YAĞ TUTUCULARDAN ELDE EDİLEN YAĞLARDAN BİYODB YODİZEL ELDESİ VE KALİTES TESİ Yrd. Doç.. Dr. Hidayet OĞUZO Prof. Dr. Hüseyin H ÖĞÜT Arş.. Gör. G Tanzer Eryılmaz Yrd. Doç.. Dr. Hakan Okyay Mengeş SELÇUK ÜNİVERSİTESİ biyodizel@selcuk.edu.tr BİYOYAKITLAR SEMPOZYUMU 6 NİSAN 2007 ANKARA 1
GİRİŞİŞ Dünya da 20 milyon ton civarında bitkisel ve hayvansal yağı ğın n kızartma k amaçlı kullanıld ldığı bilinmektedir. Bu miktarın büyük k bir kısmk smı,, evsel tüketimden t ziyade endüstriyel işletmelerde tüketildit ketildiği i halde, kullanımdan çekilen yağlar ların geri dönüşümünün d n sağlanmas lanması çok kolay olmamaktadır. 2004 yılıy için in Avrupa Birliği Ülkeleri nde toplanabilen kullanılm lmış kızartma yağı potansiyeli 0,7-1 1 Milyon Ton olarak bildirilmiştir. Oysa 2004 yılıy için in Dünya D biyodizel üretimi 1,6 Milyon Ton ve kullanılan lan tüm t m hammaddeler içinde i inde kullanılm lmış yağlar ların payı %1 olarak verilmiştir. (Turkay( Turkay,, 2006) Türkiye de toplam yılda y 1.5 Milyon ton bitkisel yağ tüketilmekte ancak bunun 300-350 350 bin tonu geri kazanılabilir niteliktedir. 2
Atık k bitkisel yağlar özellikle lokanta, fastfood, hazır r yemek hazırlama merkezleri, otel/motel ve evlerde çok miktarda ortaya çıkmaktadır. Bunların şehirlerde atık k su kanallarına gitmesi durumunda hem kanalların tıkanmasına na hem de toprak ve suların kirlenmesine neden olmaktadır. 3
Ekonomik değeri eri olan bu atık k yağlar ların toplanıp p depolanıp p tekrar katma değer er oluşturmas turması mümkündür. Bu amaçla yağ tutucular geliştirilmi tirilmiş ve buradan elde edilen yağlar sabun yapımında biyodizel hammaddesi gibi insan sağlığı ığını tehdit etmeyecek alanlarda değerlendirilmelidir. erlendirilmelidir. 4
AMAÇ Bu çalışmada yağ tutucu imal eden bir firmadan temin edilen bir yağ tutucu Selçuk Üniversitesi Ziraat Fakültesi bünyesinde b bulunan öğrenci kantininin lavabo altına bağlanm lanmış ve gönderilen g yağlar ların n tutulması sağlanm lanmıştır. Burada biriken yağlar alınarak biyodizel üretilmiş ve üretilen biyodizelin yakıt özellikleri incelenmiştir. 5
AMAÇ Evsel atık k su kirliliğinin inin %25 i i bitkisel ve hayvansal atık k yağlar ların n kanalizasyona dökülmesinden ileri gelmektedir. Denize, akarsuya ve göle g ulaşan an bitkisel atık k yağlar, kuşlara, balıklara ve diğer canlı türlerine zarar vermektedir. (Özt( ztürk 2004) Dolayısıyla yla bu gibi tesislerin kanala bağlant lantı kısımlarında yağ tutucu kullanılmal lmalıdır. Bu tür t yağlar ların n kanala dökülmesi d önlenebildiği i takdirde atık k suların n kirlilik yüküy düşecektir. 6
Kızartma yağı ğının n duman oluşturma potansiyelini; Üründeki bitkisel yağı ğın n bileşeni, eni, Yabancı maddelerin mevcudiyeti, Yağı ğın ısıtıldığı sıcaklık, k, Yağdaki tuz miktarı, Yağı ğın kullanım m süresi, s Yağı sıcak tutma süresis Yağı ğın depolanması (oksijene, ışığa a ve sıcakls caklığa maruz kalma süresi) s etkiler. 7
Her atık k yağ farklı özellik taşı şır Kullanılm lmış Kızartma Yağı ğı genel bir terimdir. Herhangi bir kızartma k yağı ile üretilen biyodizel numunesi diğer kızartma k yağlar larından üretilenleri temsil edemez. Her kızartma k yağı serbest yağ asidi içerii eriği, i, toplam polar madde ve toplam polimer madde içerikleri i ile tarif edilmelidir. 8
Kızartma İşlemi SırasS rasında Yağda Oluşan Değişimler imler Hidroliz Oksidasyon Oksidatif Polimerizasyon Termal Polimerizasyon Kullanılmış yemeklik yağlarda Serbest Yağ Asidi (FFA) içeriği, bitkisel yağlara göre yüksektir. Ham bitkisel ve hayvansal yağlar kızartıldıklarında, trigliseritler ısının ve suyun etkisiyle hidroliz olur ve FFA oluşur. 9
GIDADA KULLANILACAK KIZARTMALIK YAĞLARIN ÖZELLİKLERİ Ülke Toplam Polar Madde (%) Toplam Polimerik Madde (%) Oksitlenmiş Yağ İçeriği (%) Asit Sayısı Dumanlama Noktası Yüksek Sıcaklık ( o C) Fransa <25 Avusturya <27 <1 <2.5 <170 <180 Belçika <25 <10 <5 <170 <180 Almanya <24 <0.7 İspanya <25 Macaristan <25 İtalya <25 <180 Hollanda <27 <16 <4.5 Portekiz <25 Kaynak: Biyoyakıt Dünyası Dergisi 10
KULLANILMIŞ BİTKİSEL VE HAYVANSAL YAĞLARIN DEĞERLEND ERLENDİRİLMESİ Kullanılm lmış bitkisel ve hayvansal yağ atıklar klarının n geri dönüşüd yapılarak; Biyodizel Arap sabunu, üretiminde kullanılmaktad lmaktadır. 11
Biyodizel; Tarımsal boyuttan farklı olarak, enerji, çevre, toplumsal, ekonomi, sanayi ve askeri alanlarda dikkate alınmas nması gereken konulardır. r. 12
Çevre açısından a biyodizel: Hava, su, toprak kirliliği i ile mücadele, m Organik esaslı atık k yağlar ların n değerlendirilmesi, erlendirilmesi, Kentsel altyapının n korunması, Yeraltı sularının n korunması, Küresel ısınmanın n azaltılmas lması ve Çevresel yüklerin y paylaşı şımı 13
Biyoyakıtlar tların n gelişimini imini engelleyen ana faktörler Biyoyakıtlar tların n gelişimini imini engelleyen iki ana faktör r vardır. r. Bunlar; Hammadde yetersizliği i ve Maliyet yüksekliğidir. 14
BİYODİZEL MALİYET YAPISI (%) Yağ 84 Kimyasallar 7 Su/Elektrik 4 Sabit giderler 5 100 Yapılan çalışmalarda yeni yağdan üretilen biyodizelin maliyetinde hammadde %85 gibi önemli bir paya sahiptir. Özellikle biyodizel üretiminde atık bitkisel yağların kullanılması durumunda hem ham maddeden kaynaklanan yüksek maliyet aşağılara çekilmiş hem de hammadde 15 temini konusuna destek sağlanmış olacaktır.
ATIK YAĞ TOPLAMA YÖNETMELY NETMELİĞİ Çevre Yönetimi Y Genel MüdürlM rlüğü tarafından hazırlanan Bitkisel Atık k Yağlar ların n Kontrolü Yönetmeliği 19.04.2005 Tarih ve 25791 sayılı Resmi Gazetede Yayınlanarak yürürlüğe e girmiştir. Atık k Bitkisel Yağlar ları; ; Sabun, ve Biyodizel üretimine yönlendiren Bu yönetmelik y çerçevesinde, evesinde, Belediyeler ve Valilikler tarafından lokantaların, n, yemekhanelerin, otellerin vs. izinli toplayıcılarla larla yılly llık k sözles zleşme yapmaları devam ederken, Belediyelerin, 2008 yılından y itibaren kullanılm lmış kızartmalık k yağlar ların n hanelerden toplanması için in gerekli sistemi kurmaları,, halkı bu konuda bilgilendirmesi ve toplama faaliyetlerini başlatmas latması öngörülmektedir.( lmektedir.(öğüt t ve Oğuz, O 2006) 16
Yağ tutucular Bu yönetmelikte yağ tutucular önemli bir yer tutmaktadır. Yağ tutucuların n küçük üçük k (ev) ve büyük b ölçekli olanları vardır. r. Yağ tutucular, atık k sulardaki yağı ğın n fiziksel yöntemler y ile giderilmesi amacıyla imal edilen çelik yağ ayırma birimidir. Fiziksel özelliğinden inden dolayı (suya göre g yoğunlu unluğu u az olduğundan) undan) yağı ğın ünitenin yüzeyinde y toplanması sağlan lanır. Yağlı su, yağ tutucu tankı içinden inden geçirilir. Akış sırasında, yoğunlu unluğu u suyun yoğunlu unluğundan undan daha küçük üçük k olan yağ zerrecikleri yağ tutucunun yüzeyine y doğru yükselir. y 17
Çalışmada METUSAN firmasından temin edilen küçük ölçekli bir yağ tutucu Selçuk Üniversitesi Ziraat Fakültesi öğrenci kantinindeki lavaboya bağlanmıştır. 18
19
YAĞ ÇIKIŞI SU ÇIKIŞI 20
Yağ tutucu önce öngörüldüğü şekilde suyla doldurularak teraziye alınmış ve gönderilen yağların tutulması sağlanmıştır. Yağ tutucudan atık suyun geçirilmesi sırasındaki hız, ünitenin boyutları belirlenirken esas alınacak temel ölçüt olmaktadır. 21
Haznenin boyutları, yağ tutucu çıkışına kadar, atık su içindeki yağın, yüzeyde toplanmasını sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. Ünite üzerine toplanan yağ, ayarlanabilir bir vana vasıtasıyla sistemden alınmaktadır. 22
AYRILAN YAĞIN TEMİN ŞEKLİ VE ÖZELLİKLERİ Çalışmada Selçuk Üniversitesi Ziraat Fakültesi öğrenci Kantininde kullanılan lan kızartma k yağı ğı, vinterize ayçiçek yağı olup, ayrı ayrı pişirme irme kaplarında patates ve köfte k kızartma k işlemleri 5 er 5 defa yapıld ldıktan sonra yağ değiştirme yapılmaktad lmaktadır. Patates kızartmalark zartmalarında patates yağı emdiği i için i in her kızartma k işlemi başlang langıcında nda yeni yağ ilave edilmektedir. 5 kez kızartma yapıld ldıktan sonra, ortalama patates kızartk zartılan kaptan 1,5 litre ve köfte k kızartk zartılan kaptan 1,5 litre olmak üzere toplam 3 litre atık k yağ lavaboda mevcut olan bir süzgeçten geçirilerek yağ ayırma kabına gönderilmig nderilmiştir. Toplam 12 litre atık k yağ,, yağ ayırıcıya ya gönderilmig nderilmiştir. Atık yağ gönderildikten yaklaşı şık k 12 saat sonra yağ ayırıcının yağ alma kısmk smından atık k yağ alınm nmıştır. 23
BİYODİZEL ÜRETİMİ VE KALİTES TESİ Üretime başlamadan önce titrasyon işlemi yapılarak gerekli katalizör r miktarı belirlenmiştir. Daha sonra transesterifikasyon reaksiyonuna geçilmi ilmiştir. Alkol olarak metanol (CH3OH), katalizör r olarak Sodyum hidroksit (NaOH( NaOH) ) kullanılm lmıştır. Reaksiyon sıcakls caklığı 60 C C ve reaksiyon süresi s 1 saat olacak şekilde gerçekle ekleştirilmiştir. tir. Reaksiyon sırasında kondenser kullanılarak larak buharlaşan an alkolün n geri kazanımı sağlanm lanmıştır. Reaksiyon kontrollü şartlarda iki kademeli olarak gerçekle ekleştirilmiştir. tir. 24
Reaksiyon süresi s sona erdiğinde, inde, karışı ışım m reaksiyon kabından alınıp p dinlendirme kabında bekletilmiştir. tir. 40 dakika içinde i inde gliserin-ester ester faz ayrış ışması olmuştur. Yoğunlu unluğu u fazla olan gliserin dibe çökerken, ester üst kısımda k kalmış ıştır. Karışı ışım, ayrış ışmanın n tam olabilmesi için i in bekletme kabında bir gün g n boyunca bekletilmiştir. tir. Daha sonra, gliserin esterden ayrılm lmış ve çıkan gliserinin miktarı ölçülmüştür. Geriye kalan esterin yıkama y işlemine i lemine tabi tutulmuştur. tur. Yıkama Y işleminde 45 C C sıcakls caklıkta kta saf su kullanılm lmıştır. Su ilavesinden sonra hafifçe çalkalanmış ve bekletilmiştir. tir. Yıkama Y işlemi i dört d kez yapılm lmıştır. Yoğunlu unluğu u daha yüksek y olan su dibe çökerken, ester üst kısımda k mda kalmış ıştır. Elde edilen biyodizelin yakıt özellikleri Selçuk Üniversitesi Ziraat Fakültesi bünyesinde b bulunan DPT 2004/7 nolu proje kapsamında kurulan biyodizel laboratuarında incelenmiştir. 25
SONUÇ Atık k yağdan üretilen biyodizelin ürün dönüşüm m yüzdesi y bitkisel yağlar larınkine çok yakın n olarak belirlenmiştir. Elde edilen gliserinlerin yoğunluklar unluklarına na bakıld ldığında, aralarında önemli fark olmadığı görülmektedir. 26
Atık k Yağ ve Bunlardan Üretilen Biyodizelin Yakıt Özellikleri Atık k Yağ Biyodizel Motorin Yoğunluk 15 ºC de (kg/m 3 ) 923,2 890,7 837,2 Kinematik Viskozite (mm 2 /s) 40 ºC de 37,08 5,8 2,83 ph 5 6 5 Bulutlanma Noktası (ºC) - 2,5-8 Akma Noktası (ºC) - -6,5-18 Donma Noktası (ºC) - -9,5-20 Bakır Şerit Korozyonu (Korozyon Derecesi) - 1a 1a Parlama Noktası (ºC) - 121 68 Soğuk Filtre Tıkanma Noktası (SFTN-CFPP) (ºC) - -9-8 Su Muhtevası (mg/kg) 552,55 375,60 23 İyot Sayısı - 100,73 - Isıl Değer (MJ/kg) 38,771 39,053 45,603 27
Kullanılm lmış kızartma yağı ğının n sağlık açısından ömrünü doldurur doldurmaz çekilmesi hem insan sağlığı ığını olumsuz yönde etkilemesi önlenmiş olacak hemde atık k yağdan üretilecek biyodizel için i in uygun hammadde olacaktır. 28
Sonuç olarak ev ve kantin türüt yerlerde yağ tutucu marifeti ile ayrılan atık k yağlardan standartlara uygun biyodizel üretmek mümkündür. Böylece atık k yağlar ların n standartlara uygun biyodizele yönlendirilmesi y ile ekonomik bir bertaraf işlemi i gerçekle ekleştirilebilecektir. 29
Yrd. Doç.. Dr. Hidayet OĞUZO Prof. Dr. Hüseyin H ÖĞÜT Arş.. Gör. G Tanzer Eryılmaz Yrd. Doç.. Dr. Hakan Okyay Mengeş biyodizel@selcuk.edu.tr 30