BİYODİZEL ÜRETİMİNDE KALİTE KONTROL

1. BİYODİZEL ÜRETİMİNDE KALİTE KONTROL Doç.Dr.Cevdet DEMİR 21-22 Nisan 2006 Uludağ Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü

2. Biyodizel üretiminde kalite Biyodizel kullanımının ekonomiye getireceği katkıların beklenen düzeyde gerçekleşebilmesi ancak uluslar arası standartlara uygun bir üretim ile sağlanabilir. Üretim kalitesindeki yetersizlikler; • Ürün kaybı • Hammadde kaybı • Üretimdeki stabilizasyonun sağlanamaması gibi problemler ile verimliliği düşürecek ve ürün kalitesini bozacaktır.

3. Biyodizelin yakıt kalitesini etkileyen parametreler • Hammadde kalitesi • Bitkisel ya da hayvansal yağın yağ asitleri bileşimi • Üretim prosesi ve prosesteki diğer malzemeler • Üretim parametreleri

4. Üretilen biyodizel yakıtının kalite kontrolü Biyodizelin dizel motorlarında sorunsuz kullanımından emin olunması için aşağıdaki işlemlerin sağlıklı bir şekilde yapılması gereklidir: • Tepkimenin tamamlanması • Gliserinin uzaklaştırılması • Katalizörün uzaklaştırılması • Alkolün uzaklaştırılması • Serbest yağ asitlerinin bulunmaması Bu parametreler ile ilgili analiz yöntemleri biyodizel üretim standartlarında bulunabilir.

5. Uluslar arası biyodizel standartlarında yer alan analizler Türkiyede üretilen biyodizelin AB standardı olan TS EN 14214 standardına uygunluğu kontrol edilmelidir Bu standarda uygun üretilen biyodizel motorlarda herhangi bir modifikasyona gerek kalmadan kullanılabilir.

6. TS EN 14214 Standardı

7. Hammadde kalitesi Hammadde kalitesini belirleyen parametreler • Su içeriği • Serbest yağ asitleri • Partikül madde • Fosfolipidler • Kükürt • İyot değeri

8. Hammadde kalitesi Hammaddenin su içeriği • Sabun oluşumuna ve • Esterleşme reaksiyonunun tamamlanmamasına neden olur. Hammadde %1’den fazla su içermemelidir.

9. Hammadde kalitesi Serbest yağ asiti Yüksek oranda serbest yağ asitleri içeren hammadde fazla miktarda baz katalizörü harcayacak ve sabun oluşturacaktır. Yan ürün olarak su oluşur ve uzaklaştırılması gerekir. Hammadde %1’den fazla serbest yağ asiti içermemelidir.

10. Hammadde kalitesi Partikül madde Özellikle kullanılmış yağda bulunan partikül maddeler biyodizel üretimi öncesi filtre edilmelidir.

11. Hammadde kalitesi Fosfolipidler Kalsiyum ve magnezyum varlığında fosfolipidler emülsiyon oluşturur. Fosfolipidler degumming yaparak uzaklaşırılabilir.

12. Hammadde kalitesi Kükürt içeriği Bitkisel yağda kükürt beklenmez ancak hayvansal yağda deri ve tüylerden kaynaklanan kükürt bulunabilir.

13. Hammadde kalitesi İyot değeri Doymuş veya doymamış yağ asitleri içeriğine göre değişir. Hayvansal yağların iyot değeri düşüktür ancak düşük sıcaklıkta kolayca donma tehikesi vardır.

14. Biyodizel kalitesini belirleyen parametreler • Hammadde kalitesi • Biyodizelin kimyasal özelliğini belirleyen faktörler • Üretim prosesi faktörleri • Üretim sonrası faktörler

15. Biyodizelin kimyasal özelliğini belirleyen faktörler • Ester içeriği • Yoğunluk • Alevlenme noktası • Kükürt içeriği • Setan sayısı

16. Ester içeriği ölçümü (EN 14103) Biyodizelin ester içeriği üretildiği bitkisel yağa göre değişmektedir. Bazı yağlardan elde edilen biyodizelde doymamış esterler yüksek oranda iken, bazılarında ise düşüktür.

17. Yoğunluk ölçme cihazı (EN ISO 3675) Biyodizel yoğunluğunun yüksek olması proses sırasında gliserinin yeterince uzaklaştırılamadığını gösterir.

18. Hızlı alevlenme noktası test cihazı (pr EN ISO 3679) Alevlenme noktası, sıvı buharının alevlenebilir bir atmosfer meydana getirdiği en yüksek sıcaklık olarak ifade edilebilir. Biyodizelin alevlenme noktası, dizelden daha yüksektir (>110ºC). Bu özellik biyodizelin kullanım, taşınım ve depolanmasında daha güvenli bir yakıt olmasını sağlar.

19. Üretim prosesi faktörleri • Esterleşme reaksiyonunun tamamlanması • Serbest gliserol • Alkol ve katalizör kalıntısı • Viskozite • İyot değeri • Asit değeri

20. Esterleşme reaksiyonunun tamamlanması Biyodizel üretiminde en önemli basamak esterleşme reaksiyonunun tamamlanmasıdır. Temel esterleşme reaksiyonu aşağıdaki gibidir. Trigliserid Digliserid Monogliserid Gliserol Metil Metil Metil esteri esteri esteri Reaksiyon tamamlanmamışsa ortamda tri-, di- ve monogliseridler bulunacaktır. Bunların varlığı GC-MS cihazı ile belirlenebilir.

21. Esterleşme reaksiyonunun tamamlanması Yüksek oranda reaksiyona girmemiş veya kısmen reaksiyona girmiş trigliseridlerin bulunması viskoziteyi, bulutlanma ve akma noktasını artırır, bunun sonucu motorun zarar görmesidir. Rafine yağ kullanarak baz katalizi ile reaksiyon verimi %99.9 kadar yükselebilmekte ve aşırı metanolün, katalizörün ve gliserinin uzaklaştırılması ile yüksek kalitede biyodizel üretilebilmektedir.

22. Serbest gliserol (EN 14105) Serbest gliserol biyodizel içinde tamamen uzaklaştırılamadan kalan maddedir. Normalde gliserol biyodizel içinde çözünmez ve bekletme veya santrifüj sırasında uzaklaştırılır. Ancak küçük damlacıklar halinde biyodizel içinde dağılmış olarak bulunabilir. Su ile yıkama esnasında büyük oranda uzaklaştırılır. Uzaklaştırılmayan gliserol depoda çökelmeye, viskozitenin artmasına, yakıt filtresinin tıkanmasına ve motorda yanma problemlerine neden olur.

23. Alkol ve katalizör kalıntısı (EN 14110, EN 14108) Metanol ve bazik katalizör gliserol içinde çözündükleri için biyodizelin ayrılması sırasında uzaklaştırılabilir. Uzaklaştırılamayan metanolalevlenme noktasının düşmesine neden olur. Biyodizelden uzaklaştırılamayan katalizör motorda aşınmalara neden olur.

24. Kinematik viskozite ölçüm cihazı (EN ISO 3104) Biyodizelin yüksek viskoziteye sahip olması esterleşme reaksiyonunun tamamlanmadığını gösterir. Yüksek viskoziteye sahip biyodizel enjektörde tıkanmaya, yetersiz püskürtme ve silindir içinde kurumlaşmaya neden olur.

25. İyot değeri (EN 14111) İyot sayısı biyodizelin doymamışlık derecesini vermektedir. Doymamışlık, tortu ve depolama kararlılığı problemine neden olmaktadır. Yüksek iyot sayısı aşırı karbon kalıntısı oluşumu nedeniyle önerilmemektedir.

26. Üretim sonrası faktörler • Su içeriği • Depolama kararlılığı

27. Su içeriğiKulometrik Karl Fischer (EN ISO 12937) Su biyodizel içinde ya çözünmüş halde ya da asılı damlacıklar halinde bulunur. Biyodizel su içermemelidir. Suyun varlığı enjeksiyon sistemindeki parçaların korozyonuna neden olur. Ayrıca su biyodizelde mikrobiyolojik gelişmelere katkı sağlar. Bu da biyodizelin asitlenmesine ve çamur oluşumuna neden olur.

28. Oksidasyon karalılığı test cihazı (EN 14112) Depolama kararlılığı biyodizelin uzun süre depolanması sırasında meydana gelen kimyasal değişimlere karşı gösterdiği dirençtir. Kimyasal değişimler hava oksijeni ile temas eden biyodizelin oksidasyona uğraması şeklinde gerçekleşir. Yüksek doymamış yağ asitleri içeren biyodizel daha fazla oksidasyona uğrar. Oksidasyona karşı kararlılığı artırmak için BHT ve TBHQ (t-bütil hidrokinon) gibi antioksidan maddeler kullanılabilir.

29. Sonuç Biyodizel üretim metotlarının kolay olmasına rağmen standartlara uygun olmayan ürünler tüketimin yaygınlaşmasını engelleyecek ve ekonomik kayıplara neden olacaktır. Bu nedenle üretim sektöründe yer alacak firmaların üretim kalitesi ve ürün analizlerini takip etmeleri gerekmektedir. Sektör ya kendi kalite kontrol laboratuarlarını kuracak veya uluslar arası tanınan laboratuarlarda ürünlerini kontrol ettireceklerdir.

30. BİYOYAKIT (BİYODİZEL-BİYOETANOL) SEMPOZYUMU 29-30 HAZİRAN 2006 ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ TÜBİTAK BURSA TEST VE ANALİZ LABORATUVARI www20.uludag.edu.tr/~kimya/biyoyakit06