PROJEM İSTANBUL ARAŞTIRMA PROJESİ Atık Yağlardan Süperkritik Ortamda Biodizel Üretimi ve Belediye Otobüslerinde Kullanım Olanaklarının Araştırılması Proje Yüklenicisi: Yrd.Doç.Dr.Nalan A.AKGÜN Yıldız Teknik Üniversitesi Kimya-Metalurji Fakültesi 2009-İstanbul. Bu araştırma projesi Projem İstanbul kapsamında İstanbul Büyükşehir Belediyesi tarafından hazırlatılmıştır. İstanbul Büyükşehir Belediyesi ve araştırmacının yazılı izni olmadan çoğaltılamaz ve kopyalanamaz.
SONUÇ RAPORU ARAŞTIRMACININ ADI VE SOYADI: ARAŞTIRMANIN NİTELİĞİ: ÜNİVERSİTE: RAPOR NO : Yrd.Doç.Dr.Nalan A.AKGÜN Araştırma Projesi Yıldız Teknik Üniversitesi No : 2 (Temmuz 08-Ocak 09) AKADEMİK ARAŞTIRMANIN KONUSU: Atık Yağlardan Süperkritik Ortamda Biodizel Üretimi ve Belediye Otobüslerinde Kullanım Olanaklarının Araştırılması 28/1/2009 Yrd.Doç.Dr.Nalan A.AKGÜN PROJE KAPSAMINDA GERÇEKLEŞTİRİLEN ÇALIŞMALAR Atık Yağlardan Süperkritik Ortamda Biodizel Üretimi ve Belediye Otobüslerinde Kullanım Olanaklarının Araştırılması başlıklı araştırma projesi önerisinde belirtildiği üzere ; o evsel atık yağlar toplanılmış ve özellikleri tespit edilmiştir, o yapılan anket çalışması ile kullanılan yağ cinsi ve kullanım alışkanlıkları belirlenmeye çalışılmıştır, o karşılaştırma olması açısından toplanılan atık yağlarla transesterifikasyon yöntemi kullanılarak biodizel üretilmiş, özellikleri tespit edilmiş ve evsel atık yağların geçirmesi gereken ön işlemler ve bu yöntemin sınırları tespit edilmiştir, o süperkritik etanol ortamındaki deneylerde ise 90 ml iç hacme sahip reaktör ve çift yüksek basınç pompası kullanılmış, yapılan deneyler sonucunda reaktörde kalma süresinin 27-45 dakika arasında değiştiği, numunedeki ester içeriğinin %72-80 aralığında olduğu, örneklerin asidik kaldıkları (ph=5) tespit edilmiştir. Bunun nedeninin, gliserinin reaksiyon sonrasında biodizelden tam olarak ayrılamaması ile ilgili olduğu anlaşıldıysa da yapılan ürün özelliklerini iyileştirme konusundaki çalışmalar başarısızlıkla 2/28
sonuçlanmıştır. Bu durumdaki gliserin, bilinen ayırma yöntemleri ile biodizelden ayrılamamaktadır. o Proje önerisinde belirtildiği gibi reaksiyonlarda metanol kullanımına geçilmiş, aynı zamanda sistemde değişik yapılarak reaktör yenilenmiş ve 136 ml lik iç hacme getirilmiştir. Evsel atık yağlarla 200-320 bar ve 300-350C aralığında farklı yağ/alkol oranlarında ve debilerde çalışılmıştır. Deneylerin tamamında ürün toplama aşamasının iki faz halinde gerçekleşmesi ve reaksiyona girmeyen fazla alkolün karışımdan uzaklaştırıldıktan sonra şeffaf renkli gliserin fazın biodizel örneklerinden kolaylıkla ayrılabilir hale gelmesi ile birlikte ürün özelliklerinde iyileşme yaşanmaya başlamıştır. Ester içeriklerinin ise %78-93 arasında değiştiği görülmüştür. o Ürün özelliklerinin iyileştirilmesi aşamasına geçilmeden önce hakemlerden gelen istek üzerine sosyal tesislerle ilgili çalışmalar başlatılmıştır. Tesislerden çıkan yağ miktarı ve özellikleri tespit edilmiş, bundan sonraki deneylerde tesislerden alınan atık yağlar kullanılarak deneysel koşullarda yeniden tarama yapılmıştır. Sosyal Tesislerden Çıkan Atık Yağ Miktarının Belirlenmesi : Sosyal tesislerde, özellikle lokantalarda kullanılan yağlar, kullanım amacına bağlı olarak değişmektedir. Bunlar; o kızartma için: katı kızartmalık yağ ve karışık bitkisel yağlar o yemeklik için: zeytinyağı, ayçiçeği ve karışık bitkisel yağlardan oluşmaktadır. Tesislerde kullanılan yağlar, daha sonra Ulusal Geri Kazanım Atık Bitkisel Yağ Toplama ve Nakliyat Ltd.Şti. tarafından toplanılmaktadır. İBB Destek Hizmetleri Daire Başkanlığı tarafından tesislerden alınan atık yağ miktarı hakkında herhangi bir istatistiksel veri toplanılmadığı için (ya da tarafımıza verilemediği için) proje kapsamında, firma yetkililerinden edinilen toplanan atık yağa ait ortalama veriler esas alınmıştır. Tablo 1 de görüldüğü üzere adı geçen Sosyal Tesislerden alınan atık yağ miktarları, alımın yapıldığı tarihler dikkate alınarak ay bazında dörde (I,II,III ve IV) ayrılmıştır. Böylelikle atık yağ miktarındaki değişim; haftalık olarak izlenebilecek duruma getirilmiştir. Tablo 1 den de görüldüğü gibi toplama aralığı ve miktarı hem tesis hem de ay bazında değerlendirildiğinde, aynı değildir. Bazen hiç alım yapılmazken bazen de yüklü alımlar gerçekleştirilmiştir. Her ne kadar firma topladığı atık yağlardan biodizel ürettiğini söylese de biodizel üretiminde yağın kalitesi de son derece önemlidir. Atık yağın depolama süresi arttıkça yağın içerdiği yağ dışı unsurlar da (su, katı artıklar, un, tuz, kan vb.) bakteri oluşumuna hatta yağ özelliklerinin bozulmasına neden olabilmektedir. Sosyal tesislerden çıkan günlük atık yağ miktarının aylara göre değişimi incelendiğinde ise (Tablo 2) her ay Firmaya teslim edilen toplam günlük atık yağ miktarı yaklaşık 45 kg olup kendi aralarında ise tesislerin kış-yaz kapasitelerindeki değişime bağlı olarak değişim yaşanmaktadır. Bununla birlikte, tesislerin kapasitesi ile verilen atık yağ miktarı değerleri arasında doğrusal bir ilişkiye rastlanılmamıştır (Tablo 3 ve Şekil 1). Bunun nedeni; yağın birden fazla kullanılıyor olmasına, kullanım sonrasında doğru depolanmasına özen gösterilmemesine, vb. pek çok faktöre bağlı 3/28
olarak değişebilir. Tablo 3 te yer alan boşluklar, tesis atık potansiyeli hakkında kesinlikle bilgi edinilemediğini göstermektedir. Diğer taraftan, Sosyal Tesislerden gerek karşılıklı görüşme, gerek telefon ve faksla edinilmeye çalışılan bilgiler, tam olarak güvenilir olmadığı için tabloda yer alan veriler, temel olarak Ulusal Geri Kazanım Atık Bitkisel Yağ Toplama ve Nakliyat Ltd.Şti. tarafından temin edilen verilere dayandırılmıştır. Sosyal Tesislerden alınan atık yağların özellikleri ise birbirinden çok farklıdır. Örneğin Şekil 2a da görüldüğü gibi filtre kağıdından süzülürken Vita yağı kullanımı nedeniyle (laboratuar koşullarında katı olduğu için) temin edilen yağın yarısına yakını filtre kağıdında kalmakta bu da hammadde kaybına neden olmaktadır. Diğer taraftan, Şekil 2b de görüldüğü gibi bazı tesislerden alınan atık yağlar ise son derece iyi özelliklerde olup filtre kağıdı üzerinde sadece atık yağdaki asılı katı maddeler (gıda kalıntıları vb.) kalmaktadır. Sonuç olarak, tesislerden temin edilen atık yağlar, Şekil 2 de görüldüğü gibi kaba bir filtreden geçirildikten sonra başka hiçbir ön işleme tabi tutulmadan deneylerde kullanılmıştır. Transesterifikasyon Deneylerinin Yapılışı : Süperkritik alkol ortamında elde edilecek biodizel örnekleriyle karşılaştırma olması açısından atık yağlarla transesterifikasyon yöntemiyle de biodizel üretilmiştir. Deneyler, Şekil 3 deki deney düzeneğinde; yağ hacminin %0.1 i kadar NaOH katalizörü, hacimce 1/3 oranında metanol (40 ml) kullanılarak sabit sıcaklıkta (yaklaşık 80C) ve sabit karıştırma hızında (1000 rpm) gerçekleştirilmiştir. Reaksiyon süresi (1 h) sona erince faz ayrımı için bir süre beklenilmiş ve gliserin (Şekil 4) ortamdan uzaklaştırılmıştır. Alkol+ham biodizel karışımı ise ph kontrolü altında H 3 PO 4 ilavesiyle nötralize edilmiştir. Oluşan tuzlar filtre edilerek ayrıldıktan sonra karışımdaki fazla alkol, vakumlu-döner buharlaştırıcıda geri kazanılmıştır. Bundan sonra reaksiyonda oluşan suyun uzaklaştırılması ve FFA değerinin azaltılması için ham biodizel, Na 2 SO 4 ve Ca(OH) 2 ile muamele edilmiştir. Elde edilen biodizelin, EN 14214 standardına uygunluğu viskozimetre, Karl Fischer, FFA, yoğunluk vb. analizlerle tespit edilmeye çalışılırken FAME içeriği ise GC analizi ile belirlenmiştir. 4/28
Tablo 1. Ulusal Geri Kazanım Atık Bitkisel Yağ Toplama ve Nakliyat Ltd.Şti tarafından sosyal tesislerden alınan aylık atık yağ miktarı (kg) SOSYAL MAYIS HAZİRAN TEMMUZ AĞUSTOS EYLÜL EKİM KASIM ARALIK TESİSLER I II III IV I II III IV I II III IV I II III IV I II III IV I II III IV I II III IV I II III IV Haliç 100 - - 150-40 - - - 150 40 - - - 180 - - - - - - - - - - 250 - - 150 - - - Kasımpaşa 100 60 100 50-100 - - - 150-100 - - 150-80 - - - - 100 - - - - - - - 150 - - Lojistik 200 - - 50 - - - - 150 - - 150 - - - - - 250 - - - - - - - - 200 - - - - - Florya - 80 80 100 50 200 - - - - 450 430 50 300 150 220 230 70 150 100 - - 330 150 100-150 - 200 40 140 - Çamlıca - 100 - - - - - - - - - - 100-50 - 50 - - - - 100-100 - - - - - İstinye - 70 - - 50 - - - - - - - - - 100 - - - 50 - - - - - - - 100 - - - Beykoz - - 50-70 - - - 80-50 - - - - - - - 50 - - - 100 - - - - - - - 150 Kartal Dragos - - 100 20 - - - - 40 - - - - - - - - - 70 - - - - 160 - - - - - 130 Beykoz Koru - - - - 50 - - - - - - - - - - - - 100 - - - - - - - - - - - - 100 Arnavutköy - - - - - - - - 50 50-100 - - - - 80 - - - - - 100-150 - 100 50-50 - - Dolmabahçe - - - - - - - 50 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Küçükçekmece - - - - - - - - 100 - - 90 - - - - - - - - - - - - - - 100 - - - - - 5/28
Tablo 2. Sosyal tesislerden çıkan günlük atık yağ miktarının aylara göre değişimi (kg) SOSYAL TESİSLER MAYIS HAZİRAN TEMMUZ AĞUSTOS EYLÜL EKİM KASIM ARALIK ORTALAMA Haliç 8.3 1.3 6.3 6 0 0 8.3 5 4.4 Kasımpaşa 10.33 3.3 8.3 5 2.7 3.3 0 5 4.7 Lojistik 8.3 0 10 0 8.3 0 6.7 5 4.8 Florya 8.7 8.3 29.3 24 18.3 16 8.3 12.7 15.7 Çamlıca 3.3 0 0 5 1.7 3.3 3.3 0 2.1 İstinye 2.3 1.7 0 3.3 1.7 0 0 3.3 1.5 Beykoz 1.7 2.3 4.3 0 1.7 3.3 0 7.7 2.6 Kartal Dragos 4 0 1.3 0 2.3 0 5.3 5.7 2.3 Beykoz Koru 0 1.7 0 0 3.3 0 0 3.3 1.0 Arnavutköy 0 0 6.7 0 2.7 3.3 10 3.3 3.3 Dolmabahçe 0 1.7 0 0 0 0 0 0 0.2 Küçükçekmece 0 0 6.3 0 0 0 3.3 3.3 1.6 6/28
KAPASİTE (kişi) Tablo 3. Kapasite ile ortalama atık yağ miktarı arasındaki ilişki SOSYAL TESİSLER KAPASİTE ORTALAMA (kişi) (kg) Avcılar 370 - Arnavutköy 260 3.3 Başakşehir 300 - Beykoz 510 2.6 Beykoz Koru 1150 1.0 Çamlıca 1470 2.1 Dolmabahçe 130 0.2 Fethipaşa 900 - Florya 3360 15.7 Gözdağı 400 - Haliç 220 4.4 İstinye 230 1.5 Kartal Dragos 400 2.3 Kasımpaşa 580 4.7 Küçükçekmece 250 1.6 Lojistik (K.çekmece) - 4.8 Zeytinburnu 130-4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 5 10 15 20 ATIK YAĞ MİKTARI (kg) Şekil 1. Kapasite (kişi) ile ortalama atık yağ miktarı (kg) arasındaki ilişki 7/28
Tesisten geldiği zaman Filtre aşaması Filtre kağıdında kalan katı yağ (a) Çamlıca Sosyal Tesisleri Süzülmüş (sol) ve süzülecek (sağ) olan yağ katı yağ Filtre aşaması Filtre kağıdında kalan kalıntılar (b) Florya Sosyal Tesisleri Şekil 2. Sosyal Tesislerden alınan atık yağlardan bazıları 8/28
Şekil 3. Transesterifikasyon deney düzeneği (a) soğuma aşaması (farklı tesislerden alınan farklı özellikteki yağlardan elde edilmiş reaksiyon karışımlarının fiziksel özelliklerindeki farklılık) 9/28
biodizel faz gliserin faz (b) faz ayrımı için bekleme aşaması Şekil 4. Transesterifikasyon reaksiyonu sonrası GC analizi : GC analizleri, Varian marka 450-GC model GC de, CP-9080 (30mx0.32mmx0.25µm) kapiler kolon ve standart metot kullanılarak kendi laboratuarlarımızda gerçekleştirilmiştir. Enjeksiyon port sıcaklığı 250C, split oranı: 100, detektör sıcaklığı: 250C, fırın sıcaklığı: 210C (izotermal) olup FID detektör kullanılmıştır. Süperkritik Metanol Ortamında Reaksiyon : Süperkritik alkol ortamında sürekli sistemde biodizel üretimini içeren deneyler; kısmen Yıldız Teknik Üniversitesi BAPK (no: 25-07-01-03) tarafından desteklenmiş olan ve kısmen de TÜBİTAK 107M243 nolu proje kapsamında desteklenmekte proje kapsamında kurulan düzenek kullanılarak gerçekleştirilmiştir (Şekil 5). Sistem; alkol ve yağ depolarından, iki adet yüksek basınç pompasından, bir adet boru tipi yüksek sıcaklık fırınından oluşmaktadır. Fırın sıcaklığı ±1ºC de PID kontrol edici ile sistem basıncı ise BPR ile kontrol edilmektedir. Deneylerin gerçekleştirildiği paslanmaz çelik boru tipi reaktör ise 136 ml lik bir iç hacme sahiptir. Önceki çalışmalarda elde edilen sonuçlara bağlı olarak estere dönüşümü etkileyen parametreler; basınç, sıcaklık ve debi olarak seçilmiştir. Deneylerde, sosyal tesislerden alınan atık yağlar, birbiriyle karıştırılarak kullanılmıştır. Reaksiyon koşullarını belirlemek içinse Shimoyama ve ark. nın + (2007) yapmış olduğu çözünürlük çalışmasından (Şekil 6) yola çıkılarak (T>270C, P>85 bar olmalı) basınç 200-250 bar, sıcaklık 350-400C, debi 0.6-1.0 ml/dak. aralığı olarak seçilmiştir. Reaktörde kalma zamanı ise reaksiyon koşullarının değişimine bağlı olarak ve Mathcad 14.0 programı kullanılarak yapılan bir hesaplama yöntemi ile tespit edilmiştir. Bu hesaplamaya göre reaktörde kalma zamanı 15.49-25.87 dak. arasında değişmektedir. 10/28
Şekil 5. Sürekli sistemde süperkritik alkol ortamında biodizel üretimi akış şeması Şekil 6. Shimoyama ve ark. nın (2007) yapmış olduğu çözünürlük çalışması + Shimoyama Y., Iwai Y., Jin B.S., Hirayama T., Arai Y., Measurement and correlation of vapor liquid equilibria for methanol + methyl laurate and methanol + methyl myristate systems near critical temperature of methanol, Fluid Phase Equilibria, 257 (2007) 217-222 11/28
Bu aşamada yapılan deneylerde, yağ ve alkol, yüksek basınç pompaları yardımıyla ayrı ayrı reaktöre beslenilmiş, reaksiyon süreci başlatılmadan önce sistemin çalışma koşulları açısından dengeye gelmesi için beklenilmiştir yani yaklaşık 160 ml lik numunenin sistemi süpürmesi için beklenilmiştir. Reaksiyon sürecinde ise her bir koşul için 1 saat boyunca numune toplanılmıştır. Reaksiyona girmeyen fazla alkol, döner buharlaştırıcıda geri kazanıldıktan ve gliserin faz ayrıldıktan sonra numuneler, GC de analiz edilmiştir. Sonuç olarak, deneylerde %60 ester içeriği üzerine çıkılamadığı yani dönüşümün seçilen reaksiyon koşulu aralığında tam olarak sağlanamadığı gözlenmiştir. Yapılan bu denemelere ait değerlendirme sonucunda; seçilen debi aralığının reaktörde (136 ml) yağ ve alkol fazların tam karışmasını (yani tek faz olmasını) sağlayamadığı görüşüne varılmıştır. Bu noktadaki en önemli ayrıntı, mevsim dönüşümüdür. Her ne kadar reaksiyon yüksek basınçta ve kapalı ortamda gerçekleşse de yağ ve alkolün pompaya beslenme aşaması (plastik hortumla sağlanmaktadır) dış ortama açıktır (Şekil 7) ve mevsim dönüşümüne bağlı olarak lab. koşullarındaki sıcaklık farkından etkilenmekte, yağ donma eğilimine geçmektedir. karıştırma besleme Şekil 7. Deney düzeneğinde değişiklik Bu noktada, bir çözüm yolu olarak, iki yüksek basınç pompasından biri iptal edilmiş ve yağ ile alkol, manyetik karıştırıcıda karıştırılarak tek pompa üzerinden reaktöre beslenilmiştir. Çalışma koşullarında basınç ve sıcaklık aralığı aynı kalmakla birlikte, karışım oranı hacimce 1:1.5 yağ:metanol oranı olarak seçilmiş ve 0.6-1.0 ml/dak lık debiler için reaksiyonlar gerçekleştirilmiştir. GC analizleri sonucunda yine pek bir iyileşmenin gerçekleşmediği gözlenince de karışım oranı hacimce 1:1 yağ:metanol oranı olarak yeniden düzenlenmiş ve debi taraması yapılmıştır. Sonuçta, 250 bar ve 400C de, hacimce 1:1 yağ:metanol oranı için dönüşüm; %98 in üzerinde elde edilmiştir. Bununla birlikte, yavaş debilerde, reaksiyon sırasında daha fazla su oluşumu gözlenildiği ve bu da işlemlerin artmasına (Na 2 SO 4 ve Ca(OH) 2 den geçirerek filtre etme) neden olduğu için emisyon testine gidecek 5 L lik numune, 1 ml/dak lık debide toplanılmıştır. 12/28
Analiz aşaması : Emisyon testine gidecek numunenin biriktirilmesi aşaması yaklaşık 1 aylık dönemi kapsadığı için numunenin emisyon testine gitmeden önceki son özellikleri yeniden tespit edilmiştir. Buna göre, numunenin nem içeriği= Şekil 8. Nem tayin cihazı Şekil 9. Viskozimetre Şekil 10. Oksidasyon stabilitesi test cihazı (Rancimat 743 model) 13/28
numunenin nem içeriği=530 ppm (<500, standart değere yakın) FFA=0.37 (<0.5, standart değere uygun) =0.836 (20C, standart değere uygun ) KI=1.4540 (20C, ticari biodizel örneklerine uygun) Oksidasyon stabilitesi = 1.6 h (ticari biodizel örneklerine uygun) ph=6.7 Üst ısıl değeri : 9447 cal/g Alt ısıl değer : 8527 cal/g Ester içeriği : %99 (Şekil 11) Şekil 11. Emisyon testine giden numunenin FAME analizine ait GC kromatogramı 14/28
SONUÇLAR VE YORUM Evsel atık yağlardan süperkritik metanol ortamında biodizel üretiminin amaçlandığı proje, sosyal tesislerden çıkan atık yağların kullanımını da kapsayacak şekilde genişletilmiş ve sistemde yapılan pek çok modifikasyon sonucunda başarıyla tamamlanmıştır. Şekil 12a dan görüleceği üzere numune toplama aşaması son derece berraktır. Reaksiyona girmeyen fazla alkol ortamdan uzaklaştırıldıktan sonra gliserin fazı (Şekil 12c) rahatlıkla biodizel ile faz oluşturabilmektedir. Gliserin faz (Şekil 12d) %95 saflığın üzerindedir. (a) Numune toplama aşaması (b) Faz ayrımı (c) Gliserin fazın gözlenmesi (d) Saf gliserin eldesi Şekil 12. Reaksiyon aşamasından görüntüler 15/28
Şekil 13 den de görüldüğü üzere atık yağlardan ticari olarak transesterifikasyon yöntemiyle biodizel üretimi öncelikle atık yağın kalitesine bağlıdır ve yağın özelliklerinin iyileştirilmesi, üretime geçilmeden önce yapılması gereken en önemli adımlar arasında yer alır. Çünkü atık yağın içerdiği su oranı reaksiyon sırasında sabunlaşmaya (katalizörü fazla oranda harcayacağı için), yağ dışı unsurlar ise reaksiyonun ilerlememesine neden olacaktır. Bununla birlikte kullanılacak katalizörün cinsi ve miktarı da önemlidir. Reaksiyon sonrası çıkan ham gliserin ise %65 saflıkta olup ticari olarak kullanılabilmesi için saflaştırılması gereklidir. Sonuç olarak, yapılan bu çalışma göstermiştir ki süperkritik metanol ortamında biodizel üretimi Şekil 13 de sarı ile işaretlenmiş adımların atlanmasına neden olmaktadır. Katalizör kullanılmadığı için katalizöre bağlı tüm sorunlar da kendiliğinden ortadan kalkmaktadır. Atık yağın içerisinde yüksek oranda su olsa bile suyun varlığı reaksiyonun oluşmasına engel teşkil etmemektedir. Bununla birlikte, reaksiyon sonrasında karışımdan suyun hemen uzaklaştırılması gerekir. Böylelikle, ham biodizelin ekstra iyileştirme işlemlerine tutulmasına da gerek kalmaz. Belki de en önemlisi reaksiyon sonucunda gliserinin saf olarak üretilmiş olması ticari olarak üretim aşamasına bir katma değer sunabilir. Şekil 13. Atık yağdan ticari olarak biodizel üretim prosesi Bu araştırma sonunda çıkarılabilecek diğer önemli bir sonuç ise biodizel üretiminin, sosyal tesislerden çıkan atık yağların bir bertaraf etme yöntemi olarak düşünülmesi durumunda; 1- öncelikli olarak aylık atık yağ üretim miktarları ve kaliteleri ciddi bir takibe alınmalıdır, 2-tesislerden çıkan yağ miktarı tek başına belediye otobüslerinde B5 kullanımını sağlayacak durumda olmadığı için ekstra yağ kaynakları devreye alınmalıdır. 16/28
EKLER EK 1. Reaktörde Kalma Zamanının Hesaplanması T 623 K Çalışma sıcaklığı P 250 bar Çalışma Basıncı Tcc 512.64 Pcc 80.959 R 83.144 wc 0.565 kij 0 a3 0.45724 R2 Tcc 2 Pcc T Tr Tcc a3 1.02604 10 7 2 K 0.37464 1.54226wc 0.26992wc 2 3 1 K 1 Tr a2 b2 a33 0.0778 RTcc Pcc a2 7.96801 10 6 3 0.77658 a2 7.96801 10 6 b2 40.9598 3 2 f( ) b2 3 P b2 2 RT a2b2 3b2 2 P 2b2RT a2 ( b2p RT) P M( P) b2p P RT 3b2 2 P 2b2RT a2 b2 3 P b2 2 RT a2b2 v( P) polyroots ( M( P) ) ( P) v( P) 32 2 V 136 ml P 250 ( P) 0.22697 Çalışma basıncı ve sıcaklığındaki metanol yoğunluğu ro ( P) Fyað 1.1 Fmeoh 0.91 42 Fyað 873 0.792 32 Fmeoh 1.94578 t V Fmeoh 0.792 Fyað1 ro t 17.23735 dak 17/28
EK 2. Emisyon Testi Sonuçları Motor performansı ve emisyon testi Yıldız Teknik Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü Otomotiv Anabilim Dalı Öğretim Üyesi Yrd.Doç.Dr.Muammer Özkan ve ekibi tarafından gerçekleştirilmiştir. Motor performansı ve emisyon testleri için motorin numunesi değerleri referans olarak alınmış olup karşılaştırmalı değerler grafiklerle gösterilmiştir. Beklenildiği gibi NO x değerleri motorinden yüksek çıkmıştır. Motor Performansı : Motorin için : Devir (d/d) Güç (kw) Tork (Nm) Özgül yakıt sarfiyatı (g/kwh) 1800 6.78 35.95 426.71 1575 6.26 37.96 405.29 1400 5.48 37.37 387.78 1230 4.66 36.15 405.63 1030 3.82 35.41 409.52 910 3.26 34.20 452.68 800 2.71 32.39 500.27 710 2.31 31.01 537.57 580 1.58 26.06 671.08 B100 için : Devir (d/d) Güç (kw) Tork (Nm) Özgül yakıt sarfiyatı (g/kwh) 1800 7.23 38.33 432.99 1575 6.46 39.15 409.94 1350 5.29 37.41 455.05 1200 4.49 35.73 435.50 1030 3.81 35.28 426.89 970 3.55 34.92 440.97 910 3.35 35.16 439.99 830 3.05 35.11 453.54 760 2.53 31.80 499.28 640 2.04 30.44 560.28 18/28
8 7 6 5 4 3 Güç D2 Güç B100 2 1 0 0 500 1000 1500 2000 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 500 1000 1500 2000 Moment D2 Moment B100 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 500 1000 1500 2000 Be D2 Be B100 19/28
Emisyon testleri : Motorin için : CO 2 HC NOx Opacity CO (%) (%) (ppm) O 2 (%) (ppm) (%) 1.41 11.93 36.67 2.91 269.00 51.87 1.39 12.43 38.00 2.30 296.00 80.30 1.10 12.30 35.00 2.73 316.33 16.87 0.99 12.27 38.00 2.83 321.33 46.23 1.02 12.20 40.00 2.77 332.67 81.37 1.17 12.03 43.00 2.62 316.33 83.20 1.57 11.83 55.00 2.48 296.00 94.30 2.05 11.80 68.00 2.16 281.50 99.53 2.83 11.20 109.50 2.14 254.00 100.00 B100 için : CO (%) CO 2 (%) HC (ppm) O 2 (%) NOx (ppm) Opacity (%) 0.68 13.15 19.00 2.49 328.00 60.55 0.62 13.40 16.50 2.23 362.50 73.05 0.60 13.00 22.50 2.76 394.00 45.20 0.63 13.05 25.50 2.57 395.00 46.05 0.63 12.95 27.00 2.77 397.50 73.00 0.69 13.15 26.00 2.50 385.00 78.65 0.80 13.25 29.00 2.17 369.00 68.60 1.10 13.20 33.50 1.89 335.00 91.95 1.67 12.95 56.00 1.66 327.00 98.20 2.51 12.45 87.00 1.51 303.50 100.00 3 2.5 2 1.5 1 CO D2 CO B100 0.5 0 0 500 1000 1500 2000 20/28
14 13.5 13 12.5 12 CO2 D2 CO2 B100 11.5 11 0 500 1000 1500 2000 120 100 80 60 40 HC D2 HC B100 20 0 0 500 1000 1500 2000 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 500 1000 1500 2000 NOx D2 NOx B100 21/28
120 100 80 60 40 Opacity D2 Opacity B100 20 0 0 500 1000 1500 2000 22/28
EK 3. Dünyada Biodizel Üretimi ve İzlenen Politikalar AVRUPA ÜLKELERİNE BAKIŞ Toplu taşımacılıkta kullanılan araçlarda biodizelin kullanımı Avrupa da daha çok çevreci kuruluşların katkıları, özel toplu taşıma şirketlerinin üniversitelerle yapmış oldukları ortak araştırmalar sonucu deneme amaçlı olarak başlatılmıştır. Örnek, Ljubljana toplu taşıma şirketi ile Maribor Üniversitesi Mekanik Mühendisliği Fakültesi arasındaki ortak çalışma sonucu 2 otobüs biodizel harmanlarını deneme amaçlı kullanmaya başlamıştır. FRANSA (http://www.civitas-initiative.org) Toulouse kentinde (Fransa) CIVITAS MOBILIS projesi kapsamında Şubat 2008 den itibaren 130 otobüste B30 kullanımı başlatılmıştır. CNG Otobüs Şirketi dizel otobüslerde yaptıkları düzenlemeleri 2009 sonuna kadar bitirmeyi hedeflemektedir. YUNANİSTAN (http://www.crete-region.gr) 23/28
Roma da (İtalya) Şehir Meclisi nin aldığı bir kararla 2800 halk otobüsünün 200 tanesi 2008 in sonuna kadar B20 kullanımına geçmiştir. Neste Oil biodizel firmasının katkılarıyla Helsinki de 25 halk otobüsü B20 kullanımına başlamış olup 2010 yılına kadar 1400 otobüsün 700 kadarının dönüştürülebilmesi için de 100.000 EUR/yıl bütçe ayrılmıştır. Tüm bu bireysel çabaların dışında asıl önemli olan Avrupa Birliği ne bağlı üye ülkelerin almış oldukları ortak kararlardır. Ülkeler, ulusal göstergelerine bağlı olarak kapasite belirlemekte ve satış politikası uygulamakta serbest olmakla birlikte esas hedef 2010 yılında ulaşımda %5,75 oranında bioyakıt kullanımına geçmektir. Bioyakıt kullanımını cesaretlendirmede ise en büyük rol biodizel üretimine ve kullanımına aittir. EU27 raporuna göre [http://www.cres.gr/biodiesel] ; Kullanılan hammaddeler : Bitkisel kaynaklı yağlar (teknik nedenlerden dolayı yaklaşık %85 i kanola olmak üzere ayçiçek, soya, palm), atık bitkisel kaynaklı yağlar, kızartma yağları, hayvansal yağlar (tallow, balık yağı ve yellow grease) kullanılmaktadır. o Kanola üreticisi ülkeler : Fransa, Almanya, İngiltere, Avusturya, Polonya, Ukrayna, İtalya, Çek Cumhuriyeti. Toplam üretilen miktar 15.3 milyon ton (2006-07 sezonu) o Ayçiçeği üreticisi ülkeler : Fransa, Macaristan, İspanya. Toplam üretilen miktar 4.1 milyon ton (2005-06 sezonu) o Soya üreticisi ülkeler : Birçok Avrupa ülkesinde yetiştirilmekte. Toplam üretilen miktar yaklaşık 1milyon ton (2006-07 sezonu) o Palm üreticisi ülkeler : Malezya ve Endonezya. Avrupa ülkeleri tarafından ithal edilen miktar 4.5 milyon ton (2006-07 sezonu). Belçika biodizel pazarı : Belçika biodizel üretimine 2006 da başlamıştır. Bu dönemde kapasite 85 bin ton/yıl iken üretim Haziran 2007 de 335 bin tona, 2008 de ise 660 bin tona ulaşmıştır. o Biodizel üretim hedefi: 380 bin m 3 /yıl (Kasım 2006-Aralık 2012) o Harmanlama hedefi: min. %3,37 (2006), %4,29 (2007) ve sonrası için %5 o Biodizel kullanımı için vergi indirimi: 0,012 /L (toplu taşımacılıkta daha yüksek indirim söz konusu) o Biodizel pazarı, uygulanan üretim kotaları çerçevesinde korunmaktadır. o 2005 yılında 54 bin ton yağlı tohum üretilmesine rağmen ithal edilen kanola tohumu miktarının 765 bin tona ulaşması biodizel üretimdeki en büyük zayıflık olarak tanımlanmıştır. o Limanların varlığı, biodizel hammaddesinin ithal edilmesi konusunda en büyük fırsat olarak görülmektedir. o Toplu taşımacılıkla ilgili şirketlerin henüz biodizele ilgi göstermemesi nedeniyle bu konuda ciddi bir uygulamaya rastlanılmamaktdır. Sadece TEC firmasına ait örnek bir çalışma mevcuttur. Firma tarafından 270 adet yeni otobüs alınmıştır ama bunlar B5 in üzerindeki harmanlamayı kaldıramayacak durumdadır. o Taşımacılıktaki kullanımı ve tarımsal arazi potansiyelinin karşılaştırılması sonucu ülkede 2010 sonrası için herhangi bir biodizel üretim hedefi konulmamıştır. 24/28
Bulgaristan biodizel pazarı : Bulgaristan biodizel üretimine 2001 de SAMPO AD şirketi ile (kapasite 3 bin ton/yıl) başlamıştır. Bu aşamada en çok kullanılan hammadde; lokanta zincirlerinden toplanan atık yağlar olsa da 2006 ya doğru üretim ayçiçeği ve soya yağına doğru kaymıştır. o Bioyakıt kullanım hedefi: %2 (2008 de), %5,75 (2010 da), %10 (2015 de) o Vergi indirimi: 19 Haziran 2007 de yayınlanan kanuna göre biodizel harmanları için vergi alınmayacaktır o 1 Ocak 2008 den itibaren B5 kullanımına geçilmiştir. o Biodizel piyasasında üretim kotası uygulanmamaktadır. o Soya ve kanola bitkileri ülke iklimine uygun olarak henüz yetiştirilemediği ve ayçiçek yağının da yüksek oranda iyot içermesi nedeniyle ciddi hammadde sıkıntısı yaşanılmaktadır. Buna rağmen Enerji Bakanlığı B50 kullanımına destek vermektedir. o Tarım alanlarının enerji bitkilerinin ekimine uygun olması nedeniyle Bulgaristan, biyoyakıt kullanım hedefini daha çok biokütleye dayandırmıştır. Yunanistan biodizel pazarı : Yunanistan biodizel üretimine Aralık 2005 de Hellenic Biopetroleum şirketi ile (kapasite 40 bin ton/yıl) başlamış ve kısa zamanda 9 tesis ile 440 bin ton/yıl kapasiteye ulaşmıştır. o Bioyakıt kullanım hedefi: %5,75 (2010 da), o Biodizel pazarı, uygulanan üretim kotaları çerçevesinde korunmaktadır. o Hammadde: Kanola ve soya yağları (%70-80 oranında) ithal edilmektedir. Yaklaşık %30 oranında yerli üretim pamuk ve ayçiçeği yağları kullanılmaktadır. Son zamanlarda atık yağ kullanımı da üretimde önemli rol oynamaya başlamıştır. o Son kullanıcı tam olarak tanımlanmamış olmakla birlikte hammadde kaynaklarındaki değişim nedeniyle biodizelin kalitesi de sürekli olarak değişmektedir. o Kullanım: 2006 da B2 ile başlamış olup 2009 da B5 e geçilmesi hedeflenmektedir. Avusturya biodizel pazarı : Yaklaşık 326 bin ton/yıl üretim kapasitesine sahip 12 tesis ile biodizel üreten Avusturya kapasitesini 2008 de 406 bin ton/yıl a çıkartmıştır. Biodizel kalitesi konusundaki ilk standartları (1991) koyan bir ülke olarak Avusturya günümüzde max 10mg/kg kükürt ve hacimce %4,4 biodizel içeren dizeli Diesel Bio Plus adıyla satmaktadır. Belçika biodizel pazarı : Biodizele ve bioyakıtlara en çok destek veren ülke olmasına rağmen biodizel üretimine 2004 ün sonlarında başlanılmıştır. Hükümet, kanola yağı üretimini (vergisiz) teşvik etmektedir. Kıbrıs biodizel pazarı : Biri Limasol da (1000 ton/gün) diğeri Larnaka da (5000 ton/yıl) olmak üzere üretim yapan 2 biodizel tesisi vardır. Mayıs 2007 de genetiği değiştirilmiş bitkilerden yapılmış bioyakıtların ithali yasaklandığı için yerel enerji bitkileri konusunda yapılan araştırmalara hız verilmiştir. Çek Cumhuriyeti biodizel pazarı : Avrupa Birliği üyesi olmadan öncesinde biodizel üretimi ve kullanımı konusunda çalışmaların devlet tarafından desteklediği, standartların oluşturulduğu (ČSN 656508) bir ülke olup harmanlama oranı bugün dahi %31 seviyelerindedir. Çek Cumhuriyeti nde 2006 da biodizel üretimi 110 bin ton düzeyinde gerçekleşmiş ve büyük bir kısmı diğer Avrupa ülkelerine satılmıştır. Belki de bu nedenledir ki 1 Ocak 2007 den itibaren B100 kullanımı vergiden muaf hale getirilmiştir. 25/28
Danimarka biodizel pazarı : Emmelev ve Daka adlı 2 biodizel üreticisi firmaya sahiptir. Biodizel üretimine EU kuralları gereği yeni başlamış bir ülke olarak 2005 de 71 bin 2006 da 80 bin ton üretim gerçekleştirmiştir. Estonya biodizel pazarı : Otomobil üreticisi firmaların bioyakıt konusundaki şüphelerinden dolayı biodizel üretimi konusunda fazla gelişmenin yaşanmadığı bir ülkedir. 2005 de 7000, 2006 da bin ton üretim gerçekleştirmiş olup %85 ini diğer Avrupa ülkelerine satmıştır. Finlandiya biodizel pazarı : Bioyakıtlar konusundaki hedefi; 2005 için sadece %0,1, 2010 yılı için %2 den daha fazla olmayan bir ülkedir. Hükümetin bioyakıtlar konusundaki negatif yaklaşımına rağmen Neste Oil, biodizel konusunda bağımsız bir üretime geçmiştir. 2012/2017 için hedefi en az 2 milyon ton/yıl kapasiteye ulaşmaktır. Fransa biodizel pazarı : İlk biodizel üretimine 1992 de başlayan Fransa, hem 10 yıldan fazla bir süredir bioyakıtların kullanımının hem de harmanlamanın teşvik edildiği bir ülkedir hem de Avrupa da biodizelin en büyük çıkış noktalarından birisidir. 2006 yılında biodizel üretimi 743 bin ton tüketimi ise 631 bin ton civarında gerçekleşmiştir. Gerekli olan bitkisel kökenli hammaddenin %65 i kanola, %15-20 si ayçiçeği yağı olup geri kalanı soya ve palm olarak ithal edilmektedir. Ülkede B30 harmanları ticari olarak 6000 den fazla ticari araçta kullanılmaktadır. 13 rafineriden 7 sinde %2-5 oranında FAME harmanlaması yapılmaktadır. 1 Ocak 2008 den itibaren ise E85 (%5-7 FAME içeren bioetanol kullanımı) projesi devreye alınmıştır. Almanya biodizel pazarı : Almanya, EU27 kapsamında en büyük biodizel üreticisi olup 2006 Haziran ayında üretim kapasitesi 2.681.000 tona, Temmuz 2007 de ise 4.361.000 tona ulaşmıştır. 1900 den fazla halka satış istasyonu vardır. Satılan biodizelin %40 dan fazlası B5 in altındaki harmanlardan (DIN EN590 standartına uygun) oluşmaktadır. B100 için kullanılan standart DIN EN14214 olup otomobillerde kullanımı için Volkswagen, Audi, Seat ve Skoda, otobüs gibi ağır taşıtlarda kullanımı için DaimlerChrysler, tarımsal araçlarda kullanımı için se diğer firmalar garanti vermektedir. Federal Çevre Bakanlığı nın bioyakıt kullanımında 2020 hedefi %17 olup bu hedefe B100, sentetik bioyakıtlar ve diğer biokütlesel kaynaklar kullanılarak ulaşılması planlanmaktadır. Hükümet, sanayide alternatif yakıt kullanımına ise uzun vadeli bir strateji le ulaşmayı hedeflemektedir. Maceristan biodizel pazarı : 1999 dan beri tarımsal amaçlar için üretilmesine rağmen çiftçiye getirdiği ek maliyet nedeniyle 2003 e kadar biodizel üretimi durdurulmuştur. EU kuralları gereği 2004 te yeniden faaliyete geçilmiş, üretim 2006 da 12 bin tona, 2007 de ise 21 bin tona ulaşmıştır. İtalya biodizel pazarı : İtalya da biodizel üretimi 2006 da 450.000 tona ulaşmıştır, üretimin üçte ikisi ise Almanya, Fransa, Avusturya ve İspanya ya satılmaktadır. En çok kullanılan hammadde (%70 oranında) kanola yağı olup diğer Avrupa ülkelerinden ithal edilmektedir. 26/28
Letonya biodizel pazarı : Biodizel üretimi 2005 te 5000 tondan 2006 da 7000 tona çıkmış olup B5-B30 harmanları kullanılmaktadır. Üretilen biodizelin %71 i diğer Avrupa ülkelerine satılmaktadır. Litvanya biodizel pazarı : Biodizel üretimi 2005 te 7000 tondan 2006 da 10.000 tona çıkmış olup üretilen biodizelin %63 ü diğer Avrupa ülkelerine satılmaktadır. Ayrıca Biofuel Cities adı altında bir yapılanmaya geçilmiştir. Son gelişmelerin paylaşıldığı yedi katılımcıyı da (SenterNovem, EXERGIA, ICLEI, IPiEO, INEM, NEN ve VITO) içeren bu yapıda; bioyakıtlar konusunda araştırmaların ve uygulamaların yapılması, hareketliliğin sağlanması, yerel hükümetlerin özel ihtiyaçlarının belirlenmesi ve bioyakıt politikalarının güncellenmesi esastır (www.biofuel-cities.eu). AMERİKA EYALETLERİNE BAKIŞ Amerika da ise toplumsal büyüme ve daha uzak mesafelere topluca hareket etme isteği, çevresel faktörler, enerji kaynaklarının doğru kullanımı konusu toplu taşıma sistemleri nin oluşturulmasında dikkat edilmesi gereken ana faktörleri oluşturmuştur. Mevcut sistemlerin eskimesi, servis alanlarının ve sıklılığının artması ya da verimliliğinin düzenlenmesi gerekliliği üzerine yapılan araştırmalar bu konuda radikal kararlar alınmasını da zorunlu hale getirmiştir. Bunun üzerine, The Transit Cooperative Research Program (TCRP) taşımacılık alanında planlama, konfigürasyon, cihaz, taşıt, işletme, insan kaynakları, bakım, politika ve hizmetler dahil olmak üzere yakın vadede sunulması gereken acil çözümler servisi kurulmuştur (1992). Bu program çerçevesinde ele alınan konu başlıklarından biri de biodizel kullanımı ile ilgilidir. Öncelikli olarak, soya yağından biodizel üretimi, çevresel etkileri, dizel ile harmanlanması, güvenli kullanımı ve depolanması konuları araştırılmış, dizelden daha pahalı bulunmasına rağmen emisyonlar konusunda gösterdiği başarı nedeniyle incelenmesi gereken alternatif bir yakıt olduğuna karar verilmiştir. İkinci değerlendirme aşamasına kadar - yakıt özelliklerinin, kalite ve performansın belirlenmesi - biodizel yönetim planlaması konusunda gerekli kaynakların oluşturulması - bölgesel satıcıların belirlenmesi, kalite ve kontrol mekanizmasının oluşturulması, - depolama aşamasında bakteri oluşumunun önlenebilmesi için gerekli katkılar ve miktarının belirlenmesi, - periyodik yakıt testlerinin neler olacağı, - yöresel iklim koşullarına bağlı olarak harmanlama yüzdesinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Son yıllarda ise daha çok yenilenebilir enerji kaynaklarını ve enerji verimliliğini içeren programlar çerçevesinde toplu taşımacılıkta kullanılan otobüslerde biodizel kullanımını başlatılmıştır. Örneğin, 27/28
Bölge/Eyalet Belediyeye ait araç sayısı Biodizel Başlangıç (adet) kullanım modeli tarihi Orlando 290 halk otobüsü B20 Kasım 2008 Arlington County, 350 araç (125 i okul servis B20 Virginia otobüsü) City of Flagstaff, 160 araç B20 Ağustos, 2003 AZ Medford, New 40 sarı renkli okul servis B20 1997 Jersey, otobüsü Olympia, Illinois 33 sarı renkli okul servis B2 Ağustos, 2002 otobüsü Clark County, 1,200 sarı renkli okul servis B20 Mayıs, 2003 Nevada. otobüsü South Florida 10 lokomotif içeren tren B99 Kasım 2008 Bu formda belirtilen bilgilerin doğruluğunu ve uygunluğunu bilgilerinize sunarım. Yrd.Doç.Dr.Nalan A.AKGÜN 28/28