E15 Z / E85 E5 Z E10 E20-E25 Z E85 E5 Z E10 E10 Z E7 Z E5 Z E10 E5-E10 Z Resmi gazetede yayımlanan 27 Eylül 2011 tarih ve 28067 sayılı Tebliğ e göre, Piyasaya akaryakıt olarak arz edilen benzin türlerinin, yerli tarım ürünlerinden üretilmiş etanol içeriğinin: 2013 ylı itibariyle en az %2, 2014 yılı itibariyle en az %3 olması zorunludur.
DÜNYADAN BAZI ÖRNEKLER Ülkeler Şirketler Üretim Potansiyeli x1000 Lt Hammadde Avusturya Agrana(Pischelsdorf) 240 000 Buğday, Mısır Belçika BioWanz (Wanze) AlcoBioFuel (Gent) Amylum (Aalst) 32 300 000 150 000 32 000 Bulgaristan Euro Ethyl GmbH (Silistra) 10 000 Mısır Buğday, Seker şurubu Buğday Buğday Fransa Almanya İtalya Tereos (Artenay) Tereos (Lillebonne) Tereos (Origny) Verbio AG (Zörbig) Verbio AG (Schwedt) CropEnergies AG (Zeitz) Fuel 21 (Klein Wanzleben) Silcompa (Correggio) Alcoplus (Ferrara) IMA (Bertolino Group) 40 000 250 000 300 000 125 000 230 000 360 000 130 000 60 000 42 000 200 000 Şeker şurubu Buğday Şeker şurubu Tahıllar Tahıllar, şeker şurubu Tahıllar, şeker şurubu Şeker şurubu Ham alkol Tahıllar Ham alkol Slovakya Enviral 138 000 Mısır Koçtürk, D. Ankara Ü. Doktora Tezi
TÜRKIYE DE BIYO-ETANOL Firma Adı Konya Şeker- Çumra Fabrikası Tarımsal Kimya Teknolojileri (TARKİM) Tezkim Tarımsal Kimya (TEZKİM) Üretim/yıl x1000 lt Şehir Hammadde 84 000 Konya Şeker pancarı 40 000 Bursa Buğday, Mısır 26 000 Adana Buğday, Mısır
Kaynak: http://www.eie.gov.tr/yenilenebilir/biyoetanol.aspx ÜRETIM DIYAGRAMI
Kaynak: http://www.eie.gov.tr/yenilenebilir/biyoetanol.aspx ÜRETIM DIYAGRAMI
BIYOKÜTLE KAYNAKLARININ BIYO-ETANOL POTANSIYELLERI Hammadde Biyo-etanol Potansiyeli (lt/ton) Şeker kamışı 70 Şeker pancarı 110 Patates 110 Mısır 360 Buğday 340 Arpa 250 Pirinç 430 Tatlı sorgum 60 Diğer selülozik biyokütle 280 Koçtürk, D. Ankara Ü. Doktora Tezi
KULLANIM ALANLARI Ulaştırmada Araçlar Kojenarasyon ünitelerinde Kimya sanayinde Etilen üretimi Hidrojen üretimi Asetik asit üretimi vs.
LIGNOSELÜLOZIK BIYOKÜTLENIN YAPISI Kaynak: Ratanakhanokchai et al.,2010. Paenibacillus curdlanolyticus Strain B-6 Multienzyme Complex: A Novel System for Biomass Utilization, Engineering» "Biomass Now - Cultivation and Utilization", book edited by Miodrag Darko Matovic, ISBN 978-953-51-1106-1
ÖN IŞLEM (PRETREATMENT) Ön işlem lignoselülozik yapıyı parçalar Selülozun etkilenmesini artırır Hidroliz oranını artırır Verim artar http://www.hrs-heatexchangers.com/images/applications/bioethanol/en-thermal-hydrolysis1.gif
ÖN IŞLEM (PRETREATMENT) Ön işlem Fiziksel Kimyasal Termal/fizikokimyasal Biyolojik Mekanik Asit Otohidroliz Mikroorganizma Alkali Buhar patlama Enzimatik AFEX CO2 patlama
HIDROLIZ (C 6 H 10 O 5 )n + nh 2 O n C 6 H 12 O 6 Hidroliz Kimyasal Enzimatik Derişik asit Seyreltik asit Selülaz Ksilanaz
FERMANTASYONU 180 g Glikoz = 96 g Etanol (teorik olarak) 100 g Glikoz = 40-48 g Etanol (pratikte) Karbondioksit http://www.bilgicik.com/yazi/oksijensiz-solunum/ Gazlı içecekler Kuru buz Kimya sanayi Yangın tüpleri
II. OTOHIDROLIZE EDILMIŞ BUĞDAY SAPININ ENZIMATIK HIDROLIZ YÖNTEMI ILE ŞEKERLERE DÖNÜŞTÜRÜLMESI
ENZIMATIK HIDROLIZIN AMACI Şeker geri kazanımı (%)= Enzimatik hidroliz sonucu elde edilen şeker hammadde içerisindeki şeker Ekonomik = 4-5 FPU/g enzim ile >%65 şeker geri kazanımı
Şeker analizi METOT Buğday sapı Otohidroliz Ön işlem görmüş hammadde Mekanik inceltme Otohidroliz sıvısı 4 FPU enzim Enzimatik hidroliz
İçerik, % OTOHIDROLIZIN KIMYASAL YAPIYA ETKISI 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Others Ash Lignin Ara Xylan Glucan Extractives İşlem Sıcaklığın 160 C- 200 C artmasıyla: Hemicellulose: %19.0 ----- %1.4 Lignin: %17.9 ------ %12.4 azalmaktadır.
ph Verim, % OTOHIDROLIZIN PH VE VERIME ETKISI 6 100 5 10 min 20 min 90 80 10 min 20 min 4 3 2 160 170 180 190 200 Sıcaklık, C 70 60 50 40 160 170 180 190 200 Sıcaklık, C Sıcaklığın artmasıyla: ph: 5.4---- 3.8 (10 dk); 5.1 ------ 3.7 (20 dk) Verim: 87 ---- %58 (10 dk); 85 ---- %56 (20 dk)
Yan ürünler, g/100 g hammadde OTOHIDROLIZIN YAN ÜRÜNLER OLUŞUMUNA ETKISI 8 6 Furfural HMF Acetic Acid Formic Acid 4 2 0 200-20 200-10 190-20 190-10 180-20 180-10 170-20 170-10 160-20 160-10 İşlem
Geri kazanılan şeker, g/100 g hammadde OTOHIDROLIZ SIVISINDAKI ŞEKER GERI KAZANIMI 14 12 10 Galactan Arabinan Xylan Glucan 8 6 4 2 0 200-20 200-10 190-20 190-10 180-20 180-10 170-20 170-10 160-20 160-10 İşlem Ksilan ana bileşen 190-10 çözünen şekerlerin max % 71 geri kazanım
EH Glucan Verimi, g/100 g hammadde EH Ksilan verimi, g/100 g hammadde ENZIMATIK HIDROLIZ SONUCU ŞEKER GERI KAZANIMI 30 10 25 20 15 10 5 10min 10min-P6K 20min 20min-P6K 0 160 170 180 190 200 Sıcaklık, C 8 6 4 2 10min 10min-P6K 20min 20min-P6K 0 160 170 180 190 200 Sıcaklık, C Ön işlem süresinin artması genelde glucan verimini artırmıştır. Ksilan verimi 170 C den sonra hızla azalmıştır.
Toplam şeker geri kazanımı, % TOPLAM ŞEKER GERI KAZANIMI 80 60 40 20 10min 10min-P6K 20min 20min-P6K 0 160 170 180 190 200 Sıcaklık, C Mekanik inceltme şeker verimini %10 kadar artırmıştır. Maksimum şeker verimi (180-20) = %72
SONUÇLAR VE ÖNERILER Enerji konusunda dışa bağımlılığı azaltmak için biyoetanol üretimi ve kullanımını yaygınlaştırmak Ülkemizin biyokütle kaynaklarını katma değeri olan ürünlere dönüştürmek için teşvik ve destek Türkiye nin 2023 yılına kadar yenilenebilir enerji kaynaklarının toplam enerji tüketimindeki payının %20 hedefini koymak Biyoenerji konusunda ulusal bir politika oluşturmak
SON