BİYOMOTORİN - BIODİESEL

Günümüzde kömür, petrol, doğal gaz gibi fosil kökenli, birincil enerji kaynakları yanı sıra, yeni-yenilenebilir enerji kaynaklarının enerji teknolojisinde değerlendirilmesi konusuna artan bir ilgiye ve uygulama yoğunluğu gösterilmektedir. Yeni-yenilenebilir enerji kaynakları içinde en büyük teknik potansiyele “Biyokütle” sahiptir. Ana bileşenleri karbo-hidrat bileşikleri olan bitkisel ve hayvansal kökenli tüm maddeler "Biyokütle Enerji Kaynağı", bu kaynaklardan üretilen enerji ise "Biyokütle Enerjisi" olarak tanımlanmaktadır. Bitkisel biyokütle, yeşil bitkilerin güneş enerjisini fotosentez yoluyla doğrudan kimyasal enerjiye dönüştürerek depolanması sonucu oluşmaktadır. Fotosentez ile enerji içeriği yaklaşık olarak 3.1021 J/yıl olan organik madde oluşmaktadır. Bu değer dünya enerji tüketiminin 10 katı enerjiye karşılık gelmektedir. Odun (enerji ormanları, çeşitli ağaçlar), yağlı tohum bitkileri (kolza, ayçiçek, soya v.b), karbo-hidrat bitkileri (patates, buğday, mısır, pancar, enginar, v.b.), elyaf bitkileri (keten, kenaf, kenevir, sorgum, miskantus, v.b.), protein bitkileri (bezelye, fasulye, buğday v.b.), bitkisel artıklar (dal, sap, saman, kök, kabuk, v.b.), hayvansal atıklar ile şehirsel ve endüstriyel atıklar biyokütle enerji teknolojileri kapsamında değerlendirilmekte ve mevcut yakıtlara alternatif çok sayıda katı, sıvı ve gaz yakıtlarına ulaşılmaktadır. Biyokütle kökenli, en önemli Diesel motoru alternatif yakıtı biyomotorindir. Biyomotorin ( Biodiesel), biyodizel, Dizel-Bi, Yeşil Dizel adları ile de bilinmektedir.

Bitkisel yağlardan transesterifikasyon reaksiyonu (alkoliz) ile biyomotorin elde edilmektedir. Transesterifikasyon reaksiyonunda yağ, monohidrik bir alkolle (etanol, metanol), katalizör (asidik, bazik katalizörler ile enzimler) varlığında ana ürün olarak yağ asidi esterleri ve gliserin vererek esterleşir. Ayrıca esterleşme reaksiyonunda yan ürün olarak di- ve monogliseridler, reaktan fazlası ve serbest yağ asitleri oluşur. Biyomotorin üretiminde Esterleşme Teknolojisi kullanılmaktadır. Kimya endüstrisi 1853 yılından beri ester üretimini bilmektedir; önemli olan motor biyoyakıtı standart kalitesine uygun ürün eldesini gerçekleştirmektir. Üretim teknolojisinde zorluk bulunmamaktadır. Üretimdeki en önemli nokta biyomotorinin saflık derecesidir. Bu nedenle rafinasyon aşaması önem kazanmaktadır. Biyomotrin üretimi yöntemleri:

Ticari uygulamalarda en çok bazik esterifikasyon yöntemi kullanılmaktadır. Şekil 1’de biyomotorin üretimi şematik olarak sunulmuştur. Üretim teknolojisinde zorluk bulunmamaktadır. Üretimdeki en önemli nokta biyomotorinin saflık derecesidir. Bu nedenle rafinasyon aşaması önem kazanmaktadır. Tüm yağlardan bir ester yapılabilir, ancak her ester BİYOMOTORİN değildir.

Biyomotorin üretimi için ülkemizde teknolojik bilgi yetersizliği ya da başka herhangi bir sorun da yoktur. Yağ teknolojisi endüstrimizin başarılı alanlarından biridir. Biyomotorin ester yapıya sahip, önemli bir yağ kimyasalıdır. Kimya endüstrisinin pek çok alanında olduğu gibi, biyootorin üretimi için küçük veya büyük kapasiteli tesisler, uygun teknoloji seçimi, yerli veya yabancı projelendirme ile kolaylıkla işletmeye alınabilir.Yatırımcıların isterlerse ulaşabilecekleri çok sayıda know-how ve patent de vardır. Biyomotorin sektörü çiftçimizden büyük yatırımcılara uzanan geniş bir yelpazede, herkese açık bir girişim alanıdır. Kara taşımacığında motorin tüketimi fazla olan Türkiye için biyomotorin, tarımsal kaynaklarımıza dayalı, çevre dostu yakıtı özellikleriyle desteklenmesi gereken, önemli bir seçenek ve parlak bir yatırım alanıdır.

Şekil 2’de biyomotorin üretiminde kullanılan hammadde kaynaklarının dağılımı görülmektedir. Buna göre kolza yağı %84 ile en çok kullanılan hammadde olurken, onu ayçiçek yağı %13 miktarı ile takip etmektedir. Soya, palm yağı ve diğer hammaddeler ise üretimde %1’lik paya sahiptir. 00-kolza türlerinden elde edilen kolza yağı (kanola yağı) transesterifikasyonda kullanılan en önemli bitkisel yağ çeşidi olup, kanola yağı yüksek kalitede biyomotorin üretimi için çok uygundur. Almanya ve Avusturya kanola kökenli biyomotorin üretiminde lider ülkelerdir. Ayçiçek yağı Güney Fransa ve İtalya’da, soya yağı ABD’de, palm yağı Malezya’da biyomotorin üretiminde yaygın kullanılmaktadır. ABD, Avusturya ve İngiltere kullanılmış yemeklik yağ kökenli biyomotorin üretimini gerçekleştiren lider ülkelerdir. Biyomotorin üretimindeki en önemli sorun hammaddenin düzenli ve sürekli sağlanmasıdır.

Biyomotorin saf ve motorin-biyomotorin karışımları şeklinde yakıt olarak kullanılmaktadır. Bu yakıtlar aşağıdaki gibi adlandırılmaktadır:

Biyomotorin için EN 14214 ve EN 14213 Avrupa Birliği Standardlarıı ile ASTM D 6751 Amerikan Standardı yürürlüktedir. Ülkemizde EN 14214 Standardı temel alınarak hazırlanmış:

Biyomotorin orta uzunlukta C16-C18 yağ asidi zincirlerini içeren metil veya etil ester tipi bir yakıttır. Oksijene zincir yapısı biyomotorini, petrol kökenli motorinden ayırır. Biyomotorin:

Biyobozunabilirlik:

Biyomotorini oluşturan C16-C18 metil esterleri doğada kolayca ve hızla parçalanarak bozunur, 10 000 mg/l'ye kadar herhangi bir olumsuz mikrobiyolojik etki göstermezler. Suya bırakıldığında biyomotorinin 28 günde %95'i, motorinin ise %40'ı bozunabilmektedir. Biyomotorinin doğada bozunabilme özelliği dekstroza (şeker) benzemektedir.

Toksik Etki:

Biyomotorinin olumsuz bir toksik etkisi bulunmamaktadır. Biyomotorin için ağızdan alınmada öldürücü doz 17.4 g biyomotorin/kg vücut ağırlığı şeklindedir. Sofra tuzu için bu değer 1.75 g tuz/kg vucüt ağırlığı olup, tuz biyomotorinden 10 kat daha yüksek öldürücü etkiye sahiptir. İnsanlar üzerinde yapılan elle temas testleri biyomotorinin ciltte %4'lük sabun çözeltisinden daha az toksik etkisi olduğunu göstermiştir. Biyomotorin toksik olmamasına karşın, biyomotorin ve biyomotorin-motorin karışımlarının kullanımında; motorin için zorunlu olan standart koşulların (göz koruyucular, havalandırma sistemi v.b.) kullanılması önerilmektedir.

Depolama:

Motorin için gerekli depolama yöntem ve kuralları biyomotorin için de geçerlidir. Biyomotorin temiz, kuru, karanlık bir ortamda depolanmalı, aşırı sıcaktan kaçınılmalıdır. Depo tankı malzemesi olarak yumuşak çelik, paslanmaz çelik, florlanmış polietilen ve florlanmış polipropilen seçilebilir. Depoloma, taşıma ve motor malzemelerinde bazı elastomerlerin, doğal ve butil kauçukların kullanımı sakıncalıdır; çünkü biyomotorin bu malzemeleri parçalamaktadır. Bu gibi durumlarda biyomotorinle uyumlu Viton B tipi elastomerik malzemelerin kullanımı önerilmektedir.

Soğukta Akış Özellikleri:

Biyomotorin ve biyomotorin-motorin karışımları, motorinden daha yüksek akma ve bulanma noktasına sahiptir; bu durum yakıtların soğukta kullanımında sorun çıkarır. Akma ve bulanma noktaları uygun katkı maddeleri (anti-jel maddeleri) kullanımı ile düşürülebilmektedir. Biyomotorin-motorin karışımları 4 ?C üzerinde harmanlama ile hazırlanmalıdır. Soğukta harmanlamada biyomotorinin motorin üzerine eklenmesi, sıcakta harmanlama da ise karışımda daha fazla olan kısmın az kısım üzerine eklenmesi önerilmektedir. Eğer harmanda soğumaya bağlı olarak kristal yapılar oluşursa, harmanın tekrar normal görünümünü kazanması için bulutlanma noktası üzerine ısıtılması ve karıştırılması gerekmektedir.

Motor Yakıtı Özellikleri:

Biyomotorin ısıl değeri motorinin ısıl değerine oldukça yakın değerde olup, biyomotorinin setan sayısı motorinin setan sayısından daha yüksektir. Biyomotorin kullanımı ile motorine yakın özgül yakıt tüketimi, güç ve moment değerleri elde edilirken, motor daha az vuruntulu çalışmaktadır. Biyomotorin motoru güç azaltıcı birikintilerden temizleme ve motorinden çok daha iyi yağlayıcılık özelliklerine sahiptir.

Tablo 1’de B100 ve B20 yaşam döngüsü emisyonlarının, motorin emisyonları ile karşılaştırılması verilmektedir. Biyomotorin ve motorin- biyomotorin karışımı kullanımı ile CO, PM, HF, SOx, ve CH4 emisyonlarında azalma, NOx, HCl ve HC emisyonlarında ise artma görülmektedir. Biyomotorin biyolojik karbon döngüsü içinde fotosentez ile karbondioksiti dönüştürür, karbon döngüsünü hızlandırır, ayrıca sera etkisini arttırıcı yönde etkisi yoktur.

Tablo 1. Biyomotorin ve Motorinin Yaşam Döngüsü Emisyonlarının Karşılaştırılması.

HCl ve HF emisyonları motorin ve biyomotorin için oldukça düşük seviyede ve kömür emisyonlarından çok daha düşük değerde olup, çevre için asit tehlikesi oluşturmazlar. Biyomotorinin HC emisyonu, motorininkinden yüksektir. Bu değer biyomotorin üretim süreç aşamalarından (yağlı tohumun ziraati ve işlenmesi) kaynaklanmaktadır. Ancak biyomotorin, motorinden daha düşük HC egzoz gazı emisyonu vermektedir. Egzoz gazı emisyonu yönünden incelendiğinde CO, HC, SOx, PM emisyonlarının motorinden daha az, NOx emisyonlarının ise fazla olduğu görülmektedir. NOx emisyonu katalitik konvertör kullanımı ile azaltılabilir.

Biyomotorininin sahip olduğu özellikler, alternatif yakıtın Diesel taşıt motorları dışında da yakıt olarak kullanımına olanak vermektedir. Biyomotorin bu nedenle, “Acil Durum Yakıtı” ve “Askeri Stratejik Yakıt” şeklinde adlandırılabilir. Biyomotorin:

Kükürt içermeyen biyomotorin seralar için mükemmel bir yakıt olabilir. Ayrıca gıda kurutulmasında da başarı ile kullanılabilir.

Diesel motorunun mucidi Rudolf Diesel (1858-1913) ilk kez, 10 Ağustos 1893’te Ausburg-Almanya’da motorunun denemesini gerçekleştirmiş ve ardından 1898 yılında Paris Dünya Fuarında yer fıstığı yağını yakıt olarak kullanan motorunu sergilemiştir. Rudolf Diesel 1911 yılında “Bitkisel yağların motor yakıtı olarak kullanımının ülkelerin tarımının gelişiminde ciddi bir katkısı olacağını” belirterek, 1912’de “Bitkisel yağların motorlarda kullanımı günümüzde önemsiz görünebilir, ancak bitkisel yağlar zamanla petrol ve kömür katranı kadar önem kazanacak” demiştir. O günlerden bugüne, içten yanmalı motorların ve petrol rafinasyon teknolojisinin hızla gelişimi ile ulaştık. Günümüzde Yeni Nesil Diesel motorlarında dizel yakıtları teknolojinin ulaşabildiği mükemmellik ile kullanılmakta, bitkisel yağlar da en önemli alternatif dizel yakıtı özelliğini taşımaktadır.

İlk biyodizel üretimi 1988 yılında, 500 ton/yıl kapasite ile bir çiftçi kooperatifince, ilk endüstriyel ölçekteki biyodizel üretimi de, 10000 ton/yıl kapasite ile Avusturya’da gerçekleştirildi ve biyodizel üretimi hızla arttı.2005 yılı dünya biyodizel üretimi 4.6 Milyon ton/yıl değerine (AB:2.9 Milyon ton/yıl) ulaşmıştır.Lider üretici Almanya olup, Brezilya ve ABD üretimde atağa geçmiştir. ABD’nin 2004 yılında 95 Milyon Litre olan üretimi 2005 yılında 285 Milyon Litre değerine ulaşmıştır. Biyodizel olası üretim ve hedef değerleri Şekil 3’te görülmektedir. Üretim-hedef açığı hammadde temin sorunundan kaynaklanmaktadır. Hammadde sağlanması biyodizel sektörünün en önemli sorunu olup, son iki yıldır, gıda-biyodizel üretimi için hammadde sağlama konusunda etik tartışmaları da sürmektedir.Bu nedenlerle, ikincil hammaddelerden biyodizel üretimi önem kazanmaktadır.

Şekil 3.Dünya Biyomotorin Olası Üretimi ve Hedefi (Bunge).

ÜLKEMİZDEKİ GELİŞMELER

Biyomotorin Türkiye'de mevcut olanaklarla uygulamaya alınabilecek en önemli alternatif yakıt seçeneklerinden biridir. Ülkemizde kara taşımacılığının önemli bölümünde ve deniz taşımacılığında Diesel motorlu taşıtlar kullanılmaktadır. Ayrıca endüstride jeneratörler için önemli miktarda motorin kullanılmaktadır. Petrol tüketimimizin ancak %15’i yerli üretimle sağlanabilmektedir. Petrol ürünleri tüketimi içinde ise, en büyük pay %34 değeri ile motorine aittir. Biyomotorin kullanımı ile petrol tüketiminde ve egzoz gazı kirliliğinde azalma gerçekleşecektir. Biyomotorin üretmek ve kullanmak için Türkiye yeterli ve uygun alt yapıya sahiptir.Türkiye biyomotorin üretimini gerçekleştirebilecek teknolojiye ve yakıtın kullanımına kolaylıkla uyum sağlayabilir. Çeşitli kapasitelerde biyomotorin üretim tesisleri öncelikle kırsal kesimde konuçlandırılarak, tarım makinelerinin, kamyonların yakıtı kullanımı özendirilebilir.Ayrıca egzoz kirliğinin yoğun olduğu büyük şehirlerde toplu taşımacılıkta biyomotorin kullanımı yararlı olacaktır. İlk aşamada motorine , %2-20 değişen oranlarında biyomotorin katılarak kullanmak yakıta kademeli geçişi sağlayacaktır.

Türkiye’de 2000’den beri biyomotorine ticari girişimcilerce, medyada ve devlet kurumlarında artan bir ilgi mevcuttur; böylece biyomotorin popüler bir konuma ulaşmıştır. T.C. 59. Hükümeti Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanı Dr. M. Hilmi GÜLER biyomotorinin Türkiye için önemini anlamış ve bakanlığın öncelikli yeni icraatları arasına koymuştur. Bu kapsamda, EİEİ bünyesinde “Biyoenerji Proje Grubu” oluşturulmuş, bu grup, konuya ilişkin olarak “TürkiyeBiyomotorin Kullanımı” konusunda senaryo çalışmaları yapmış ve pilot ölçekte biyomotorin üretim sistemi ve laboratuarı Ekim 2003’te hizmete alınarak, aspir- kanola enerji tarımı deneme üretimi de başlatılmıştır. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı’ndaki gelişmelerin yanı sıra, Tarım ve Köy İşleri Bakanlığı’nda “Yağlı Tohum Bitkileri İçin Sözleşmeli Tarım Modeli Uygulaması” ve kanola ekiminin arttırılması çalışmaları, Sanayi ve Ticaret Bakanlığı’nda da “Yağlı Tohum Bitkilerinin Alternatif Alanlarda Değerlendirilmesi” çalışmaları da sürdürülmektedir. Biyomotorine ilişkin yasal çalışmalar PİGM koordinasyonundaki bir kurul bünyesinde geliştirilerek Bakanlar Kurulu’na arz edilmiş ve biyodizel 5015 Sayılı “Petrol Piyasası Kanunu” kapsamında tanımlanmıştır. Bu kanun, 20 Aralık 2003 tarihli 25322 Sayılı T.C. Resmi Gazetesi’nde yayımlanarak yürürlüğe girmiştir.Ardından süregelen yasa çalışmaları, yönetmelikler ve ilgili kararnamelerle biyomotorinin enerji sektöründeki tanımı şu şekildedir:

Biyomotorin akaryakıt sektörünün üçüncü motor yakıtıdır; benzin ve motorin için geçerli tüm yasal tanımlar, denetlemeler biyomotorin için de geçerlidir.
Biyomotorin ısıtma yakıtı olarak, fuel oil ve kalyak gibi mevcut yakıtlarla aynı yasal düzenlemelerle pazarda yer alır ve denetlenir.
Biyomotorin üreticilerinin EPDK’dan işleme lisansı almaları zorunludur.
Biyomotorin TS standartlarına uygun nitelikte olmalıdır.
Otobiyodizei için TS EN 14214; Yakıtbiyodizel için TS EN 14213 no’lu TSE standartları geçerlidir.
Biyomotorin, ilgili “Bitkisel Atık Yağların Kontrolü Yönetmeliği” gereklerine uygun olarak geri kazanım tesislerinde üretilebilir.
Otobiyodizel ve Yakıtbiyodizel için 0.6498 YTL/Litre ÖTV mevcuttur.
Yerli tarım ürünlerinden üretilen Otobiyodizel, motorine hacmen %2 oranında katıldığında, eklenen kısmın ÖTV değeri SIFIR’dır

Ülkemizde biyodizel üretimi için işleme lisansı almış 58 firma bulunmaktadır.

GİRİŞİMCİLER İÇİN

Biyomotorin Türkiye için alamet-i farika, baştan keşfedilecek yakıt değildir. Yakıt ve otomotiv sektörü biyomotorini bilmektedir.Önemli olan biyomotorin tesisini kurmak değil, hammadde teminidir.Türkiye’nin keşfi enerji tarımı programlaması ve standartlara uygun biyomotorinin ilgili yasa ve yönetmeliklerimizin gerektirdiği koşullarda akaryakıt çevriminde olmasının sağlanması olmalıdır. Dünyadaki başarılı biyomotorin uygulamalarının ardında enerji tarımı vardır. Zaten bu çıkış noktasından hareketle, ilgili yasamız yerli tarım ürünlerinden üretilecek biyomotorini teşvik etmekte ve ÖTV muafiyeti sağlamaktadır.

Biyomotorin üretiminde en önemli nokta hammaddenin sürekli teminidir. Türkiye yağ ithal eden bir ülkedir. Bu nokta unutulmadan yatırımlar yönlendirilmelidir. Biyomotorin üreticilerinin enerji tarımı yapması ve/veya sözleşmeli tarım uygulaması, yani hammadde girdilerini sağlamaları şarttır. Çünkü enerji tarımına bağlı olmayan biyomotorin üretimi, güçlü bir temele oturmamış olur. Ayrıca, atık kaynaklarımıza bağlı olacak, bir geri kazanım ürünü olarak, biyomotorin üretiminin, ulusal çıkarlarımız lehine olacağı da göz önüne alınmalıdır.

ENERJİ TARIMI

Dünya nüfusu atışı ile birlikte başta gıda kullanımı olmak üzere, bitkisel yağ ihtiyacı da hızla artmaktadır.Bu durum bitkisel yağ kaynaklarına ilgiyi ve beraberinde çekirdek üretiminde artış gerekliliğini ortaya koymaktadır. Ocak 2007 değerleri ile, dünya yağlı tohum üretim miktarı 395.43 Milyon ton’dur. Türkiye iklim, flora, toprak yapısı yağlı tohum bitkileri üretimi için uygun ve ekilebilir alan mevcut olmasına karşın, üretim iç tüketimi karşılayamamaktadır. 2007-2008 sezonunda, bitkisel yağ tüketiminin ancak %25’ine yakın kısmı yurtiçi üretiminden karşılanabilmiştir. Gerek dünya genelinde, gerek ülkemizde yüksek verimi nedeni ile biyodizel üretimi için lider yağlı tohum bitkisi kanoladır. Ardından soya ve aspir gelmektedir. Kanola, kolzanın genetik modifikasyonları sonucunda elde edilmiş bir çeşittir. Kanola, yaklaşık %40 oranında yağ içerir ve %38-43 oranında protein içeren küspe ürününü oluşturur. 2005/06 sezonu dünya kanola üretimi 48.549 Bin ton, Türkiye üretimi ise, 12.925 ton’dur.

Yağlı tohum bitkisi olarak kanolanın avantajları şunlardır:

Adaptasyon yeteneğinin çok yüksek olması
Yazlık-kışlık türleri mevcut olması
Yetişme devresi kısalığı
Yetiştirme tekniğinin mekanizasyona uygunluğu
Kendisinden sonraki ürüne temiz toprak bırakmak özelliği
Uygun bölgelerde ikinci ürüne olanak sağlayabilme
Diğer yağlı tohumlardan 1-2 ay önce hasat edilebilme özelliği
Yağ fabrikaları için atıl zamanda çekirdek sağlama niteliği
Gıda ve biyoyakıt üretimi için uygunluk
Münavebe bitkisi olma
Şubat-Mart döneminde arıcılığa uygun olması
Tohum veriminin yüksek olması
Yağ veriminin yüksek olması
Küspesinin yem olarak değerli olması
Üretim maliyetinin buğday ve ayçiçekten daha düşük olması

Türkiye’de kanola ürünü için, resmi prim desteği bulunmaktadır. Aspir ise, ekimi giderek artan ülkemiz için çok önemli yağlı tohum bitkisidir.

Filiz KARAOSMANOĞLU

Biyobozunabilirlik:

Toksik Etki:

Depolama:

Soğukta Akış Özellikleri:

Motor Yakıtı Özellikleri: