Biyodizel
.JPG)
Biyodizel, bitki veya hayvanlardan elde edilen ve uzun zincirli yağ asidi esterlerinden oluşan bir dizel yakıt türüdür. Tipik olarak hayvansal yağ (donyağı), soya fasulyesi yağı veya diğer bazı bitkisel yağlar gibi lipitlerin bir alkolle kimyasal olarak reaksiyona sokulması ve transesterifikasyon işlemiyle bir metil, etil veya propil ester üretilmesiyle yapılır. ⓘ
Dönüştürülmüş dizel motorlara yakıt sağlamak için kullanılan bitkisel ve atık yağların aksine, biyodizel bir biyoyakıttır, yani mevcut dizel motorlar ve dağıtım altyapısı ile uyumludur. Ancak, çoğu motor modifikasyon olmadan saf Biyodizel ile çalışamayacağı için genellikle petrodizel ile karıştırılır (tipik olarak %10'dan az). Biyodizel karışımları ısıtma yağı olarak da kullanılabilir. ⓘ
ABD Ulusal Biyodizel Kurulu "biyodizeli" bir mono-alkil ester olarak tanımlamaktadır. ⓘ
| Araçlarda kullanılan özel yakıtlar ⓘ |
|---|
Biyodizel, organik yağların baz ve alkolle karıştırılarak dizel yakıta çevrilmesi sonucu elde edilen ürün. ⓘ
Biyodizel gliserinin yağ veya bitkisel yağdan ayrıldığı transesterleşme adı verilen bir kimyasal süreçle elde edilir. Bu işlem sonucunda geriye iki ürün kalır metil esterler (biyodizelin kimyasal adı) ve gliserin (genellikle sabun ve diğer ürünlerde kullanılmak üzere satılan değerli bir yan ürün). ⓘ
Karışımlar
Biyodizel ve geleneksel hidrokarbon bazlı dizel karışımları en yaygın olarak perakende dizel yakıt pazarında kullanılmak üzere dağıtılmaktadır. Dünyanın pek çok yerinde herhangi bir yakıt karışımındaki biyodizel miktarını belirtmek için "B" faktörü olarak bilinen bir sistem kullanılmaktadır:
- 100 biyodizel B100 olarak adlandırılır
- 20 biyodizel, %80 petrodizel B20 olarak etiketlenir
- 7 biyodizel, %93 petrodizel B7 olarak etiketlenmiştir
- 5 biyodizel, %95 petrodizel B5 olarak etiketlenir
- 2 biyodizel, %98 petrodizel B2 olarak etiketlenmiştir ⓘ
20 ve daha düşük biyodizel karışımları dizel ekipmanlarda hiç ya da sadece küçük değişiklikler yapılarak kullanılabilir, ancak bazı üreticiler ekipmanın bu karışımlardan zarar görmesi halinde garanti kapsamını genişletmez. B6 ila B20 karışımları ASTM D7467 spesifikasyonu kapsamındadır. Biyodizel saf haliyle de kullanılabilir (B100), ancak bakım ve performans sorunlarından kaçınmak için bazı motor modifikasyonları gerektirebilir. B100'ün petrol dizeli ile harmanlanması şu şekilde gerçekleştirilebilir:
- Tanker kamyonuna teslim edilmeden önce üretim noktasındaki tanklarda karıştırma
- Tanker kamyonunda sıçramalı karıştırma (belirli yüzdelerde biyodizel ve petrol dizeli eklenmesi)
- Sıralı karıştırma, iki bileşen tanker kamyonuna aynı anda ulaşır.
- Ölçülü pompa karışımı, petrol dizeli ve biyodizel sayaçları X toplam hacme ayarlanır, ⓘ
Tarihsel arka plan
Bitkisel yağın transesterifikasyonu, ilk dizel motorun işlevsel hale gelmesinden kırk yıl önce, 1853 gibi erken bir tarihte Patrick Duffy tarafından gerçekleştirilmiştir. Rudolf Diesel'in ana modeli, tabanında bir volan bulunan 10 ft'lik (3,05 m) tek bir demir silindir, 10 Ağustos 1893'te Augsburg, Almanya'da yer fıstığı yağından başka bir şey kullanmadan ilk kez kendi gücüyle çalıştı. Bu olayın anısına 10 Ağustos "Uluslararası Biyodizel Günü" olarak ilan edilmiştir. ⓘ
Diesel'in motorunu yer fıstığı yağıyla çalışacak şekilde tasarladığı sık sık dile getirilir, ancak durum böyle değildir. Diesel yayınlanmış makalelerinde, "1900 yılındaki Paris Sergisi'nde (Exposition Universelle) Otto Şirketi tarafından Fransız hükümetinin isteği üzerine araşit (yer fıstığı veya bezelye fıstığı) yağıyla çalışan küçük bir Dizel motoru gösterildi (bkz. biyodizel) ve o kadar sorunsuz çalıştı ki sadece birkaç kişi bunun farkına vardı. Motor mineral yağ kullanmak üzere inşa edilmişti ve daha sonra herhangi bir değişiklik yapılmadan bitkisel yağla çalıştırıldı. O zamanki Fransız Hükümeti, Afrika'daki sömürgelerinde önemli miktarlarda yetişen ve orada kolayca yetiştirilebilen Arachide ya da toprak fıstığının enerji üretimine uygulanabilirliğini test etmeyi düşündü." Diesel'in kendisi de daha sonra ilgili testleri gerçekleştirdi ve bu fikri destekliyor göründü. Diesel 1912 yılında yaptığı bir konuşmada "motor yakıtı olarak bitkisel yağların kullanımı bugün önemsiz görünebilir ancak bu tür yağlar zamanla petrol ve günümüzün kömür katranı ürünleri kadar önemli hale gelebilir" demiştir. ⓘ
Petrol türevi dizel yakıtların yaygın kullanımına rağmen, içten yanmalı motorlar için yakıt olarak bitkisel yağlara olan ilgi 1920'ler ve 1930'larda ve daha sonra İkinci Dünya Savaşı sırasında birçok ülkede rapor edilmiştir. Belçika, Fransa, İtalya, Birleşik Krallık, Portekiz, Almanya, Brezilya, Arjantin, Japonya ve Çin'in bu süre zarfında bitkisel yağları dizel yakıt olarak test ettiği ve kullandığı bildirilmiştir. Bitkisel yağların petrol dizel yakıtına kıyasla yüksek viskozitesi nedeniyle yakıt spreyinde yakıtın zayıf atomizasyonuna neden olan ve genellikle enjektörlerde, yanma odasında ve valflerde tortu ve koklaşmaya yol açan bazı operasyonel sorunlar rapor edilmiştir. Bu sorunların üstesinden gelmek için yapılan girişimler arasında bitkisel yağın ısıtılması, petrol türevi dizel yakıt veya etanol ile karıştırılması, piroliz ve yağların kırılması yer almaktadır. ⓘ
31 Ağustos 1937'de Brüksel Üniversitesi'nden (Belçika) G. Chavanne'a "Bitkisel yağların yakıt olarak kullanımları için dönüştürülmesi prosedürü" (fr. "Procédé de Transformation d'Huiles Végétales en Vue de Leur Utilisation comme Carburants") Belçika Patenti 422,877 için bir patent verildi. Bu patent, gliserolü kısa lineer alkollerle değiştirerek yağ asitlerini gliserolden ayırmak için etanol (ve metanolden bahsedilmektedir) kullanarak bitkisel yağların alkolizini (genellikle transesterifikasyon olarak adlandırılır) tanımlamaktadır. Bu, bugün "biyodizel" olarak bilinen şeyin üretimine ilişkin ilk açıklama gibi görünmektedir. Bu, 18. yüzyılda lamba yağı yapmak için kullanılan patentli yöntemlere benzer (kopya) ve bazı yerlerde bazı eski tarihi yağ lambalarından esinlenmiş olabilir. ⓘ
Daha yakın bir tarihte, 1977 yılında, Brezilyalı bilim adamı Expedito Parente biyodizel üretimi için ilk endüstriyel süreci icat etmiş ve patent başvurusunda bulunmuştur. Bu süreç uluslararası normlara göre biyodizel olarak sınıflandırılmakta ve "standartlaştırılmış bir kimlik ve kalite" sağlamaktadır. Önerilen başka hiçbir biyoyakıt motor endüstrisi tarafından onaylanmamıştır." 2010 yılı itibariyle Parente'nin şirketi Tecbio, Brezilyalı bilim adamı tarafından üretilen ve patenti alınan bir başka ürün olan bioquerosene'i (bio-kerosene) sertifikalandırmak için Boeing ve NASA ile birlikte çalışmaktadır. ⓘ
Transesterifiye ayçiçek yağının kullanımı ve dizel yakıt standartlarına göre rafine edilmesine yönelik araştırmalar 1979 yılında Güney Afrika'da başlatıldı. 1983 yılına gelindiğinde yakıt kalitesinde, motorlarda test edilmiş biyodizel üretme süreci tamamlanmış ve uluslararası düzeyde yayınlanmıştır. Avusturyalı bir şirket olan Gaskoks, teknolojiyi Güney Afrika Ziraat Mühendislerinden aldı; şirket Kasım 1987'de ilk biyodizel pilot tesisini, Nisan 1989'da ise (yılda 30.000 ton kolza tohumu kapasiteli) ilk endüstriyel ölçekli tesisi kurdu. ⓘ
1990'lar boyunca Çek Cumhuriyeti, Almanya ve İsveç de dahil olmak üzere birçok Avrupa ülkesinde tesisler açıldı. Fransa, kolza yağından biyodizel yakıtın (diester olarak adlandırılır) yerel üretimini başlatmıştır; bu yakıt normal dizel yakıta %5 oranında ve bazı özel filolar (örneğin toplu taşıma) tarafından kullanılan dizel yakıta %30 oranında karıştırılmaktadır. Renault, Peugeot ve diğer üreticiler kamyon motorlarını bu seviyeye kadar kısmi biyodizel ile kullanılmak üzere sertifikalandırmıştır; %50 biyodizel ile deneyler devam etmektedir. Aynı dönemde dünyanın diğer bölgelerindeki ülkelerde de yerel biyodizel üretiminin başladığı görülmüştür: 1998 yılı itibariyle Avusturya Biyoyakıt Enstitüsü ticari biyodizel projeleri olan 21 ülke tespit etmiştir. 100 biyodizel artık Avrupa'daki birçok normal servis istasyonunda mevcuttur. ⓘ
İlk olarak 1900 lü yıllarda Rudolf Diesel yer fıstığı yağıyla dizel motoru Dünya Fuarında çalıştırmış böylece sebze yağlarının yakıt olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Ancak petrolün daha revaçta olması sebeyile ilgi görmemiştir.Ancak 1970'lere gelindiğinde petrol sıkıntısı nedeniyle alternatif enerji kaynakları aranmıştır.Biyodizel ismi ilkolarak 1992 yılında Amerika Ulusal SoyDiesel Geliştirme Kuruluşu tarafından kullanılmıştır. ⓘ
Özellikler
Biyodizelin rengi, üretim yöntemine bağlı olarak altın renginden koyu kahverengiye kadar değişir. Su ile hafifçe karışabilir, yüksek kaynama noktasına ve düşük buhar basıncına sahiptir. Biyodizelin parlama noktası 130 °C'yi (266 °F) aşar ve 52 °C'ye (126 °F) kadar düşük olabilen petrol dizelinden önemli ölçüde daha yüksektir. Biyodizelin yoğunluğu ~0,88 g/cm3 olup petrodizelden (~0,85 g/cm3) daha yüksektir. ⓘ
Biyodizelin kalorifik değeri yaklaşık 37,27 MJ/kg'dır. Bu değer normal 2 numara petrodizelden %9 daha düşüktür. Biyodizel enerji yoğunluğundaki değişimler üretim sürecinden çok kullanılan hammaddeye bağlıdır. Yine de bu varyasyonlar petrodizele göre daha azdır. Biyodizelin daha iyi kayganlık ve daha tam yanma sağladığı, böylece motor enerji çıkışını arttırdığı ve petrodizelin daha yüksek enerji yoğunluğunu kısmen telafi ettiği iddia edilmektedir. ⓘ
Biyodizel ayrıca neredeyse hiç sülfür içermez ve petrodizelde olduğu gibi yağlayıcılığın çoğunu sağlayan sülfür bileşiklerinden yoksun olmasına rağmen, düşük sülfürlü dizel yakıtlara kıyasla umut verici yağlama özelliklerine ve setan oranlarına sahiptir ve genellikle yağlamaya yardımcı olmak için ultra düşük sülfürlü dizel (ULSD) yakıtına katkı maddesi olarak kullanılır. Daha yüksek yağlama özelliğine sahip biyodizel yakıtlar, yağlama için yakıta bağımlı olan yüksek basınçlı yakıt enjeksiyon ekipmanlarının kullanım ömrünü uzatabilir. Motora bağlı olarak bu ekipmanlar arasında yüksek basınçlı enjeksiyon pompaları, pompa enjektörleri (ünite enjektörleri olarak da adlandırılır) ve yakıt enjektörleri yer alabilir.
Biyodizel ısıl değeri motorinin ısıl değerine oldukça yakın değerde olup, biyodizelin setan sayısı motorinin setan sayısından daha yüksektir. Biyodizel kullanımı ile motorine yakın özgül yakıt tüketimi, güç ve moment değerleri elde edilirken, motor daha az vuruntulu çalışmaktadır. Biyodizel motoru güç azaltıcı birikintilerden temizleme ve motorinden çok daha iyi yağlayıcılık özelliklerine sahiptir. ⓘ
Uygulamalar
Biyodizel saf halde (B100) kullanılabilir veya çoğu enjeksiyon pompalı dizel motorda herhangi bir konsantrasyonda petrol dizeli ile karıştırılabilir. Yeni aşırı yüksek basınçlı (29.000 psi) common rail motorlar, üreticiye bağlı olarak B5 veya B20 gibi katı fabrika limitlerine sahiptir. Biyodizel, petrodizelden farklı çözücü özelliklere sahiptir ve araçlardaki (çoğunlukla 1992'den önce üretilen araçlar) doğal kauçuk conta ve hortumları bozacaktır, ancak bunlar doğal olarak aşınma eğilimindedir ve büyük olasılıkla biyodizele karşı reaktif olmayan FKM ile değiştirilmiş olacaktır. Biyodizelin, petrodizelin kullanıldığı yakıt hatlarındaki kalıntı birikintilerini parçaladığı bilinmektedir. Sonuç olarak, saf biyodizele hızlı bir geçiş yapılırsa yakıt filtreleri partiküllerle tıkanabilir. Bu nedenle, biyodizel karışımına ilk geçişten kısa bir süre sonra motorlardaki ve ısıtıcılardaki yakıt filtrelerinin değiştirilmesi önerilir. ⓘ
Biyodizelin olumsuz bir toksik etkisi bulunmamaktadır. Biyodizel için ağızdan alınmada öldürücü doz 17.4 g biyodizel/kg vücut ağırlığı şeklindedir. Sofra tuzu için bu değer 1.75 g tuz/kg vücut ağırlığı olup, tuz biyodizelden 10 kat daha yüksek öldürücü etkiye sahiptir. İnsanlar üzerinde yapılan elle temas testleri biyodizelin ciltte %4'lük sabun çözeltisinden daha az toksik etkisi olduğunu göstermiştir. Biyodizelin toksik olmamasına karşın, biyodizel ve biyodizel-dizel karışımlarının kullanımında; dizel için zorunlu olan standart koşulların (göz koruyucular, havalandırma sistemi vb.) kullanılması önerilmektedir. ⓘ
- Akut Oral Toksite: Biyomotorin toksik olmayan bir yakıttır ve sofra tuzundan 10 kat daha az toksiktir.
- İnsanlarda Deri İrritasyonları: 24 saat süren insan testinde çok hafif irritasyona sebep olduğu belirlenmiştir. İrritasyon % 4 sabun-su çözeltisinin etkisinden daha az olmuştur.
- Akuatik Toksite: 96 saatlik ölümcül konsantrasyon (LC) test sonuçların 1000 mg/lt’den büyüktür. Bu seviyelerdeki ölümcül konsantrasyon önemsiz olarak değerlendirilmektedir.
- Biyolojik Parçalanabilirlik: Biyomotorin, motorinine göre 28 günde 4 kat daha hızlı ve kolay parçalanabilmektedir.
- Alevlenme Noktası: Motorininin alevlenme noktası 175 °F iken biyomotorin alevlenme noktası 250-300 °F civarındadır, bu değer taşınım-kullanım ve depolamada emniyet sağlar. ⓘ
Dağıtım
Enerji Politikası Yasası'nın 2005'te kabul edilmesinden bu yana Amerika Birleşik Devletleri'nde biyodizel kullanımı artmaktadır. Birleşik Krallık'ta Yenilenebilir Nakliye Yakıtı Yükümlülüğü, tedarikçilerin 2010 yılına kadar Birleşik Krallık'ta satılan tüm nakliye yakıtlarına %5 yenilenebilir yakıt eklemesini zorunlu kılmaktadır. Karayolu dizeli için bu %5 biyodizel (B5) anlamına gelmektedir. ⓘ
Araç kullanımı ve üretici kabulü
2005 yılında Chrysler (o zamanlar DaimlerChrysler'in bir parçasıydı) Jeep Liberty CRD dizellerini fabrikadan %5 biyodizel karışımıyla Avrupa pazarına sürerek biyodizelin kabul edilebilir bir dizel yakıt katkısı olarak en azından kısmen kabul edildiğini göstermiştir. DaimlerChrysler 2007 yılında, Amerika Birleşik Devletleri'nde biyoyakıt kalitesinin standartlaştırılabilmesi halinde garanti kapsamını %20 biyodizel karışımına çıkarma niyetini belirtmiştir. ⓘ
Volkswagen Grubu, bazı araçlarının kolza tohumu yağından yapılan B5 ve B100 ile uyumlu olduğunu ve EN 14214 standardına uygun olduğunu belirten bir açıklama yayınlamıştır. Araçlarında belirtilen biyodizel türünün kullanılması herhangi bir garantiyi geçersiz kılmayacaktır. ⓘ
Mercedes Benz, "üretim eksiklikleri" ile ilgili endişeler nedeniyle %5'ten fazla biyodizel (B5) içeren dizel yakıtlara izin vermemektedir. Bu tür onaylı olmayan yakıtların kullanımından kaynaklanan herhangi bir hasar Mercedes-Benz Sınırlı Garantisi kapsamına girmeyecektir. ⓘ
2004 yılından itibaren Nova Scotia'nın Halifax şehri, şehir otobüsleri filosunun tamamen balık yağı bazlı biyodizel ile çalışmasına izin verecek şekilde otobüs sistemini güncellemeye karar verdi. Bu durum şehirde başlangıçta bazı mekanik sorunlara yol açmış, ancak birkaç yıl süren iyileştirme çalışmalarının ardından tüm filo başarıyla dönüştürülmüştür. ⓘ
2007 yılında İngiltere'deki McDonald's, restoranlarının atık yağ yan ürünlerinden biyodizel üretmeye başlayacağını duyurdu. Bu yakıt filosunu çalıştırmak için kullanılacaktı. ⓘ
Doğrudan fabrikadan çıkan 2014 Chevy Cruze Clean Turbo Diesel, B20'ye (%20 biyodizel / %80 normal dizel karışımı) kadar biyodizel uyumluluğu için derecelendirilecektir ⓘ
Demiryolu kullanımı
İngiliz tren işletme şirketi Virgin Trains West Coast, Class 220'nin %80 petrodizel ve %20 biyodizel ile çalışacak şekilde dönüştürülmesiyle İngiltere'nin ilk "biyodizel trenini" çalıştırdığını iddia etti. ⓘ
İngiliz Kraliyet Treni 15 Eylül 2007 tarihinde Green Fuels Ltd. tarafından tedarik edilen %100 biyodizel yakıtla çalışan ilk yolculuğunu tamamladı. Prens Charles ve Green Fuels genel müdürü James Hygate, tamamen biyodizel yakıtla çalışan bir trenin ilk yolcularıydı. Kraliyet Treni 2007 yılından bu yana B100 (%100 biyodizel) ile başarılı bir şekilde çalışmaktadır. Hükümetin hazırladığı bir beyaz kitapta da Birleşik Krallık demiryollarının büyük bir kısmının biyodizele dönüştürülmesi önerilmiş ancak daha sonra bu öneri daha fazla elektrifikasyon lehine geri çekilmiştir. ⓘ
Benzer şekilde, Doğu Washington'da devlete ait kısa hatlı bir demiryolu 2008 yazında %25 biyodizel/%75 petrodizel karışımını test etmiş ve demiryolu rayları üzerinde bulunan bir biyodizel üreticisinden yakıt satın almıştır. Tren, kısmen kısa hattın geçtiği tarımsal bölgelerde yetiştirilen kanoladan elde edilen biyodizel ile çalışacak. ⓘ
Ayrıca 2007 yılında Disneyland park trenlerini B98 (%98 biyodizel) ile çalıştırmaya başlamıştır. Depolama sorunları nedeniyle program 2008 yılında durduruldu, ancak Ocak 2009'da parkın bundan sonra tüm trenleri kendi kullanılmış yemeklik yağlarından üretilen biyodizel ile çalıştıracağı açıklandı. Bu, trenlerin soya bazlı biyodizel ile çalıştırılmasından farklı bir uygulamadır. ⓘ
2007 yılında tarihi Mt. Washington Cog Demiryolu, tamamen buharlı lokomotif filosuna ilk biyodizel lokomotifi ekledi. Filo, 1868 yılından bu yana New Hampshire'daki Washington Dağı'nın batı yamaçlarını 37,4 derecelik en yüksek dikey tırmanışla tırmanmaktadır. ⓘ
8 Temmuz 2014 tarihinde dönemin Hindistan Demiryolu Bakanı D.V. Sadananda Gowda, Demiryolu Bütçesi'nde Hindistan Demiryolları'nın Dizel Motorlarında %5 oranında biyodizel kullanılacağını açıkladı. ⓘ
Biyodizel, araçlarda, ısınmada, havacılık sanayinde kullanılan bir üründür. ⓘ
Büyük Britanya'lı iş adamı Richard Branson Virgin Voyager isimli treni üretti ve bu dünya'nın ilk biyodizel ile çalışan treni oldu. ⓘ
Havacılık sahasındaki ilk biyoyakıtlı uçuş ise 23 Şubat 2008 tarihinde Boeing - Virgin Atlantic Havayolu - General Electric işbirliği tarafından gerçekleştirilmiştir. 4 motorlu Boeing 747-400′ün tek motoruna %20 oranında hindistan cevizi ve babassu bitkisinden elde edilmiş biyoyakıt eklenmiştir. Uçuş başarılı olmuştur. ⓘ
Uçak kullanımı
Tamamen biyodizelle çalışan bir Çek jet uçağı tarafından bir test uçuşu gerçekleştirildi. Ancak biyoyakıt kullanılan diğer jet uçuşlarında diğer yenilenebilir yakıt türleri kullanılmıştır. ⓘ
7 Kasım 2011 tarihinde United Airlines, Solazyme'in alg türevi yenilenebilir jet yakıtı Solajet™'i kullanarak mikrobik olarak türetilmiş bir biyoyakıtla dünyanın ilk ticari havacılık uçuşunu gerçekleştirdi. Eco-skies Boeing 737-800 uçağı yüzde 40 Solajet ve yüzde 60 petrol türevi jet yakıtı ile dolduruldu. Eco-skies'in 1403 sefer sayılı ticari uçuşu Houston'daki IAH havaalanından 10:30'da kalktı ve 13:03'te Chicago'daki ORD havaalanına indi. ⓘ
Eylül 2016'da Hollandalı bayrak taşıyıcı KLM, Los Angeles Uluslararası Havalimanı'ndan kalkan tüm KLM uçuşlarına biyoyakıt tedarik etmek üzere AltAir Fuels ile anlaştı. Paramount, California merkezli şirket önümüzdeki üç yıl boyunca yakındaki rafinerisinden doğrudan havalimanına biyoyakıt pompalayacak. ⓘ
Bir ısıtma yağı olarak
Biyodizel aynı zamanda evsel ve ticari kazanlarda ısıtma yakıtı olarak da kullanılabilir, ısıtma yağı ve biyoyakıt karışımı standartlaştırılmış ve ulaşım için kullanılan dizel yakıttan biraz farklı vergilendirilmiştir. Bioheat yakıtı, biyodizel ve geleneksel ısıtma yağının tescilli bir karışımıdır. Bioheat, Amerika Birleşik Devletleri'nde National Biodiesel Board [NBB] ve National Oilheat Research Alliance [NORA] ve Kanada'da Columbia Fuels'in tescilli ticari markasıdır. Isıtma biyodizeli çeşitli karışımlarda mevcuttur. ASTM 396, yüzde 5'e kadar biyodizel karışımlarını saf petrol ısıtma yağına eşdeğer olarak kabul etmektedir. 20'ye varan daha yüksek biyoyakıt karışımları birçok tüketici tarafından kullanılmaktadır. Bu tür karışımların performansı etkileyip etkilemediğini belirlemek için araştırmalar devam etmektedir. ⓘ
Eski fırınlar, biyodizelin çözücü özelliklerinden etkilenebilecek kauçuk parçalar içerebilir, ancak aksi takdirde herhangi bir dönüşüm gerekmeden biyodizeli yakabilir. Petrodizelin geride bıraktığı verniklerin serbest kalacağı ve boruları tıkayabileceği göz önüne alındığında dikkatli olunmalıdır - yakıt filtreleme ve hızlı filtre değişimi gereklidir. Diğer bir yaklaşım ise biyodizeli bir karışım olarak kullanmaya başlamaktır ve zaman içinde petrol oranını azaltmak verniklerin daha kademeli olarak çıkmasını ve tıkanma olasılığının daha düşük olmasını sağlayabilir. Biyodizelin güçlü çözücü özellikleri nedeniyle fırın temizlenir ve genellikle daha verimli hale gelir. ⓘ
Massachusetts Valisi Deval Patrick döneminde çıkarılan bir yasa, bu eyaletteki tüm ev ısıtma dizellerinin 1 Temmuz 2010'a kadar %2 biyoyakıt ve 2013'e kadar %5 biyoyakıt olmasını gerektirmektedir. New York Şehri de benzer bir yasa çıkarmıştır. ⓘ
Petrol sızıntılarının temizlenmesi
Petrol sızıntısı maliyetlerinin %80-90'ı kıyı şeridinin temizlenmesine harcandığından, petrol sızıntılarını kıyı şeridinden çıkarmak için daha verimli ve uygun maliyetli yöntemler aranmaktadır. Biyodizel, yağ asitlerinin kaynağına bağlı olarak ham petrolü önemli ölçüde çözme kapasitesini göstermiştir. Laboratuvar ortamında, kirlenmiş kıyı şeridini simüle eden petrollü sedimanlara tek bir kat biyodizel püskürtülmüş ve simüle edilmiş gelgitlere maruz bırakılmıştır. Biyodizel, ham petrolün viskozitesini önemli ölçüde düşüren metil ester bileşeni nedeniyle petrol için etkili bir çözücüdür. Ayrıca, ham petrolden daha yüksek bir kaldırma kuvvetine sahiptir ve bu da daha sonra çıkarılmasına yardımcı olur. Sonuç olarak, petrolün %80'i çakıl ve ince kumdan, %50'si kaba kumdan ve %30'u çakıldan çıkarılmıştır. Petrol kıyı şeridinden kurtarıldıktan sonra, petrol-biyodizel karışımı sıyırıcılarla su yüzeyinden elle uzaklaştırılır. Biyodizelin yüksek biyolojik parçalanabilirliği ve karışımın maruz kaldığı yüzey alanının artması nedeniyle kalan karışım kolayca parçalanır. ⓘ
Jeneratörlerde biyodizel
2001 yılında UC Riverside, tamamen biyodizelle çalışan 6 megavatlık bir yedek güç sistemi kurmuştur. Dizel yakıtlı yedek jeneratörler, şirketlerin yüksek kirlilik ve emisyon oranları pahasına kritik operasyonlarda zarar verici kesintilerden kaçınmasına olanak tanır. Bu jeneratörler B100 kullanarak duman, ozon ve sülfür emisyonlarına neden olan yan ürünleri büyük ölçüde ortadan kaldırabilmiştir. Bu jeneratörlerin okullar, hastaneler ve genel halkın bulunduğu yerleşim alanlarında kullanılması, zehirli karbon monoksit ve partikül maddede önemli azalmalar sağlar. ⓘ
Yakıt verimliliği
Biyodizelin güç çıkışı karışımına, kalitesine ve yakıtın yakıldığı yük koşullarına bağlıdır. Örneğin B100'ün B20'ye kıyasla termal verimliliği, çeşitli karışımların farklı enerji içeriği nedeniyle değişecektir. Bir yakıtın ısıl verimliliği kısmen viskozite, özgül yoğunluk ve parlama noktası gibi yakıt özelliklerine dayanır; bu özellikler karışımların yanı sıra biyodizelin kalitesi de değiştikçe değişecektir. Amerikan Test ve Malzeme Derneği, belirli bir yakıt örneğinin kalitesini değerlendirmek için standartlar belirlemiştir. ⓘ
Bir çalışmada, B40'ın fren termal verimliliğinin daha yüksek sıkıştırma oranlarında geleneksel petrol muadilinden daha üstün olduğu bulunmuştur (bu daha yüksek fren termal verimliliği 21:1 sıkıştırma oranlarında kaydedilmiştir). Sıkıştırma oranları arttıkça, test edilen karışımların yanı sıra tüm yakıt türlerinin verimliliğinin de arttığı kaydedilmiştir; ancak B40 karışımının 21:1 sıkıştırma oranında diğer tüm karışımlara göre en ekonomik olduğu tespit edilmiştir. Çalışma, verimlilikteki bu artışın yakıt yoğunluğu, viskozite ve yakıtların ısınma değerlerinden kaynaklandığını ima etmiştir. ⓘ
Yanma
Bazı modern dizel motorların yakıt sistemleri biyodizele uygun olarak tasarlanmamışken, birçok ağır hizmet motoru B20'ye kadar biyodizel karışımlarıyla çalışabilmektedir. Geleneksel doğrudan enjeksiyonlu yakıt sistemleri enjektör ucunda yaklaşık 3.000 psi ile çalışırken, modern common rail yakıt sistemi enjektör ucunda 30.000 PSI'a kadar çalışmaktadır. Bileşenler, donma noktasının altından 1.000 °F'nin (560 °C) üzerine kadar geniş bir sıcaklık aralığında çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Dizel yakıtın verimli bir şekilde yanması ve mümkün olduğunca az emisyon üretmesi beklenir. Dizel motorlara emisyon standartları getirildikçe, zararlı emisyonları kontrol etme ihtiyacı dizel motor yakıt sistemlerinin parametrelerinde tasarlanmaktadır. Geleneksel sıralı enjeksiyon sistemi, common rail yakıt sisteminin aksine daha düşük kaliteli yakıtlara karşı daha bağışlayıcıdır. Common rail sisteminin daha yüksek basınçları ve daha sıkı toleransları, atomizasyon ve enjeksiyon zamanlaması üzerinde daha fazla kontrol sağlar. Atomizasyonun yanı sıra yanmanın da bu şekilde kontrol edilmesi, modern dizel motorların daha verimli çalışmasının yanı sıra emisyonlar üzerinde daha fazla kontrol sağlar. Dizel yakıt sistemi içindeki bileşenler, yakıt sisteminin ve dolayısıyla motorun verimli çalışmasını sağlayacak şekilde yakıtla etkileşime girer. Belirli çalışma parametrelerine sahip bir sisteme spesifikasyon dışı bir yakıt eklenirse, genel yakıt sisteminin bütünlüğü tehlikeye girebilir. Püskürtme şekli ve atomizasyon gibi bu parametrelerden bazıları doğrudan enjeksiyon zamanlamasıyla ilgilidir. ⓘ
Bir çalışmada, atomizasyon sırasında biyodizel ve karışımlarının geleneksel petrodizel tarafından üretilen damlacıklardan daha büyük çaplı damlacıklar ürettiği bulunmuştur. Daha küçük damlacıklar, geleneksel dizel yakıtın daha düşük viskozitesine ve yüzey gerilimine bağlanmıştır. Püskürtme modelinin çevresindeki damlacıkların çapının merkezdeki damlacıklardan daha büyük olduğu bulunmuştur. Bu durum, püskürtme deseninin kenarındaki daha hızlı basınç düşüşüne bağlanmıştır; damlacık boyutu ile enjektör ucundan uzaklık arasında orantılı bir ilişki vardır. B100'ün en yüksek püskürtme penetrasyonuna sahip olduğu tespit edilmiştir, bu durum B100'ün daha yüksek yoğunluğuna bağlanmıştır. Daha büyük bir damlacık boyutuna sahip olmak yanmada verimsizliğe, emisyonların artmasına ve beygir gücünün azalmasına neden olabilir. Başka bir çalışmada, biyodizel enjekte edilirken kısa bir enjeksiyon gecikmesi olduğu bulunmuştur. Bu enjeksiyon gecikmesi biyodizelin daha yüksek viskozitesine bağlanmıştır. Biyodizelin geleneksel petrodizele göre daha yüksek viskozitesi ve daha yüksek setan oranının, ateşleme gecikmesi süresi boyunca hava ile karışım penetrasyonunun yanı sıra zayıf atomizasyona yol açtığı belirtilmiştir. Bir başka çalışmada, bu tutuşma gecikmesinin NOx emisyonunun azalmasına yardımcı olabileceği belirtilmiştir. ⓘ
Emisyonlar
Emisyonlar, ABD Çevre Koruma Ajansı (E.P.A.) tarafından düzenlenen dizel yakıtların yanmasının doğasında vardır. Bu emisyonlar yanma sürecinin bir yan ürünü olduğundan, EPA uyumluluğunu sağlamak için bir yakıt sisteminin yakıtların yanmasını kontrol edebilmesinin yanı sıra emisyonların azaltılmasını da sağlayabilmesi gerekir. Dizel emisyonlarının üretimini kontrol etmek için aşamalı olarak uygulanmakta olan bir dizi yeni teknoloji bulunmaktadır. Egzoz gazı devridaim sistemi, E.G.R. ve dizel partikül filtresi, D.P.F., her ikisi de zararlı emisyon üretimini azaltmak için tasarlanmıştır. ⓘ
Chonbuk Ulusal Üniversitesi tarafından gerçekleştirilen bir çalışmada, B30 biyodizel karışımının karbon monoksit emisyonlarını yaklaşık %83, partikül madde emisyonlarını ise yaklaşık %33 oranında azalttığı sonucuna varılmıştır. Ancak NOx emisyonlarının E.G.R. sistemi uygulanmadan arttığı tespit edilmiştir. Çalışmada ayrıca E.G.R. ile B20 biyodizel karışımının motorun emisyonlarını önemli ölçüde azalttığı sonucuna varılmıştır. Buna ek olarak, Kaliforniya Hava Kaynakları Kurulu tarafından yapılan analiz, biyodizelin test edilen yakıtlar arasında en düşük karbon emisyonuna sahip olduğunu ortaya koymuştur; bunlar ultra düşük kükürtlü dizel, benzin, mısır bazlı etanol, sıkıştırılmış doğal gaz ve farklı hammaddelerden elde edilen beş biyodizel türüdür. Çalışmanın sonuçları, kullanılan hammaddeye bağlı olarak biyodizelin karbon emisyonlarında da büyük farklılıklar olduğunu göstermiştir. Soya, donyağı, kanola, mısır ve kullanılmış yemeklik yağ arasında soya en yüksek karbon emisyonunu gösterirken, kullanılmış yemeklik yağ en düşük karbon emisyonunu üretmiştir. ⓘ
Biyodizelin dizel partikül filtreleri üzerindeki etkisi incelenirken, sodyum ve potasyum karbonatların varlığı külün katalitik dönüşümüne yardımcı olsa da, dizel partiküller katalize edildikçe, D.P.F. içinde toplanabilecekleri ve böylece filtrenin açıklıklarına müdahale edebilecekleri bulunmuştur. Bu da filtrenin tıkanmasına ve rejenerasyon sürecinin sekteye uğramasına neden olabilir. Jathropa biyodizel karışımları ile E.G.R. oranlarının etkisi üzerine yapılan bir çalışmada, E.G.R. sistemi ile tasarlanmış bir dizel motorda biyodizel kullanımı nedeniyle yakıt verimliliğinde ve tork çıkışında bir düşüş olduğu gösterilmiştir. Egzoz gazı devridaiminin artmasıyla CO ve CO2 emisyonlarının arttığı ancak NOx seviyelerinin azaldığı tespit edilmiştir. Geleneksel dizelin kabul edilebilir standartların dışında olduğu durumlarda, jathropa karışımlarının opaklık seviyesi kabul edilebilir bir aralıktaydı. Bir E.G.R. sistemi ile Nox emisyonlarında azalma elde edilebileceği gösterilmiştir. Bu çalışma, E.G.R. sisteminin belirli bir çalışma aralığında geleneksel dizele göre bir avantaj sağladığını göstermiştir. ⓘ
2017 yılı itibariyle, karışımlı biyodizel yakıtlar (özellikle B5, B8 ve B20) ABD şehirlerindeki transit otobüsler başta olmak üzere birçok ağır hizmet aracında düzenli olarak kullanılmaktadır. Egzoz emisyonlarının karakterizasyonu, normal dizele kıyasla önemli emisyon azalmaları göstermiştir. ⓘ
Malzeme uyumluluğu
- Plastikler: Yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) uyumludur ancak polivinil klorür (PVC) yavaşça bozulur. Polistiren biyodizel ile temas ettiğinde çözülür.
- Metaller: Biyodizel (metanol gibi) bakır bazlı malzemeler (örneğin pirinç) üzerinde etkilidir ve ayrıca çinko, kalay, kurşun ve dökme demiri de etkiler. Paslanmaz çelikler (316 ve 304) ve alüminyum etkilenmez.
- Kauçuk: Biyodizel bazı eski motor bileşenlerinde bulunan doğal kauçuk türlerini de etkiler. Çalışmalar ayrıca peroksit ve baz metal oksitlerle kürlenmiş florlu elastomerlerin (FKM) biyodizel oksidasyon nedeniyle stabilitesini kaybettiğinde bozulabileceğini bulmuştur. Modern araçlarda yaygın olarak kullanılan sentetik kauçuklar FKM- GBL-S ve FKM- GF-S'nin her koşulda biyodizel ile başa çıkabildiği görülmüştür. ⓘ
Motorin için gerekli depolama yöntem ve kuralları biyodizel için de geçerlidir. Biyodizel 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 biyodizel bu malzemeleri parçalamaktadır. Bu gibi durumlarda biyodizelle uyumlu Viton B tipi elastomerik malzemelerin kullanımı önerilmektedir. ⓘ
Teknik standartlar
Biyodizelin kalitesi için Avrupa standardı EN 14214, ASTM International D6751 ve Kanada Ulusal Standardı CAN/CGSB-3.524 dahil olmak üzere bir dizi standart vardır. ⓘ
ASTM D6751 (American Society for Testing and Materials) orta damıtık yakıtlarla harmanlanmış biyodizellere ilişkin standart ve spesifikasyonları detaylandırmaktadır. Bu spesifikasyon standardı, biyodizel karışımları için belirli özelliklerin belirlenmesinde kullanılacak çeşitli test yöntemlerini belirtir. Bahsedilen testlerden bazıları parlama noktası ve kinematik viskoziteyi içerir.[1] ⓘ
Düşük sıcaklıkta jelleşme
Biyodizel belirli bir noktanın altına soğutulduğunda, bazı moleküller toplanır ve kristaller oluşturur. Kristaller görünür ışığın dalga boylarının dörtte birinden daha büyük hale geldiğinde yakıt bulutlu görünmeye başlar - bu bulutlanma noktasıdır (CP). Yakıt daha da soğutuldukça bu kristaller daha da büyür. Yakıtın 45 mikrometre filtreden geçebileceği en düşük sıcaklık soğuk filtre tıkanma noktasıdır (CFPP). Biyodizel daha da soğutuldukça jelleşecek ve ardından katılaşacaktır. Avrupa'da CFPP gerekliliklerinde ülkeler arasında farklılıklar vardır. Bu, söz konusu ülkelerin farklı ulusal standartlarında yansıtılmaktadır. Saf (B100) biyodizelin jelleşmeye başladığı sıcaklık önemli ölçüde değişir ve esterlerin karışımına ve dolayısıyla biyodizel üretmek için kullanılan ham yağa bağlıdır. Örneğin, düşük erüsik asitli kanola tohumu çeşitlerinden (RME) üretilen biyodizel yaklaşık -10 °C'de (14 °F) jelleşmeye başlar. Sığır donyağı ve palmiye yağından üretilen biyodizel sırasıyla 16 °C (61 °F) ve 13 °C (55 °F) civarında jelleşme eğilimindedir. Saf biyodizelin akma noktasını ve soğuk filtre tıkanma noktasını önemli ölçüde düşürecek ticari olarak mevcut bir dizi katkı maddesi vardır. Biyodizelin #2 düşük sülfürlü dizel yakıt ve #1 dizel/gazyağı gibi diğer akaryakıtlarla karıştırılmasıyla da kış işletimi mümkündür. ⓘ
Soğuk koşullarda biyodizel kullanımını kolaylaştırmak için bir başka yaklaşım da standart dizel yakıt deposuna ek olarak biyodizel için ikinci bir yakıt deposu kullanmaktır. İkinci yakıt deposu yalıtılabilir ve motor soğutma sıvısı kullanan bir ısıtma bobini deponun içinden geçirilebilir. Yakıt yeterince ısındığında yakıt depoları değiştirilebilir. Benzer bir yöntem, dizel araçları düz bitkisel yağ kullanarak çalıştırmak için de kullanılabilir. ⓘ
Biyodizel ve biyodizel-dizel karışımları, dizelden 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. Biyodizel-dizel karışımları 4 °C üzerinde harmanlama ile hazırlanmalıdır. Soğukta harmanlamada biyodizelin dizel 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. ⓘ
Su ile kirlenme
Biyodizel küçük ama sorunlu miktarlarda su içerebilir. Su ile çok az karışabilir olmasına rağmen higroskopiktir. Biyodizelin su emebilmesinin nedenlerinden biri tamamlanmamış bir reaksiyondan arta kalan mono ve digliseritlerin kalıcılığıdır. Bu moleküller bir emülgatör görevi görerek suyun biyodizelle karışmasını sağlayabilir. Buna ek olarak, işlemden arta kalan veya depolama tankı yoğuşmasından kaynaklanan su da olabilir. Suyun varlığı bir sorundur çünkü
- Su yakıtın yanma ısısını düşürerek dumana, daha zor marşa ve düşük güce neden olur.
- Su, yakıt sistemi bileşenlerinin (pompalar, yakıt hatları, vb.) korozyonuna neden olur
- Sudaki mikroplar sistemdeki kağıt elemanlı filtrelerin çürümesine ve bozulmasına neden olarak büyük parçacıkların yutulması nedeniyle yakıt pompasının arızalanmasına neden olur.
- Su donarak buz kristalleri oluşturur ve çekirdeklenme için yer sağlayarak yakıtın jelleşmesini hızlandırır.
- Su, pistonlarda çukurlaşmaya neden olur. ⓘ
Su ve yağ birbirinden ayrıldığından, biyodizeli kirleten su miktarını numune alarak ölçmek daha önce zordu. Ancak artık yağda su sensörleri kullanılarak su içeriğini ölçmek mümkündür. ⓘ
Su kirliliği, üretim sürecinde yer alan bazı kimyasal katalizörler kullanıldığında da potansiyel bir sorundur ve potasyum hidroksit gibi baz (yüksek pH) katalizörlerin katalitik verimliliğini önemli ölçüde azaltır. Bununla birlikte, yağ hammaddesi ve metanolün transesterifikasyon sürecinin yüksek sıcaklık ve basınç altında gerçekleştirildiği süper kritik metanol üretim metodolojisinin, üretim aşamasında su kontaminasyonunun varlığından büyük ölçüde etkilenmediği gösterilmiştir. ⓘ
Bulunabilirlik ve fiyatlar
Küresel biyodizel üretimi 2005 yılında 3.8 milyon tona ulaşmıştır. Biyodizel üretiminin yaklaşık %85'i Avrupa Birliği'nden gelmiştir. ⓘ
2007 yılında, Amerika Birleşik Devletleri'nde, federal ve eyalet yakıt vergileri dahil olmak üzere, B2/B5'in ortalama perakende (pompa) fiyatları petrol dizelinden yaklaşık 12 sent daha düşüktü ve B20 karışımları petrodizel ile aynıydı. Ancak, dizel fiyatlandırmasındaki dramatik değişimin bir parçası olarak, Temmuz 2009 itibariyle, ABD DOE B20'nin ortalama maliyetinin petrol dizelinden galon başına 15 sent daha yüksek olduğunu bildirmiştir (2.69 $/gal'a karşılık 2.54 $/gal). B99 ve B100, yerel yönetimlerin vergi teşviki veya sübvansiyon sağladığı durumlar haricinde, genellikle petrodizelden daha pahalıdır. Ekim 2016'da Biyodizel (B20) petrodizelden 2 sent/galon daha düşüktü. ⓘ
Üretim
Biyodizel genellikle bitkisel yağ veya hayvansal yağ hammaddesinin ve kızartma yağı vb. gibi diğer yenilebilir olmayan hammaddelerin transesterifikasyonu ile üretilir. Bu transesterifikasyon reaksiyonunu gerçekleştirmek için yaygın kesikli işlem, heterojen katalizörler, süperkritik işlemler, ultrasonik yöntemler ve hatta mikrodalga yöntemleri dahil olmak üzere çeşitli yöntemler vardır. ⓘ
Kimyasal olarak, transesterifiye biyodizel uzun zincirli yağ asitlerinin mono-alkil esterlerinin bir karışımından oluşur. En yaygın form, mevcut en ucuz alkol olduğu için metil esterleri (genellikle Yağ Asidi Metil Ester - FAME olarak adlandırılır) üretmek için metanol (sodyum metoksite dönüştürülür) kullanır, ancak etanol bir etil ester (genellikle Yağ Asidi Etil Ester - FAEE olarak adlandırılır) biyodizel üretmek için kullanılabilir ve izopropanol ve bütanol gibi daha yüksek alkoller de kullanılmıştır. Daha yüksek moleküler ağırlığa sahip alkollerin kullanılması, daha az verimli bir transesterifikasyon reaksiyonu pahasına, elde edilen esterin soğuk akış özelliklerini iyileştirir. Baz yağı istenen esterlere dönüştürmek için bir lipid transesterifikasyon üretim prosesi kullanılır. Baz yağdaki serbest yağ asitleri (FFA'lar) ya sabuna dönüştürülür ve işlemden çıkarılır ya da asidik bir katalizör kullanılarak esterleştirilir (daha fazla biyodizel elde edilir). Bu işlemden sonra, düz bitkisel yağın aksine, biyodizel petrol dizeline çok benzer yanma özelliklerine sahiptir ve mevcut kullanımların çoğunda onun yerini alabilir. ⓘ
Çoğu biyodizel üretim sürecinde kullanılan metanol, fosil yakıt girdileri kullanılarak üretilmektedir. Ancak, hammadde olarak karbondioksit veya biyokütle kullanılarak üretilen ve üretim süreçlerini fosil yakıtlardan arındıran yenilenebilir metanol kaynakları vardır. ⓘ
Transesterifikasyon sürecinin bir yan ürünü de gliserol üretimidir. Üretilen her 1 ton biyodizel için 100 kg gliserol üretilmektedir. Başlangıçta gliserol için değerli bir pazar vardı ve bu da bir bütün olarak sürecin ekonomisine yardımcı oluyordu. Ancak küresel biyodizel üretimindeki artışla birlikte bu ham gliserolün (%20 su ve katalizör kalıntıları içeren) piyasa fiyatı düşmüştür. Bu gliserolün kimyasal bir yapı taşı olarak kullanılması için küresel çapta araştırmalar yürütülmektedir (bkz. Wikipedia'daki "Gliserol" maddesi altındaki kimyasal ara ürün). Birleşik Krallık'taki bir girişim Gliserol Mücadelesi'dir. ⓘ
Genellikle bu ham gliserolün saflaştırılması gerekir, tipik olarak vakum distilasyonu gerçekleştirilerek. Bu oldukça enerji yoğun bir işlemdir. Rafine gliserol (%98+ saflıkta) daha sonra doğrudan kullanılabilir ya da başka ürünlere dönüştürülebilir. Aşağıdaki duyurular 2007 yılında yapılmıştır: Ashland Inc. ve Cargill ortak girişimi Avrupa'da gliserolden propilen glikol üretmeyi planladığını duyurmuş, Dow Chemical da Kuzey Amerika için benzer planlar yaptığını açıklamıştır. Dow ayrıca gliserolden epiklorhidrin üretmek için Çin'de bir tesis kurmayı planlamaktadır. Epiklorhidrin epoksi reçineleri için bir hammaddedir. ⓘ
Üretim seviyeleri
2007 yılında biyodizel üretim kapasitesi hızla artmaktaydı ve 2002'den 2006'ya kadar yıllık ortalama büyüme oranı %40'ın üzerindeydi. Gerçek üretim rakamlarının elde edilebildiği en son yıl olan 2006'da toplam dünya biyodizel üretimi 5-6 milyon ton civarındaydı ve bunun 4.9 milyon tonu Avrupa'da (2.7 milyon tonu Almanya'dan), geri kalanının çoğu da ABD'de işleniyordu. Sadece Avrupa'daki üretim 2008 yılında 7.8 milyon tona yükselmiştir. Temmuz 2009'da Avrupalı, özellikle de Alman üreticilerin rekabetini dengelemek amacıyla Avrupa Birliği'nde Amerikan ithal biyodizeline bir vergi eklenmiştir. Avrupa'da 2008 yılı kapasitesi 16 milyon tondur. Bu rakam ABD ve Avrupa'daki toplam dizel talebinin yaklaşık 490 milyon ton (147 milyar galon) olduğunu göstermektedir. 2005-06'da tüm amaçlar için dünya toplam bitkisel yağ üretimi yaklaşık 110 milyon tondu ve her biri yaklaşık 34 milyon ton palm yağı ve soya fasulyesi yağıydı. Endonezya, 2018 itibariyle yıllık 3,5 milyon tonluk üretimiyle dünyanın en büyük palm yağı bazlı biyoyakıt tedarikçisi konumundadır ve yaklaşık 1 milyon ton biyodizel ihraç etmesi beklenmektedir. ⓘ
ABD'nin 2011 yılındaki biyodizel üretimi, sektörü yeni bir dönüm noktasına taşımıştır. EPA Yenilenebilir Yakıt Standardı kapsamında, toplam talebe kıyasla üretim seviyelerini izlemek ve belgelemek amacıyla biyodizel üretim tesisleri için hedefler belirlenmiştir. EPA tarafından açıklanan yılsonu verilerine göre 2011 yılında biyodizel üretimi 1 milyar galonu aşmıştır. Bu üretim rakamı EPA tarafından belirlenen 800 milyon galonluk hedefi çok aşmıştır. Öngörülen 2020 yılı üretimi ise yaklaşık 12 milyar galondur. ⓘ
Biyodizel hammaddeleri
| Bitki yağları ⓘ |
|---|
 |
| Türleri |
|
| Kullanım Alanları |
|
| Bileşenler |
|
Biyodizel üretmek için çeşitli yağlar kullanılabilir. Bunlar şunları içerir:
- Saf yağ hammaddesi - kolza tohumu ve soya fasulyesi yağları en yaygın olarak kullanılmakta olup soya fasulyesi yağı ABD üretiminin yaklaşık yarısını oluşturmaktadır. Ayrıca Pongamia, tarla pennycress ve jatropha ve hardal, jojoba, keten, ayçiçeği, palmiye yağı, hindistan cevizi ve kenevir gibi diğer ürünlerden de elde edilebilir (daha fazla bilgi için biyoyakıt için bitkisel yağlar listesine bakınız);
- Atık bitkisel yağ (WVO);
- Don yağı, domuz yağı, sarı gres, tavuk yağı ve balık yağından Omega-3 yağ asitleri üretiminin yan ürünleri dahil olmak üzere hayvansal yağlar.
- Kanalizasyon gibi atık maddeler kullanılarak ve halihazırda gıda üretimi için kullanılan arazileri yerinden etmeden yetiştirilebilen algler.
- Geleneksel ürünlerin yetiştirilemediği kıyı bölgelerinde tuzlu su kullanılarak yetiştirilebilen Salicornia bigelovii gibi halofitlerden elde edilen ve tatlı su sulaması kullanılarak yetiştirilen soya fasulyesi ve diğer yağlı tohumların verimine eşit verim sağlayan yağ
- Kanalizasyon Çamuru - Kanalizasyondan biyoyakıt elde etme alanı, Atık Yönetimi gibi büyük şirketlerin ve InfoSpi gibi yenilenebilir kanalizasyon biyodizelinin fiyat konusunda petrol dizeli ile rekabet edebilir hale gelebileceğini iddia eden yeni girişimlerin ilgisini çekmektedir. ⓘ
Birçok savunucu, atık bitkisel yağın biyodizel üretmek için en iyi yağ kaynağı olduğunu öne sürmektedir, ancak mevcut arz, dünyada ulaşım ve ev ısıtması için yakılan petrol bazlı yakıt miktarından önemli ölçüde daha az olduğundan, bu yerel çözüm mevcut tüketim oranına ölçeklenemez. ⓘ
Hayvansal yağlar et üretimi ve pişirmenin bir yan ürünüdür. Hayvanları sadece yağları için yetiştirmek (veya balık yakalamak) verimli olmasa da, yan ürünün kullanımı hayvancılık endüstrisine (domuz, sığır, kümes hayvanları) değer katmaktadır. Günümüzde, çoklu hammadde biyodizel tesisleri yüksek kalitede hayvansal yağ bazlı biyodizel üretmektedir. Şu anda ABD'de, yerel Tyson tavukçuluk tesisinde yılda üretilen tahmini 1 milyar kg (2,2 milyar pound) tavuk yağının bir kısmından 11,4 milyon litre (3 milyon galon) biyodizel üretmek amacıyla 5 milyon dolarlık bir tesis inşa edilmektedir. Benzer şekilde, bazı küçük ölçekli biyodizel fabrikaları atık balık yağını hammadde olarak kullanmaktadır. AB tarafından finanse edilen bir proje (ENERFISH), Vietnam'da yayın balığından (basa, pangasius olarak da bilinir) biyodizel üreten bir tesiste, 81 ton balık atığından (130 ton balıktan elde edilen) 13 ton/gün biyodizel üretilebileceğini göstermektedir. Bu proje, biyodizeli balık işleme tesisindeki bir CHP ünitesine yakıt olarak ve özellikle balık dondurma tesisine güç sağlamak için kullanmaktadır. ⓘ
Gerekli hammadde miktarı
Dünya çapında mevcut bitkisel yağ ve hayvansal yağ üretimi, sıvı fosil yakıt kullanımının yerini almak için yeterli değildir. Ayrıca, bazıları ek bitkisel yağ üretmek için ihtiyaç duyulacak büyük miktarda tarıma ve bunun sonucunda ortaya çıkacak gübreleme, böcek ilacı kullanımı ve arazi kullanımı dönüşümüne itiraz etmektedir. ABD Enerji Bakanlığı Enerji Bilgi İdaresi'ne göre, ABD'de kullanılan tahmini ulaşım dizel yakıtı ve ev ısıtma yağı yaklaşık 160 milyon tondur (350 milyar pound). Amerika Birleşik Devletleri'nde tüm kullanımlar için tahmini bitkisel yağ üretimi yaklaşık 11 milyon ton (24 milyar pound) ve tahmini hayvansal yağ üretimi 5,3 milyon tondur (12 milyar pound). ⓘ
ABD'nin ekilebilir arazi alanının tamamı (470 milyon dönüm veya 1.9 milyon kilometrekare) soyadan biyodizel üretimine ayrılsa, bu gerekli 160 milyon tonu hemen hemen sağlayacaktır (iyimser bir 98 US gal/ dönüm biyodizel varsayımı ile). Engeller aşılabilirse, bu arazi alanı prensipte algler kullanılarak önemli ölçüde azaltılabilir. ABD DOE, alg yakıtının ABD'deki tüm petrol yakıtının yerini alması halinde, 140 ton/hektar (15.000 US gal/acre) verim varsayıldığında, Maryland'den birkaç bin mil kare daha büyük olan 15.000 mil kare (39.000 kilometrekare) veya Belçika'nın yüzölçümünden %30 daha büyük bir alan gerektireceğini tahmin etmektedir. Daha gerçekçi bir verim olan 36 ton/hektar (3834 US gal/acre) göz önüne alındığında gerekli alan yaklaşık 152.000 kilometre kare ya da kabaca Georgia eyaleti veya İngiltere ve Galler'e eşittir. Alglerin avantajları, çöller gibi tarıma elverişli olmayan arazilerde veya deniz ortamlarında yetiştirilebilmesi ve potansiyel petrol veriminin bitkilerden çok daha yüksek olmasıdır. ⓘ
Verim
Birim alan başına hammadde verimliliği, üretimi araçların önemli bir yüzdesine güç sağlamak için gereken büyük endüstriyel seviyelere yükseltmenin fizibilitesini etkiler. ⓘ
| Mahsul | Verim | |
|---|---|---|
| L/ha | ABD gal/akre | |
| Palmiye yağı | 4752 | 508 |
| Hindistan Cevizi | 2151 | 230 |
| Cyperus esculentus | 1628 | 174 |
| Kolza tohumu | 954 | 102 |
| Soya (Indiana) | 554-922 | 59.2–98.6 |
| Çin donyağı | 907 | 97 |
| Fıstık | 842 | 90 |
| Ayçiçeği | 767 | 82 |
| Kenevir | 242 | 26 |
Alglerin yakıt verimi henüz kesin olarak belirlenmemiştir, ancak DOE'nin alglerin soya fasulyesi gibi kara ürünlerine kıyasla dönüm başına 30 kat daha fazla enerji verdiğini söylediği bildirilmektedir. Hayfa'daki Oşinografi Enstitüsü'nden Ami Ben-Amotz, 20 yılı aşkın bir süredir ticari olarak alg yetiştiriciliği yapan Ami Ben-Amotz, 36 ton/hektarlık verimin pratik olduğunu düşünmektedir. ⓘ
Jatropha yüksek verimli bir biyodizel kaynağı olarak gösterilmektedir ancak verim büyük ölçüde iklim ve toprak koşullarına bağlıdır. Alt sınırdaki tahminlere göre ürün başına yaklaşık 200 ABD gal/akre (hektar başına 1,5-2 ton) verim elde edilmektedir; daha elverişli iklimlerde yılda iki veya daha fazla ürün elde edilmiştir. Filipinler, Mali ve Hindistan'da yetiştirilir, kuraklığa dayanıklıdır ve kahve, şeker, meyve ve sebze gibi diğer nakit ürünlerle aynı alanı paylaşabilir. Savunucularına göre yarı kurak topraklar için çok uygundur ve çölleşmeyi yavaşlatmaya katkıda bulunabilir. ⓘ
Verimlilik ve ekonomik argümanlar
Tennessee Valley Authority için Dr. Van Dyne ve Raymer tarafından yapılan bir araştırmaya göre, ortalama bir ABD çiftliği bir ürün elde etmek için hektar başına 82 litre (8,75 US gal/acre) yakıt tüketmektedir. Bununla birlikte, ortalama kolza tohumu mahsulleri ortalama 1.029 L/ha (110 US gal/acre) oranında yağ üretmekte ve yüksek verimli kolza tohumu tarlaları yaklaşık 1.356 L/ha (145 US gal/acre) üretmektedir. Bu durumlarda girdinin çıktıya oranı kabaca 1:12.5 ve 1:16.5'tir. Fotosentezin toplam güneş radyasyonunun yaklaşık %3-6'sı kadar bir verimlilik oranına sahip olduğu bilinmektedir ve bir mahsulün tüm kütlesi enerji üretimi için kullanılırsa, bu zincirin genel verimliliği şu anda yaklaşık %1'dir. Bu, elektrikli bir aktarma organıyla birleştirilmiş güneş pilleriyle olumsuz bir şekilde karşılaştırılabilirken, biyodizelin yerleştirilmesi (güneş pilleri metrekare başına yaklaşık 250 ABD dolarına mal olur) ve taşınması (elektrikli araçlar, şu anda sıvı yakıtlardan çok daha düşük enerji yoğunluğuna sahip piller gerektirir) daha az maliyetlidir. 2005 yılında yapılan bir çalışma, soya fasulyesi kullanılarak yapılan biyodizel üretiminin, üretilen biyodizele kıyasla %27 daha fazla fosil enerji gerektirdiğini, ayçiçeği kullanılarak yapılan biyodizel üretiminin ise %118 daha fazla enerji gerektirdiğini ortaya koymuştur. ⓘ
Ancak bu istatistikler böyle bir değişikliğin ekonomik açıdan mantıklı olup olmadığını göstermek için tek başına yeterli değildir. İşleme için gereken enerjinin yakıt eşdeğeri, ham petrolden elde edilen yakıt verimi, gıda yetiştirmenin getirisi, biyodizelin gıda fiyatları üzerinde yaratacağı etki ve biyodizelin petrodizele göre göreceli maliyeti, çiftlik akıntılarından kaynaklanan su kirliliği, toprağın tükenmesi ve petrol üreticisi ülkelerde petrodizelin fiyatını kontrol etmeye yönelik siyasi ve askeri müdahalelerin dışsallaştırılmış maliyetleri gibi ek faktörler de dikkate alınmalıdır. ⓘ
Biyodizelin enerji dengesi konusundaki tartışmalar devam etmektedir. Tamamen biyoyakıtlara geçiş, geleneksel gıda mahsullerinin kullanılması halinde (gıda dışı mahsuller kullanılabilse de) çok büyük araziler gerektirebilir. Enerji tüketimi ekonomik çıktı ile ölçeklendiğinden, sorun özellikle büyük ekonomilere sahip ülkeler için ciddi olacaktır. ⓘ
Eğer sadece geleneksel gıda bitkileri kullanılacaksa, bu tür ülkelerin çoğunda ülke araçları için biyoyakıt üretmeye yetecek kadar ekilebilir arazi bulunmamaktadır. Daha küçük ekonomilere (dolayısıyla daha az enerji tüketimine) ve daha fazla ekilebilir araziye sahip ülkeler daha iyi durumda olabilir, ancak birçok bölge araziyi gıda üretiminden uzaklaştırmayı göze alamaz. ⓘ
Üçüncü dünya ülkeleri için, marjinal arazileri kullanan biyodizel kaynakları daha mantıklı olabilir; örneğin, yollar boyunca yetiştirilen pongam oiltree fıstığı veya demiryolu hatları boyunca yetiştirilen jatropha. ⓘ
Malezya ve Endonezya gibi tropikal bölgelerde palmiye yağı üreten bitkiler, Avrupa ve diğer pazarlarda artan biyodizel talebini karşılamak için hızla ekilmektedir. Bilim adamları palmiye plantasyonları için yağmur ormanlarının yok edilmesinin ekolojik açıdan sağlıklı olmadığını, palmiye yağı plantasyonlarının genişlemesinin doğal yağmur ormanları ve biyolojik çeşitlilik için tehdit oluşturduğunu göstermiştir. ⓘ
Almanya'da palmiye yağı dizelinin üretim maliyetinin kolza tohumu biyodizelinin üçte birinden daha az olduğu tahmin edilmektedir. Biyodizelin enerji içeriğinin doğrudan kaynağı, fotosentez sırasında bitkiler tarafından yakalanan güneş enerjisidir. Biyodizelin pozitif enerji dengesi ile ilgili olarak:
- Saman tarlada bırakıldığında, her 0,561 GJ enerji girdisine karşılık 1 GJ biyodizel elde edilerek (1,78 verim/maliyet oranı) biyodizel üretimi güçlü bir enerji pozitifliğine sahip olmuştur.
- Yakıt olarak saman yakıldığında ve gübre olarak yağlı tohum rapemeal kullanıldığında, biyodizel üretimi için verim/maliyet oranı daha da iyi olmuştur (3.71). Başka bir deyişle, biyodizel üretmek için her birim enerji girdisine karşılık 3,71 birim çıktı elde edilmiştir (aradaki 2,71 birimlik fark güneş enerjisinden kaynaklanmaktadır). ⓘ
Ekonomik etki
Biyodizel üretiminin ekonomik etkisine ilişkin çok sayıda ekonomik çalışma yapılmıştır. Ulusal Biyodizel Kurulu tarafından yaptırılan bir çalışma, biyodizel üretiminin 64.000'den fazla işi desteklediğini bildirmiştir. Biyodizeldeki büyüme GSYH'nin de önemli ölçüde artmasına yardımcı olmaktadır. Biyodizel 2011 yılında 3 milyar dolardan fazla GSYİH yaratmıştır. Yenilenebilir Yakıt Standardındaki büyümenin devam etmesi ve biyodizel vergi teşvikinin uzatılması halinde 2012 ve 2013 yıllarında istihdam sayısı 50,725'e, gelir 2.7 milyar dolara ve GSYİH 5 milyar dolara ulaşabilir. ⓘ
Enerji güvenliği
Biyodizelin benimsenmesindeki ana etkenlerden biri enerji güvenliğidir. Bu, bir ülkenin petrole olan bağımlılığının azaltılması ve kömür, gaz veya yenilenebilir kaynaklar gibi yerel olarak mevcut kaynakların kullanımıyla ikame edilmesi anlamına gelir. Böylece bir ülke, sera gazı emisyonlarında bir azalma olmaksızın biyoyakıtların benimsenmesinden fayda sağlayabilir. Toplam enerji dengesi tartışılsa da, petrole olan bağımlılığın azaldığı açıktır. Buna bir örnek, gübre üretiminde kullanılan ve petrol dışında çeşitli kaynaklardan elde edilebilen enerjidir. ABD Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuarı (NREL), enerji güvenliğinin ABD biyoyakıt programının arkasındaki bir numaralı itici güç olduğunu belirtmektedir ve Beyaz Saray'ın "21. Yüzyıl için Enerji Güvenliği" başlıklı belgesi, enerji güvenliğinin biyodizelin teşvik edilmesinin önemli bir nedeni olduğunu açıkça ortaya koymaktadır. AB Komisyonu eski başkanı Jose Manuel Barroso, yakın zamanda düzenlenen bir AB biyoyakıt konferansında yaptığı konuşmada, doğru yönetilen biyoyakıtların enerji kaynaklarının çeşitlendirilmesi yoluyla AB'nin arz güvenliğini güçlendirme potansiyeline sahip olduğunu vurgulamıştır. ⓘ
Küresel biyoyakıt politikaları
Dünya çapında birçok ülke, fosil yakıtlara ve petrole alternatif bir enerji kaynağı olarak biyodizel gibi biyoyakıtların artan kullanımı ve üretimi ile ilgilenmektedir. Biyoyakıt endüstrisini teşvik etmek amacıyla hükümetler, petrole bağımlılığı azaltmak ve yenilenebilir enerjilerin kullanımını arttırmak için teşvik edici mevzuat ve yasaları uygulamaya koymuştur. Birçok ülkenin biyodizel kullanımı, ithalatı ve üretiminin vergilendirilmesi ve iadesine ilişkin kendi bağımsız politikaları vardır. ⓘ
Kanada
Kanada Çevre Koruma Yasası Bill C-33 ile 2010 yılına kadar benzinin %5 yenilenebilir içeriğe sahip olması ve 2013 yılına kadar dizel ve kalorifer yakıtının %2 yenilenebilir içeriğe sahip olması zorunlu kılınmıştır. Biyoyakıtlar için EcoENERGY Programı, diğer biyoyakıtların yanı sıra biyodizel üretimini de 2008'den 2010'a kadar litre başına 0,20 CAN$'lık bir teşvik oranıyla sübvanse etmiştir. Teşvik oranı 2016 yılında 0.06$'a ulaşana kadar takip eden her yıl 0.04$'lık bir düşüş uygulanacaktır. Her bir ilin biyoyakıt kullanımı ve üretimine ilişkin özel yasal tedbirleri de bulunmaktadır. ⓘ
Birleşik Devletler
Volumetrik Etanol Tüketim Vergisi Kredisi (VEETC) biyoyakıtlar için ana mali destek kaynağıydı, ancak 2010 yılında sona ermesi planlanıyordu. Bu kanun sayesinde biyodizel üretimi, işlenmemiş yağlardan üretilen galon başına 1 ABD Doları ve geri dönüştürülmüş yağlardan üretilen galon başına 0,50 ABD Doları vergi kredisini garanti altına almıştır. Şu anda soya fasulyesi yağı, ulaşım sektörleri için harmanlama yakıtı gibi birçok ticari amaç için soya fasulyesi biyodizeli üretmek için kullanılmaktadır. ⓘ
Avrupa Birliği
Avrupa Birliği en büyük biyodizel üreticisi olup, Fransa ve Almanya en büyük üreticilerdir. Biyodizel kullanımını arttırmak için yakıtlara biyodizel karıştırılmasını zorunlu kılan ve bu oranlara ulaşılmadığı takdirde cezalar içeren politikalar mevcuttur. Fransa'da hedef %10 entegrasyona ulaşmaktı ancak bu yöndeki planlar 2010 yılında durduruldu. Avrupa Birliği ülkelerinin biyoyakıt üretimine devam etmeleri için bir teşvik olarak, üretilen belirli biyoyakıt kotaları için vergi iadeleri bulunmaktadır. Almanya'da ulaşım dizelindeki minimum biyodizel yüzdesi "B7" olarak adlandırılan %7 olarak belirlenmiştir. ⓘ
Malezya
Malezya, B20 palm yağı biyoyakıt programını ülke çapında 2022 yılı sonuna kadar uygulamaya koymayı planlıyor. Taşımacılık sektörü için B20 olarak bilinen %20 palm yağı bileşenli biyoyakıt üretme yetkisi ilk olarak Ocak 2020'de uygulamaya konulmuş ancak koronavirüs salgınlarını kontrol altına almak için uygulanan hareket kısıtlamaları nedeniyle gecikmeler yaşanmıştı. ⓘ
Çevresel etkiler
Biyodizellere olan ilginin artması, kullanımıyla ilişkili bir dizi çevresel etkinin altını çizmiştir. Bunlar potansiyel olarak sera gazı emisyonlarında, ormansızlaşmada, kirlilikte ve biyolojik bozunma oranında azalmaları içermektedir. ⓘ
EPA'nın Şubat 2010'da yayınlanan Yenilenebilir Yakıt Standartları Programı Düzenleyici Etki Analizine göre, soya yağından elde edilen biyodizel, petrol dizeline kıyasla sera gazlarında ortalama %57'lik bir azalma sağlarken, atık yağdan üretilen biyodizel ise %86'lık bir azalmaya neden olmaktadır. Daha ayrıntılı bilgi için EPA raporunun 2.6 bölümüne bakınız. ⓘ
Ancak, Rainforest Rescue ve Greenpeace gibi çevre örgütleri biyodizel üretiminde kullanılan yağ palmiyeleri, soya fasulyesi ve şeker kamışı gibi bitkilerin yetiştirilmesini eleştirmektedir. Yağmur ormanlarının yok edilmesi iklim değişikliğini şiddetlendirmekte ve hassas ekosistemler palmiye yağı, soya fasulyesi ve şeker kamışı plantasyonları için arazi açmak amacıyla tahrip edilmektedir. Dahası, ekilebilir araziler artık gıda yetiştirmek için kullanılmadığından, biyoyakıtlar dünyadaki açlığa katkıda bulunmaktadır. Çevre Koruma Ajansı (EPA) Ocak 2012'de palmiye yağından elde edilen biyoyakıtların iklim dostu olmadıkları için ülkenin yenilenebilir yakıt zorunluluğuna dahil edilmeyeceğini gösteren veriler yayınladı. Çevreciler, palmiye yağı plantasyonlarının büyümesinin örneğin Endonezya ve Malezya'da tropik ormanların yok olmasına yol açması nedeniyle bu sonucu memnuniyetle karşılıyor. ⓘ
Gıda, toprak ve su yakıta karşı
Bazı yoksul ülkelerde bitkisel yağ fiyatlarının yükselmesi sorunlara neden olmaktadır. Bazıları yakıtın sadece camelina, jatropha veya deniz kıyısı ebegümeci gibi yenilebilir olmayan bitkisel yağlardan yapılmasını önermektedir ki bu yağlar birçok ağaç ve mahsulün yetişmeyeceği veya sadece düşük verim sağlayacağı marjinal tarım arazilerinde gelişebilir. ⓘ
Diğerleri ise sorunun daha temel olduğunu savunmaktadır. Çiftçiler, yeni mahsuller yenilebilir olmasa bile, daha fazla para kazanmak için gıda mahsulü üretiminden biyoyakıt mahsulü üretimine geçebilirler. Arz ve talep kanunu, daha az çiftçi gıda üretiyorsa gıda fiyatlarının artacağını öngörmektedir. Çiftçilerin yetiştirdikleri ürünleri değiştirmeleri zaman alabileceğinden, bu biraz zaman alabilir, ancak birinci nesil biyoyakıtlara yönelik artan talebin birçok gıda türünde fiyat artışlarına yol açması muhtemeldir. Bazıları, bitkisel yağ fiyatlarının yükselmesi nedeniyle daha fazla para kazanan yoksul çiftçiler ve yoksul ülkeler olduğuna dikkat çekmiştir. ⓘ
Deniz yosunlarından elde edilen biyodizel, halihazırda gıda üretimi için kullanılan karasal arazinin yerini almak zorunda değildir ve yeni algakültür işleri yaratılabilir. ⓘ
Karşılaştırma yapmak gerekirse, biyogaz üretiminin tarımsal atıkları biyogaz olarak bilinen bir biyoyakıt üretmek için kullandığı ve aynı zamanda kompost üreterek tarımı, sürdürülebilirliği ve gıda üretimini geliştirdiği belirtilmelidir. ⓘ
Güncel araştırma
Daha uygun ürünler bulmak ve yağ verimini arttırmak için araştırmalar devam etmektedir. Gana'nın ilk "dışkı çamuruyla beslenen biyodizel tesisini" kurmasıyla birlikte, insan dışkısı da dahil olmak üzere başka kaynaklar da mümkündür. Mevcut verimi kullanarak, fosil yakıt kullanımını tamamen değiştirecek kadar petrol üretmek için büyük miktarda arazi ve tatlı suya ihtiyaç duyulacaktır. ABD'nin mevcut ısınma ve ulaşım ihtiyaçlarını karşılamak için ABD'nin yüzölçümünün iki katının soya fasulyesi üretimine ya da üçte ikisinin kolza tohumu üretimine ayrılması gerekmektedir. ⓘ
Özel olarak yetiştirilmiş hardal çeşitleri oldukça yüksek yağ verimi üretebilir ve tahıllarla ekim nöbetinde çok faydalıdır ve yağı sıkıldıktan sonra arta kalan küspenin etkili ve biyolojik olarak parçalanabilen bir böcek ilacı olarak işlev görmesi gibi ek bir yararı vardır. ⓘ
NFESC, Santa Barbara merkezli Biodiesel Industries ile birlikte dünyanın en büyük dizel yakıt kullanıcılarından biri olan ABD donanması ve ordusu için biyodizel teknolojileri geliştirmek üzere çalışmaktadır. ⓘ
Ecofasa adlı bir şirket için çalışan bir grup İspanyol geliştirici, çöpten yapılan yeni bir biyoyakıt duyurdu. Yakıt, biyodizel yapımında kullanılabilecek yağ asitleri üretmek üzere bakteriler tarafından işlenen genel kentsel atıklardan elde ediliyor. ⓘ
Üretim için kimyasal kullanımını gerektirmeyen bir başka yaklaşım da genetiği değiştirilmiş mikropların kullanılmasıdır. ⓘ
Alg biyodizeli
ABD NREL, 1978'den 1996'ya kadar "Sucul Türler Programı" kapsamında algleri biyodizel kaynağı olarak kullanmayı denemiştir. UNH Biyodizel Grubu'ndan Michael Briggs'in kendi yayınladığı bir makale, Briggs'in atık su arıtma tesislerindeki yosun havuzlarında yetiştirilebileceğini öne sürdüğü %50'den fazla doğal yağ içeriğine sahip yosunları kullanarak tüm araç yakıtının biyodizel ile gerçekçi bir şekilde değiştirilmesine yönelik tahminler sunmaktadır. Yağ bakımından zengin bu algler daha sonra sistemden çıkarılarak biyodizel olarak işlenebilir ve kurutulmuş kalıntı etanol oluşturmak için yeniden işlenebilir. ⓘ
Biyodizel için yağ toplamak üzere alg üretimi henüz ticari ölçekte gerçekleştirilmemiştir, ancak yukarıdaki verim tahminine ulaşmak için fizibilite çalışmaları yapılmıştır. Öngörülen yüksek verimine ek olarak, alg kültürü - ürün bazlı biyoyakıtların aksine - ne tarım arazisi ne de tatlı su gerektirdiğinden gıda üretiminde bir azalmaya neden olmaz. Birçok şirket, biyodizel üretimini ticari seviyelere yükseltmek de dahil olmak üzere çeşitli amaçlar için alg biyo-reaktörlerinin peşindedir. Biyodizel lipitleri, iyonik sıvılarda basit ve ekonomik bir reaksiyon kullanılarak ıslak alglerden çıkarılabilir. ⓘ
Pongamia
Pongam Oiltree veya Pongamia olarak da bilinen Millettia pinnata, yenmeyen bitkisel yağ üretimi için aday olarak tanımlanan baklagillerden, yağlı tohum taşıyan bir ağaçtır. ⓘ
Biyodizel üretimi için Pongamia plantasyonlarının iki yönlü çevresel faydası vardır. Ağaçlar hem karbon depolar hem de akaryakıt üretir. Pongamia, gıda bitkileri için uygun olmayan marjinal arazilerde yetişir ve nitratlı gübre gerektirmez. Yağ üreten ağaç, yüksek oranda tuz içeren yetersiz beslenmiş topraklarda yetişirken en yüksek yağ üreten bitki verimine sahiptir (tohumun ağırlıkça yaklaşık %40'ı yağdır). Bir dizi biyodizel araştırma kuruluşunun ana odak noktası haline gelmektedir. Pongamia'nın başlıca avantajları, diğer mahsullere göre daha yüksek yağ geri kazanımı ve kalitesi ve gıda mahsulleriyle doğrudan rekabet etmemesidir. Ancak marjinal arazilerde yetişmesi daha düşük yağ verimine yol açabilir ve bu da daha iyi topraklar için gıda ürünleriyle rekabete neden olabilir. ⓘ
Jatropha
Çeşitli sektörlerdeki birçok grup, birçok kişi tarafından biyodizel hammadde yağı için uygun bir kaynak olarak kabul edilen tohumlar üreten zehirli çalı benzeri bir ağaç olan Jatropha curcas üzerinde araştırmalar yürütmektedir. Bu araştırmaların çoğu, genetik, toprak bilimi ve bahçecilik uygulamalarındaki ilerlemeler yoluyla Jatropha'nın dönüm başına genel yağ verimini artırmaya odaklanmaktadır. ⓘ
San Diego merkezli bir Jatropha geliştiricisi olan SG Biofuels, moleküler ıslah ve biyoteknolojiyi kullanarak ilk nesil çeşitlere göre önemli verim artışları gösteren elit hibrit Jatropha tohumları üretmiştir. SG Biofuels ayrıca bu türlerden gelişmiş çiçeklenme eşzamanlılığı, zararlılara ve hastalıklara karşı daha yüksek direnç ve soğuk hava toleransının artması gibi ek faydalar elde edildiğini iddia etmektedir. ⓘ
Hollanda'daki Wageningen Üniversitesi ve Araştırma Merkezi'nin bir bölümü olan Plant Research International, saha ve laboratuvar deneyleri yoluyla büyük ölçekli Jatropha yetiştiriciliğinin fizibilitesini inceleyen ve devam etmekte olan bir Jatropha Değerlendirme Projesi (JEP) yürütmektedir. ⓘ
Sürdürülebilir Enerji Tarımı Merkezi (CfSEF), bitki bilimi, tarım ve bahçecilik alanlarında Jatropha araştırmalarına adanmış Los Angeles merkezli kar amacı gütmeyen bir araştırma kuruluşudur. Bu disiplinlerin başarılı bir şekilde araştırılmasının önümüzdeki on yıl içinde Jatropha çiftlik üretim verimini %200-300 oranında artıracağı tahmin edilmektedir. ⓘ
Kanalizasyondan gelen FOG
Kanalizasyondan geri kazanılan ve katı, sıvı ve katı yağ (FOG) olarak adlandırılan yağlar da biyodizele dönüştürülebilir. ⓘ
Mantarlar
Moskova'daki Rus Bilimler Akademisi'nden bir grup Eylül 2008'de tek hücreli mantarlardan büyük miktarlarda lipit izole ettiklerini ve bunu ekonomik olarak verimli bir şekilde biyodizele dönüştürdüklerini belirten bir makale yayınladı. Bu mantar türü; Cunninghamella japonica ve diğerleri üzerine daha fazla araştırmanın yakın gelecekte ortaya çıkması muhtemeldir. ⓘ
Gliocladium roseum mantarının bir varyantının yakın zamanda keşfedilmesi, selülozdan miko-dizel üretimine işaret etmektedir. Bu organizma yakın zamanda kuzey Patagonya'nın yağmur ormanlarında keşfedilmiştir ve selülozu tipik olarak dizel yakıtta bulunan orta uzunlukta hidrokarbonlara dönüştürme konusunda eşsiz bir yeteneğe sahiptir. ⓘ
Kullanılmış kahve telvesinden biyodizel
Reno, Nevada Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, kullanılmış kahve telvesinden elde edilen yağdan başarılı bir şekilde biyodizel ürettiler. Kullanılmış telveler üzerinde yaptıkları analizler, ağırlıkça %10 ila %15 oranında yağ içerdiğini göstermiştir. Yağ çıkarıldıktan sonra geleneksel işlemlerden geçirilerek biyodizele dönüştürüldü. Bitmiş biyodizelin galon başına yaklaşık bir ABD dolarına üretilebileceği tahmin edilmektedir. Ayrıca, "tekniğin zor olmadığı" ve "etrafta o kadar çok kahve var ki, potansiyel olarak yılda birkaç yüz milyon galon biyodizel yapılabileceği" bildirildi. Ancak, dünyadaki tüm kahve telvesi yakıt yapımında kullanılsa bile, üretilen miktar ABD'de her yıl kullanılan dizelin yüzde 1'inden daha az olacaktır. Dr. Misra çalışmasıyla ilgili olarak "Bu dünyanın enerji sorununu çözmeyecek" dedi. ⓘ
Egzotik kaynaklar
Son zamanlarda, timsah yağı biyodizel üretmek için bir kaynak olarak tanımlanmıştır. Her yıl yaklaşık 15 milyon pound timsah yağı, timsah eti ve derisi endüstrisinin bir yan ürünü olarak çöplüklere atılmaktadır. Çalışmalar, timsah yağından üretilen biyodizelin soya fasulyesinden elde edilen biyodizele benzer bir bileşime sahip olduğunu ve esasen atık bir ürün olduğu için rafine edilmesinin daha ucuz olduğunu göstermiştir. ⓘ
Biyodizelden hidrojen hücresi gücüne
Yakıt hücrelerine güç sağlamak amacıyla biyodizeli hidrojen buharına dönüştürmek için bir mikro reaktör geliştirilmiştir. ⓘ
Fosil yakıt reformu olarak da bilinen buhar reformu, hidrokarbon yakıtlardan, özellikle de verimliliği nedeniyle biyodizelden hidrojen gazı üreten bir süreçtir. Bir **mikroreaktör** veya reformer, su buharının yüksek sıcaklık ve basınç altında sıvı yakıtla reaksiyona girdiği işleme cihazıdır. Nikel bazlı bir katalizör, 700 - 1100 °C arasında değişen sıcaklıklarda karbon monoksit ve hidrojen üretimini sağlar:
Hidrokarbon + H
2O ⇌ CO + 3H
2 (Yüksek endotermik) ⓘ
Ayrıca, daha fazla hidrojen ve karbondioksit üretmek için karbon monoksit daha fazla oksitlenerek daha yüksek hidrojen gazı verimi elde edilebilir:
CO + H
2O → CO2 + H
2 (Hafif ekzotermik) ⓘ
Hidrojen yakıt hücreleri arka plan bilgileri ⓘ
Yakıt hücreleri, elektriğin kimyasal reaksiyonlardan elde edilmesi bakımından bir bataryaya benzer şekilde çalışır. Yakıt hücrelerinin bataryalardan farkı, atmosferde bulunan sürekli hidrojen akışından güç alabilmeleridir. Ayrıca, yan ürün olarak sadece su üretirler ve neredeyse sessizdirler. Hidrojenle çalışan yakıt hücrelerinin dezavantajı ise yüksek maliyet ve yanıcı hidrojeni basınç altında depolamanın getirdiği tehlikelerdir. ⓘ
Yeni işlemcilerin hidrojeni taşımanın tehlikelerinin üstesinden gelebilmelerinin bir yolu da hidrojeni gerektiği gibi üretmektir. Mikro reaktörler birleştirilerek hidrokarbonu yüksek basınç altında ısıtıp hidrojen gazı ve karbondioksit üreten bir sistem oluşturulabilir; bu işleme buhar reformu adı verilir. Bu işlem dakikada 160 galona kadar hidrojen üretir ve hidrojen yakıt ikmal istasyonlarına güç sağlama potansiyeli, hatta hidrojen hücreli araçlar için yerleşik bir hidrojen yakıt kaynağı sağlar. Araçlara uygulanması, biyodizel gibi enerji açısından zengin yakıtların yanma ve kirletici yan ürünlerden kaçınarak kinetik enerjiye aktarılmasını sağlayacaktır. El büyüklüğündeki kare metal parçası, biyodizeli ve hatta gliserol yan ürününü sürekli olarak hidrojene dönüştüren katalitik alanlara sahip mikroskobik kanallar içeriyor. ⓘ
Aspir yağı
2020 itibariyle, Avustralya'daki CSIRO'daki araştırmacılar, özel olarak yetiştirilmiş bir çeşitten elde edilen aspir yağını motor yağlayıcısı olarak inceliyor ve ABD'deki Montana Eyalet Üniversitesi Gelişmiş Yakıt Merkezi'ndeki araştırmacılar, yağın büyük bir dizel motordaki performansını inceliyor ve sonuçlar "ezber bozan" olarak nitelendiriliyor. ⓘ
Endişeler
Motor aşınması
Yakıtın yağlayıcılığı bir motorda meydana gelen aşınmada önemli bir rol oynar. Bir dizel motor, birbiriyle sürekli temas halinde olan metal bileşenlere yağlama sağlamak için yakıtına güvenir. Biyodizel, esterlerin varlığı nedeniyle fosil petrol dizeline kıyasla çok daha iyi bir yağlayıcıdır. Testler, dizele az miktarda biyodizel eklenmesinin kısa vadede yakıtın yağlama özelliğini önemli ölçüde artırabildiğini göstermiştir. Ancak, daha uzun bir süre boyunca (2-4 yıl), çalışmalar biyodizelin kayganlığını kaybettiğini göstermektedir. Bunun nedeni, doymamış moleküllerin oksidasyonu nedeniyle zamanla artan korozyon veya nem emiliminden dolayı biyodizelde artan su içeriği olabilir. ⓘ
Yakıt viskozitesi
Biyodizel ile ilgili temel endişelerden biri viskozitesidir. Dizelin viskozitesi 40 °C'de 2,5-3,2 cSt iken soya fasulyesi yağından yapılan biyodizelin viskozitesi 4,2 ila 4,6 cSt arasındadır. Dizelin viskozitesi motor parçaları için yeterli yağlama sağlayacak kadar yüksek ancak çalışma sıcaklığında akacak kadar düşük olmalıdır. Yüksek viskozite, motorlardaki yakıt filtresini ve enjeksiyon sistemini tıkayabilir. Bitkisel yağ, uzun hidrokarbon zincirlerine sahip lipitlerden oluşur, viskozitesini azaltmak için lipitler daha küçük ester moleküllerine ayrılır. Bu, viskozitelerini azaltmak için transesterifikasyon kullanılarak bitkisel yağ ve hayvansal yağların alkil esterlere dönüştürülmesiyle yapılır Bununla birlikte, biyodizel viskozitesi dizelden daha yüksek kalır ve yakıt filtresinden yavaş akış nedeniyle motor düşük sıcaklıklarda yakıtı kullanamayabilir. ⓘ
Motor performansı
Biyodizel, dizele kıyasla daha yüksek fren spesifik yakıt tüketimine sahiptir, bu da aynı tork için daha fazla biyodizel yakıt tüketimi gerektiği anlamına gelir. Bununla birlikte, B20 biyodizel karışımının termal verimlilikte maksimum artış, en düşük fren spesifik enerji tüketimi ve daha düşük zararlı emisyonlar sağladığı bulunmuştur. Motor performansı yakıtın özelliklerinin yanı sıra yanma, enjektör basıncı ve diğer birçok faktöre bağlıdır. Çeşitli biyodizel karışımları olduğundan, bu durum motor performansına ilişkin çelişkili raporları açıklayabilir. ⓘ
Üretimi
Almanya,İtalya,Avustralya başta olmak üzere tüm Avrupa ve Amerika'da biyodizel üretim ve tüketimi hızla çoğalmaktadır.2005'te Almanya 2 milyon tona ulaşmıştır.Kyoto protokolüne göre %2 2010'da %10 biyodizel kullanılması mecburi olmuştur.Birçok ülkede biyodizel yasal olarak vergiden muaftır. Biyodizel üretiminde kullanılan en favori ürün soya fasulyesidir.Elde edilen bitkisel veya biyolojik yağlar metanol ile karıştırılıp sodyum hidroksitle tepkime hızlandırılır ve sonuç olarak ester ve gliserin oluşur.Ester yakıt olurken yan ürün gliserin ise diğer sektörlerde kullanılır. ⓘ
Biyodizel üretiminde fotosentetik mikroalgler artık söz sahibi olmaya başlamıştır. Bitkisel kaynaklı üretilen biyodizel miktarına oranla üretimi daha fazla olmakta ve fabrikasyon otonomisi sağlanabilmektedir. ⓘ
Özellikleri
Biyodizel orta uzunlukta C16-C18 yağ asidi zincirlerini içeren metil veya etil ester tipi bir yakıttır.Biyodizel verim olarak mazota yakın ve motor performansı olarak eşdeğerdir. Zehirli atıklar içermez,şeker gibi doğada hızlı çözünür ve nitrojen tutma özelliği sayesinde fertilize ihtiyacını azaltır. Ozon tabakasına olan olumsuz etkiler diğer yakıta göre %50 azdır. ⓘ
Biyobozunabilirlik
Biyodizeli 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 biyodizelin 28 günde %95'i, motorinin ise %40'ı bozunabilmektedir. Biyodizelin doğada bozunabilme özelliği dekstroza (şeker) benzemektedir. ⓘ
Avantajları
- Benzin ve Dizelin çok pahalı olduğu ülkelerde örneğin Türkiye gibi alternatif yakıt olarak kullanılarak rekabetin arttırılması ve akaryakıt fiyatlarında düşüş saglamasında büyük rol oynaması.
- Petrol dizelin depolanma koşullarında depolanabilir.
- Küçük işletmelerde lokal olarak üretimi mümkündür.
- Biyodizel, petrol dizeline oranla daha iyi bir yağlayıcı olduğundan motorun ömrünü uzatır.
- Biyodizel, taşınması ve depolanması güvenli bir yakıttır. Ayrıca yüksek alevlenme noktasına (149 °C) sahiptir. Bu diğer petrol dizeli için 125 °C'dir.
- Yanmamış hidrokarbon oranı, petrol dizeline göre %90, kanserojen etkisi olan aromatik hidrokarbonlara göre ise %75 - %90 oranında daha azdır.
- Üretimin tamamıyla yerli olabilmesi sebebiyle ithal bağımlılığı ortadan kaldırır.
- Kanola ve soya tarımına önem verilmesiyle tarım üreticisi bir yandan kendi ihtiyacı olan ucuz dizel yakıtı üretirken öte yandan artan üretim gücü ve kapasitesiyle ekonomiye katkı sağlar.
Amerika’da, Çevre Koruma Ajansı (EPA) Temiz Hava Kanunları (Clean Air Act) tarafından, çevre ve insan sağlığına diğer yakıtlara kıyasla daha az zarar verdiği kabul edilmiştir. ⓘ
Biyomotorin geleneksel ve motoru üzerinde herhangi bir değişime gidilmemiş diesell motorlarda kullanılabilecek bilinen tek alternatif yakıttır. Biyomotorin, motorine benzer koşullarda taşınabilir, kullanılabilir ve depolanabilir. Biyomotorin doğrudan (% 100) veya motorin ile karışımları halinde kullanılabilir. En yaygın kullanılan karışım oranı ( % 20 biyomotorin ve % 80 motorin) şeklindedir. ⓘ
Biyomotorin kullanımı ile, motorine kıyasla; CO2 emisyonunda %80, yanmamış hidrokarbon emisyonunda %90, aromatik hidrokarbon emisyonunda ise %75-90 oranlarında azalma saptanmıştır. Biyomotorin kükürt içermediğinden kükürtdioksit emisyonu oluşturmaz. Bu çok önemli bir avantajdır. Bu emisyon özellikleri ile kanser yapıcı etkenler azalmakta ve kanser riski % 90’a varan oranlarda düşmektedir. ⓘ
Biyomotorin ağırlıkça % 11 oksijen içerir. Biyomotorin, motorine göre daha iyi bir yağlayıcı olduğundan motor ömrünü uzatır. Biyomotorinin biyolojik olarak kolay ve hızlı parçalanabilir Yerli üretim bitkisel yağlardan (ayçiçek yağı, soya yağı, kolza yağı ) kolaylıkla elde edilebilir. Ayrıca kullanılmış ve çevre için zararlı olan kızartma atık yağlarından da biyomotorin üretilebilmektedir. ⓘ
Biyomotorin Amerika Birleşik Devletleri’ndeki 10 milyon mil’lik kullanımda ve 20 yıldır Avrupa ülkelerinde olan kullanım ile başarısını ispatlanmış en önemli diesel motor yakıtı alternatifidir. ⓘ
Biyomotorin kullanımı ile ham petrole olan bağımlılık ortadan kalkmakta ve ülkelerin dış kaynakların kullanımı zorunluluğu azalarak ekonomileri rahatlamaktadır. Biyomotorin kullanımı ile yeni istihdam olanakları yaratılmakta ve ülke ekonomisine küçümsenmeyecek katkılar gerçekleşmektedir. ⓘ