BİYODİZEL BİYOETANOL BİYOGAZ Prof. Dr. Bülent B KESKİNLER
BİYODİZEL
Biyodizel Üretim Prosesleri Kesikli (500-10000 ton/yıl) Yarı kesikli Sürekli (>30000 ton/yıl)
1. Homojen Kataliz a) Asit katalizör: H 2 SO 4, alifatik ve aromatik sülfonik asitler, Lewis asitleri *Ön esterifikasyon; A:Y=11:1 (mol olarak), T=65-70 0 C, t = 3 saat *Transesterifikasyon; A:Y=30:1 (mol olarak), T=65 0 C, t = 50 saat b) Bazik katalizör: NaOH, KOH, NaOCH 3 2. Heterojen Kataliz: Alkali metal oksitler, alkali metal karbonatlar, toprak alkali karbonat ve oksitler, kuvvetli anyon değiştirici reçineler, silikatlar. 3. Süper Kritik Metanol: 350-400 0 C, P > 400 atm. Reaksiyon süresi: 4 dak. Alkol:Yağ=42:1 (mol olarak), Katalizörsüz sistem. Süper kritik şartlar altında metanol CH 3 O - ve H + ya dissosiye olur. 4. Biyolojik Prosesler a) Lipaz enzimi b) Mikroorganizma: Rhizopus türleri A:Y=4:1, T=30 0 C 5. Yüksek basınç ve sıcaklık prosesleri: P = 100 bar, T= 250 0 C, Alkali kataliz, A:Y=20:1, %20 FFA, ön arıtım gerektirmez.
Bazik Homojen Kataliz Prosesleri 1. Reaksiyon 2. Gliserol ayrılması 3. Biyodizelin saflaştırılması 4. Sabun kontrolü Reaksiyon Hızında Tek Fazın Önemi Co-solvent ilavesi Ultrasonik karıştırma
Az alkol kullanımı. Yüksek ester verimi Doğal rafinasyon Kademeli Alkol İlavesi Alkol Pigmentler Sabun mono ve digliseridler Katalizör GLİSERİN Fosfolipidler
100 80-85 K A G Zaman (dakika) Ester Verimi (%) Çift Faz (Y+A) Tek Faz Çift Faz (ME+G) 10-15 1. Alkol ilavesi Hızlı Karıştırma 3 2. Alkol ilavesi 10
Gliserinin Ayrılma Hızı Sıcaklık Alkol miktarı Katalizör türü ve miktarı Safsızlıklar (Sabun, fosfolipid vb.) Reaksiyon karıştırma hızı ve süresi Çökelme anındaki karıştırma hızı
Biyodizelin Saflaştırılması Su ile yıkama ve kurutma Katı adsorbent ile filtrasyon İyon değiştirici reçineler Nötralizasyon ve proses seçimi ile saflaştırma
Lurgi Prosesi Transesterification High Lights of the LURGI - Process Reactor 1 Reactor 2 Oil Biodiesel Glycerin CROSS-FLOW (Patented) Wash Column Methanol Catalyst Methanol Recovery Glycerin Water Closed WASH- WATER loop Glycerin Water Evaporation Crude Glycerin LPSI Copyright 2003 Biodiesel Capabilities page 18 Santrifüj gerektirmez, Sıcaklık 60 C Katalizör sodyum-metilat, Sürekli proses Rafine yağ kullanılır. Su ile yıkama
CD Prosesi NaOH, Rafine yağ,sıcaklık 60-75 Çöktürme ve santrifüj,su ile yıkama,sürekli proses
BIOX Prosesi H 2 SO 4 NaOH,Y.Yağ asidi,esterifikasyon 60 C transesterifikasyon 25 o C, 30 kat alkol fazlası ve THF,santrifüj yok,sürekli proses
Esterfip Prosesi Sıcaklık 230 C,santrifüj gerekmez,aşırı alkol,katı katalizör,saflaştırma gerekli,daha temiz gliserol
BİYOETANOL
Biyoetanol Nedir? Biyoetanol buğday sapı, sebze atıkları, mısır, patates, şeker kamışı gibi biyokütleden üretilen bir üründür. Etanol renksiz, berrak, yanıcı bir sıvı olup, biyolojik olarak bozunur ve çevre açısından bir tehdit oluşturmaz. Etanol yüksek oktanlı bir yakıttır ve petrolde bir oktan artırıcı olarak kullanılmaktadır. Etanol ile benzini karıştırarak emisyonu azaltmak ve tam bir yanma sağlamak mümkündür.
Biyoetanol Üretiminde Kullanılan Hammaddeler, İşlemler ve Yan Ürünler Kaynak: Bahadır Bulut, YTÜ
Biyoetanolün Avantajları Yerli, yenilenebilir bir yakıt kaynağıdır. Temiz bir yakıt kaynağıdır. Petrol için dışa bağımlılığı azaltır. Düşük maliyet ile yakıt oktan sayısını artırır. Genelde bütün araçlarda kullanılabilir. Üretimi ve muhafaza edilmesi kolaydır. Biyoyakıtlar fosil yakıtlardan % 40-80 daha az sera gazı yayar. Asit yağmurunu azaltır. Daha az su kirliliği oluşturur. Daha az atık oluşturur.
Biyoetanol Üretim Yöntemleri Asit hidroliz : Bu yöntem seyreltik asit hidrolizi ile şeker üretimini takip eden selülozun konsantre asit dekristalizasyonuna dayanmaktadır. Daha sonra fermantasyon işlemi ile şeker etanole dönüştürülür Enzimatik hidroliz : Biyokütlenin enzimatik hidrolizi için yapılan önemli bir proses modifikasyonu bir çok şeker substratın birlikte fermente olmasını sağlayan eş zamanlı sakkarifikasyon ve fermantasyon işleminin geliştirilmesidir. Bu işlemde selülaz ve fermente edici organizmalar birleştirilmektedir. Şekerler meydana geldikçe fermente edici organizmalar şekerleri etanola dönüştürür. Gazlaştırma ve fermentasyon : Biyokütle yüksek sıcaklıkta gazlaştırma ile CO, CO 2 ve H 2 gibi sentez gazlarına dönüştürülebilir. Anaerobik bakteri sentez gazlarını etanola dönüştürmek için kullanılır.
BİYOGAZ
Anaerobik Arıtma Anaerobik arıtma, mikroorganizmaların organik atıkları, serbest oksijensiz bir ortamda, metan, karbondioksit, hücresel ve diğer organik maddelere çevirdiği biyolojik bir işlemdir. Anaerobik Bozundurma sürecinde işlenen organik maddelerin her hangi bir toksik, tehlikeli, vb. atık ve patojen içermediği durumlarda, elde edilen toprak iyileştiricisi, fiber ve gübre organik tarım uygulamalarında kullanılabilir. Organik madde + H 2 O Anaerobik mikroorganizmalar CH CH4 + CO 2 + NH 3 + H 2 S + Yeni hücreh Organik maddelerin anaerobik arıtımı sonucu ortaya önemli bir temiz/alternatif enerji kaynağı olan biyogaz (% 20-30 CO 2, % 60-79 CH 4, % 1-2 H 2 S) çıkar. Kaynak: Prof. Dr. Göksel N. Demirer, ODTÜ Çevre Mühendisliği Bölümü
Anaerobik biyolojik bozunma üç aşamada gerçekleşen bir biyokimyasal işlemdir. Bu aşamalar (1) Hidroliz: kompleks organik maddelerin çözünmüş organik bileşiklere dönüşümü; (2) Asit oluşumu: çözünmüş organik maddelerinden uçucu yağ asitlerinin (ağırlıklı olarak asetik, propiyonik ve bütrik asitler) oluşumu; ve (3) Metan oluşumu: uçucu yağ asitlerinin metan ve karbondioksite çevrimi olarak özetlenebilir. H 2, CO 2 METANOJENESİS KARMAŞIK ORGANIK BİLEŞİKLER (Karbohidratlar, Proteinler, Lipidler, vd..) 1 HİDROLİZ BASİT ORGANİK BİLEŞİKLER (Şekerler, Aminoasitler, Peptidler, vd.) 1 ASİDOJENESİS UZUN ZİNCİRLİ YAĞ ASİTLERİ (Propiyonat, Bütrat, vb.) 2 ASETOJENESİS 3 ASETOJENESİS ASETAT 4 5 METANOJENESİS CH 4, CO 2 Metanojenik Bakteri BİYOGAZ
(Kaynak: http://www.biogasworks.com/)
Anaerobik Arıtıma Tabi Tutulabilen Atık Türleri Arıtma Tesisi Çamurları Tarımsal atık ve artıklar Evsel Organik Katı Atıklar Endüstriyel Atıklar
Anaerobik arıtmanın kullanıldığı bazı endüstriler Alkolsüz İçecekler Peynir ve süt ürünleri Et kesimi ve paketleme Petrokimya Patates işlenmesi Şeker Kağıt Organik kimyasallar Tekstil Bira ve Şarap Zeytinyağı Et Paketleme Nişasta Ağaç İşleme Şeker Süt Ürünleri Mezbaha Bira Mayası Donmuş yiyecek Dondurma Hayvan yemi Protein
TEŞEKKÜRLER