Aspir Yağından Biyo Yakıt Üretimi

Bu araĢtırmada aspir yağın yüksek viskozite problemi literatür bilgilerinde önerilen yöntemler doğrultusunda çözmek ve biyodizel üretmek için transesterefikasyon yöntemi kullanılmıĢtır.

Transesterifikasyon iĢlemi bitkisel yağların yüksek viskozitesini düĢürmede en etkili metotlardan birisidir. Batman Üniversitesi Meslek Yüksek Okulu Petrokimya Bölümünde rafine edilmiĢ aspir yağında transesterifikasyon metodu ile metil ester (biyodizel) üretilmiĢ olup TüpraĢ laboratuarında ise aspir yağı biyodizelinin analizi gerçekleĢtirilmiĢtir.

Metil ester elde etmenin esası, bitkisel yağ ile metil veya etil alkolün reaksiyona sokulmasında kullanılan katalizörün uygun Ģekilde hazırlanmasıdır. Biyodizel olarak adlandırılan yağların esterleĢtirme iĢlemi metanol veya etanol kullanılarak yapılmaktadır. Etil ve metil esterlerin fiziksel ve kimyasal özellikler hemen hemen aynı olup ve aynı ısıl değerlere de sahiptirler. Etil esterlerin viskozitesi biraz daha yüksek, bulutlanma ve akma noktaları biraz daha düĢük ve birçok motor deneyine göre güç ve moment değerleri metil estere göre daha düĢük çıkmaktadır [70].

Bu reaksiyonda katalizör olarak asit veya alkali metaller kullanılabilmektedir. Ancak reaksiyonlarda alkali katalizörlerin kullanılması durumunda reaksiyon süresinin kısalması, bitkisel yağın biyodizel dönüĢüm oranının artması gibi daha iyi sonuçların elde edildiği yapılan araĢtırmalarda ortaya konulmuĢtur [59].

42

Tansesterefikasyon iĢleminde alkali katalizörlerin kullanıldığı reaksiyon aynı miktar asit katalizör kullanıldığı reaksiyonlara göre birkaç kat daha hızlı meydana gelmektedir. Optimum reaksiyon sıcaklığı ise asit katalizörün kullanıldığı reaksiyonlardan daima daha düĢük derecelerde gerçekleĢmektedir. Reaksiyon sıcaklığı alkolün kaynama noktasına yakın yani 60 ºC olarak seçilmektedir. Bitkisel yağ alkol mol oranı 6.1 olması tavsiye edilmektedir. Alkalli reaksiyonlarda bitkisel yağ 90 dakika süre içerisinde yaklaĢık %90–98 oranında metil estere dönüĢmektedir [60].

Bazik ortamda aspir biyodizeli üretmek için, alkolle temas etmeme, sıcaktan korunmak için eldiven takma ve alkolün kaynaması sonucu sızabilecek alkol buharına karĢı gözlük maske takma gibi gerekli olan güvenlik tedbirleri alındı.

Aspir yağından biyodizel elde etmek için birçok iĢlem basamakları kullanılmıĢtır. Uygulanan bu iĢlem basamakları sırası ile aĢağıdaki Ģekildedir.

1. Aspir yağı 500 ml‟lik bir behere yerleĢtirilerek ısıtıcı üzerine bırakıldı ve 55ºC‟ye kadar ısıtıldı. Sıcaklığı 55ºC‟ye yükseldikten sonra ısıtıcının sıcaklığı sabitleĢtirilerek 55ºC‟de tutuldu. Homojen bir denge sağlamak için 55oC‟de ısınmıĢ yağın içerisine manyetik karıĢtırıcı bırakılarak 1000 devir/dak‟lık bir hız ile karıĢtırıldı. Bu iĢlem ġekil 5.1‟de görülmektedir.

ġekil 5.1. Yağın ısıtılması

2. IsıtılmıĢ olan aspir yağı hacimsel olarak %20‟si kadar metanol ve %0,4 NaOH katalizör maddesi bir kaba konularak manyetik karıĢtırıcı ile 30-40oC‟de katalizör çözülene kadar

43

karıĢtırıldı. Daha sonra metanol ve NaOH karıĢımı 55o_{C‟de bekleyen aspir yağının içine} karıĢtırılarak yeni bir karıĢım elde edildi. Bu iĢlem ġekil 5.2‟de görülmektedir.

ġekil 5.2. Manyetik karıĢtırıcıda metoksit karıĢımı oluĢturma

3. KarıĢtırma kabında karıĢım 90 dakika süre ile ortalama 1000 devir /dakikada dönen manyetik karıĢtırıcı ile karıĢtırıldı. Bu süre zarfı içerisinde sıcaklık termometre ile ölçülerek sıcaklığın 55-60 0_{C düzeyde kalması sağlandı. Reaksiyonun en iyi Ģekilde} gerçekleĢmesi için karıĢım sıcaklık değeri, karıĢtırma hızı ve reaksiyon süresi etkili olmaktadır. Bu iĢlem ġekil 5.3‟de görülmektedir.

44

4. 90 dakika karıĢtırma iĢleminden sonra karıĢım yıkama (dinlendirme) ayırma hunisine alındı. Cam ayırma hunisine alınan numune alta gliserin üste biyodizel olacak Ģekilde birbirlerinden ayrıĢması sağlandı. ġekil 5.4‟te aspir biyodizelinin dinlendirme iĢlemi görülmektedir.

ġekil 5.4. Aspir biyodizellin dinlendirme iĢlemi

5. Dinlendirme hunisine alınan karıĢım 12 saat bekletilerek biyodizel ve gliserine ayrıĢması sağlandı. Bu arada ph kâğıtları ile üsteki biyodizelin ph değerine bakıldı. Reaksiyon bazik karakterli olduğu için nötürleĢinceye kadar sülfürik asit ilave edildi. Dinlendirme fazı oluĢtuktan sonra gliserin hunilerin altında alınarak biyodizele dönüĢen aspir yağı yerinde kaldı.

6. Bitkisel yağdan elde edilen biyodizel içerisine kalan yağ asitleri, reaksiyona girmeyen alkol, katalizör madde ve ayrıĢma esnasında kalma ihtimali söz konusu olan gliserinin bünyeden uzaklaĢtırması için yıkama iĢlemi yapılması gerekir. Yakıtın içerisindeki alkolün kalması yakıt donanımındaki kauçuk veya lastik bağlantılarına zarar vermektedir. Bu yöntemle biyodizel 1:1 oranında saf su ile bir manyetik karıĢtırıcıda karıĢtırıldı.

7. Yıkama iĢleminden sonra biyodizel 4 saat bekletilerek su ile faz oluĢturarak suyun dibe çökmesi beklendi ve dibe çöken su tahliye edildi.

45

ġekil 5.5. Aspir biyodizelin yıkama iĢlemi

8. Yıkama hunisinin içerisine alınan biyodizelde su kalma ihtimaline karĢın suyun kaynama noktası olan 100ºC üzerinde ısıtılarak biyodizel içerisindeki suyun buharlaĢması sağlandı ve geriye kalan biyodizel baĢka kapalı bir kaba alındı. Elde edilen biyodizel yakıtı dizel yakıtı ile hacimsel olarak %5, %20 ve %50 oranlarında karıĢtırıldı. Aspir yağından elde edilen biyodizel yakıtının kimyasal ve fiziksel özellikleri TüpraĢta belirlendi. AraĢtırmada kullanmak üzere saf biyodizel (B100), %5 biyodizel karıĢımı (B5), %20 biyodizel karıĢımı (B20) ve %50 biyodizel karıĢımı (B50) ile oluĢturulan yeni yakıtların özellikleri belirlenerek Tablo 5.2‟de gösterilmiĢtir. Aspir yağı ve B100 yakıtının yakıt özellikleri de Tablo 5.1‟de görülmektedir.

Tablo 5.1. Aspir yağının ve aspir B100‟ün yakıt özellikleri

PARAMETRELER Aspir Yağı B100

Karbon 67 59,5 Toplam kükürt <0 <0 Kinematik viskozite (mm2/s) 28 5,8 Isıl Değeri (MJ/kg) 39 38,122 Yoğunluk(15 C) (g/ml) 0,95 0,8885 Parlama Noktası ( ºC ) 225 148 Bulutlanma Noktası (ºC ) -2 -5 Setan indisi - 56

46

Tablo 5.2. Aspir biyodizel karıĢımlarının ve dizel yakıtının özellikleri

Aspir yağından elde edilen aspir yağı metil esterinin dizel yakıtı ile yapılan karıĢımlarının (B5, B10, B20, B50 ve D2 ) damıtma eğrileri elde edilerek bu eğriler ġekil 5.6‟da gösterilmiĢtir. 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% S ıcakl ık ( oC)

Distile Olan Hacim

B5 B10 B20

B50 D2

ġekil 5.6. Motorin ve aspir yağı biyodizeli karıĢım yakıtlarının damıtma eğrileri

Parametreler B5 B20 B50 B100 Dizel Yakıtı Kinematik Viskozite (mm2/sn) (40 0_C‟de) 3,0738 3,3764 4,0347 5.8068 3,6663 Isıl Değeri (kJ/kg) ₄₂₃₄₅ 41486 40078 38122 43350 Yoğunluk (gr/cm3) (15 0 C) 0,84039 0,8482 0,8639 0,8885 0,8435 Parlama noktası (ºC) 69 73 82 148 60 Setan indisi 46.23 52.82 53.86 56.82 49

47

Deney yakıtlarının damıtma eğrileri ġekil 5.6‟da görülmektedir. Damıtılan hacminin sıcaklıkla değiĢimini gösteren bu eğriler, numune miktarının sıcaklıkla homojen, düzgün ve aĢamalı bir Ģekilde distile olduğunu göstermektedir. Bu artıĢın motorlarda yanma performansı açısından önemli bir özellik olduğu öngörülmektedir. Yani bu artıĢ motor içerisinde her bir yakıt damlacığının artan sıcaklıkla buharlaĢtığını, buharlaĢan miktarın silindir içerisinde homojen, sürekli ve aĢamalı bir Ģekilde yanacağını göstermektedir. Sıcaklık ile doğru orantılı olarak distile olmayan bir yakıt ile motorda düzgün bir yanmanın olmayacağı, yanma odasına giren numunenin hepsinin aynı anda yanacağını gösterir. ġekilden de anlaĢılacağı gibi biyodizel karıĢımlarının damıtma ergileri dizel yakıtı damıtma eğrisine benzer çıkmıĢtır. Ancak ilk damıtma sıcaklıkları biyodizelin kaynama noktası yüksek olduğunda motorinin ilk damıtma sıcaklığından daha yüksek olmuĢtur. Bunun yanı sıra son damıtma sıcaklığı biyodizel miktarı fazla olan B50 yakıtında hem motorinden hem de diğer test yakıtlarından daha düĢük çıkmıĢtır. Bu durum ilk damıtma sıcaklığının yüksek olmasına karĢın biyodizel yakıtının son destilasyon sıcaklıklarının dizel yakıtına göre daha düĢük olduğunu göstermektedir. Bunun yanma üzerine olumlu yönde etkilerinin olduğu düĢünülebilir. Bu olumlu etki daha sonraki bölümlerde görülebileceği gibi HC, PM ve duman emisyonlarının azaldığının bir nedeni olarak ortaya çıkacaktır.