BİYOETANOL ÜRETİMİ İÇİN TARIMSAL ATIKLARIN ENZİMATİK HİDROLİZ YÖNTEMİ İLE ŞEKERLERE DÖNÜŞTÜRÜLMESİ
İÇERIK
Giriş
Biyokütle potansiyeli
Biyokütle dönüşüm süreçleri
Dünyada biyoetanol
Türkiye’de biyoetanol
Biyoetanol üretim yöntemleri
Kullanım alanları
Örnek bir çalışmanın sonuçları
GIRIŞ
Fosil enerji kaynakları sonsuz değil
Biyo-yakıtlar fosil enerjilerin alternatifi
Selülozik atıklar düşük maliyetli
Yüksek biyo-etanol verimi
Selülozik atıklar için ön işlem
http://www.roperld.com/science/energyfuture.htm
TÜRKIYE’NIN BIYOKÜTLE
POTANSIYELI
Tarımsal artıklar Yıllık üretimi (milyon
ton)
Enerji potansiyeli
(Mtep)
Buğday sapları 26.4 7.2
Arpa sapları 13.5 3.9
Mısır sapları 4.2 1.2
Pamuk sap ve kozaları 29 0.9
Ayçiçeği sapları 2.7 0.8
Şeker pancarı artıkları 2.3 0.7
Fındık kabukları 0.8 0.3
Yulaf sapları 0.5 0.2
Çavdar sapları 0.4 0.1
Pirinç sapları 0.4 0.1
Meyve kabukları 0.3 0.1
Toplam 54.4 15.5
SARAÇOĞLU, N. 2007. The Importance of Bioenergy and Energy Forestry for Turkey. TUBITAK– JRC Zero Emissions Workshop, Gebze, Türkiye.
Biyokütle Potansiyel
(milyon
ton/yıl)
Enerji
değeri
(Mtep)
Yıllık bitkiler 55 14.9
Çok yıllık bitkiler 16 4.1
Orman artıkları 18 5.4
Tarımsal artıklar 10 3.0
Orman Endüstrisi
artıkları
6 1.8
Hayvansal atıklar 7 1.5
Diğer 5 1.3
Toplam 117 32.0
BIYOKÜTLE DÖNÜŞÜM
SÜREÇLERI
Kaynak: http://www.elektrikport.com/makale-detay/yesilden-gelen-enerjibiyokutle-i/8252
BIYO-YAKITLAR
Biy
o-y
akıt
lar
Katı Biyo-yakıtlar
Biyo-kömür
Briket/Pelet
Gaz Biyo-yakıtlar
Biyo-gaz
Syngaz
Hidrojen
Sıvı Biyo-yakıtlar
Biyo-etanol
Biyo-dizel
Biyo-metanol
Biyo-oil
DÜNYADA BIYO-ETANOL
27,8
21
1,8 3,7 1,15
52,5
26,2
4,4
0
10
20
30
40
50
60
ABD BREZİLYA AB ÇİN FRANSA
Mily
ar L
t
Üretim
2007
2008
2009
2011
Ar, F. F. Pankobirlik / Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi
76
6
0
20
40
60
80
Mily
ar lt
Dünya
AB
KULLANIM ZORUNLULUĞU
Ülke Kullanım zorunluluk
ABD E15 Z / E85
Arjantin E5 Z
Avustralya E10
Brezilya E20-E25 Z
Brezilya E85
Kanada E5 Z
Çin E10
Kolombiya E10 Z
Kostarika E7 Z
Hindistan E5 Z
Pakistan E10
Finlandiya E5-E10 Z Ar, F. F. Pankobirlik / Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi
Resmi gazetede yayımlanan 27 Eylül 2011 tarih ve 28067 sayılı Tebliğ’e göre, Piyasaya akaryakıt olarak arz edilen benzin türlerinin, yerli tarım ürünlerinden üretilmiş etanol içeriğinin: 2013 ylı itibariyle en az %2, 2014 yılı itibariyle en az %3 olması zorunludur.
DÜNYADAN BAZI ÖRNEKLER
Ülkeler Şirketler Üretim Potansiyeli x1000 Lt
Hammadde
Avusturya Agrana(Pischelsdorf) 240 000 Buğday, Mısır
Belçika BioWanz (Wanze) AlcoBioFuel (Gent) Amylum (Aalst) 32
300 000 150 000 32 000
Buğday, Seker şurubu Buğday Buğday
Bulgaristan Euro Ethyl GmbH (Silistra) 10 000 Mısır
Fransa Tereos (Artenay) Tereos (Lillebonne) Tereos (Origny)
40 000 250 000 300 000
Şeker şurubu Buğday Şeker şurubu
Almanya Verbio AG (Zörbig) Verbio AG (Schwedt) CropEnergies AG (Zeitz) Fuel 21 (Klein Wanzleben)
125 000 230 000 360 000 130 000
Tahıllar Tahıllar, şeker şurubu Tahıllar, şeker şurubu Şeker şurubu
İtalya Silcompa (Correggio) Alcoplus (Ferrara) IMA (Bertolino Group)
60 000 42 000 200 000
Ham alkol Tahıllar Ham alkol
Slovakya Enviral 138 000 Mısır
Koçtürk, D. Ankara Ü. Doktora Tezi
TÜRKIYE’DE BIYO-ETANOL
Firma Adı Üretim/yıl x1000 lt
Şehir Hammadde
Konya Şeker-Çumra Fabrikası
84 000 Konya Şeker pancarı
Tarımsal Kimya Teknolojileri (TARKİM)
40 000 Bursa Buğday, Mısır
Tezkim Tarımsal Kimya (TEZKİM)
26 000 Adana Buğday, Mısır
ÜRETIM DIYAGRAMI
Kaynak: http://www.eie.gov.tr/yenilenebilir/biyoetanol.aspx
ÜRETIM DIYAGRAMI
Kaynak: http://www.eie.gov.tr/yenilenebilir/biyoetanol.aspx
BIYOKÜTLE KAYNAKLARININ
BIYO-ETANOL POTANSIYELLERI
Hammadde Biyo-etanol Potansiyeli (lt/ton)
Şeker kamışı 70
Şeker pancarı 110
Patates 110
Mısır 360
Buğday 340
Arpa 250
Pirinç 430
Tatlı sorgum 60
Diğer selülozik biyokütle 280
Koçtürk, D. Ankara Ü. Doktora Tezi
KULLANIM ALANLARI
Ulaştırmada
Araçlar
Kojenarasyon ünitelerinde
Kimya sanayinde
Etilen üretimi
Hidrojen üretimi
Asetik asit üretimi vs.
LIGNOSELÜLOZIK
BIYOKÜTLENIN YAPISI
Kaynak: Ratanakhanokchai et al.,2010. Paenibacillus curdlanolyticus Strain B-6 Multienzyme Complex: A Novel System for Biomass Utilization, Engineering » "Biomass Now - Cultivation and Utilization", book edited by Miodrag Darko Matovic, ISBN 978-953-51-1106-1
ÖN IŞLEM (PRETREATMENT)
Ön işlem lignoselülozik yapıyı parçalar
Selülozun etkilenmesini artırır
Hidroliz oranını artırır
Verim artar
http://www.hrs-heatexchangers.com/images/applications/bioethanol/en-thermal-hydrolysis1.gif
ÖN IŞLEM (PRETREATMENT)
Ön işlem
Fiziksel
Mekanik
Kimyasal
Asit
Alkali
Termal/fiziko-kimyasal
Otohidroliz
Buhar patlama
AFEX
CO2 patlama
Biyolojik
Mikroorganizma
Enzimatik
HIDROLIZ
Hidroliz
Kimyasal
Derişik asit
Seyreltik asit
Enzimatik
Selülaz Ksilanaz
(C6H10O5)n + nH2O → n C6H12O6
FERMANTASYONU
180 g Glikoz = 96 g Etanol (teorik olarak)
100 g Glikoz = 40-48 g Etanol (pratikte)
Karbondioksit
Gazlı içecekler
Kuru buz
Kimya sanayi
Yangın tüpleri
http://www.bilgicik.com/yazi/oksijensiz-solunum/
II. OTOHIDROLIZE EDILMIŞ
BUĞDAY SAPININ ENZIMATIK
HIDROLIZ YÖNTEMI ILE ŞEKERLERE
DÖNÜŞTÜRÜLMESI
ENZIMATIK HIDROLIZIN AMACI
Şeker geri kazanımı (%)= 𝐸𝑛𝑧𝑖𝑚𝑎𝑡𝑖𝑘 ℎ𝑖𝑑𝑟𝑜𝑙𝑖𝑧 𝑠𝑜𝑛𝑢𝑐𝑢 𝑒𝑙𝑑𝑒 𝑒𝑑𝑖𝑙𝑒𝑛 ş𝑒𝑘𝑒𝑟
ℎ𝑎𝑚𝑚𝑎𝑑𝑑𝑒 𝑖ç𝑒𝑟𝑖𝑠𝑖𝑛𝑑𝑒𝑘𝑖 ş𝑒𝑘𝑒𝑟
Ekonomik = 4-5 FPU/g enzim ile >%65 şeker geri kazanımı
METOT
Buğday sapı Otohidroliz
Mekanik inceltme
Enzimatik hidroliz
Şeker analizi
Otohidroliz sıvısı
Ön işlem görmüş hammadde
4 FPU enzim
OTOHIDROLIZIN KIMYASAL
YAPIYA ETKISI
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
İçe
rik,
%
İşlem
Others
Ash
Lignin
Ara
Xylan
Glucan
Extractives
Sıcaklığın 160 °C- 200 °C artmasıyla: Hemicellulose: %19.0 ----- %1.4 Lignin: %17.9 ------ %12.4 azalmaktadır.
OTOHIDROLIZIN PH VE
VERIME ETKISI
Sıcaklığın artmasıyla:
pH: 5.4---- 3.8 (10 dk); 5.1 ------ 3.7 (20 dk)
Verim: 87 ---- %58 (10 dk); 85 ---- %56 (20 dk)
2
3
4
5
6
160 170 180 190 200
pH
Sıcaklık, °C
10 min
20 min
40
50
60
70
80
90
100
160 170 180 190 200
Ve
rim
, %
Sıcaklık, °C
10 min
20 min
OTOHIDROLIZIN YAN
ÜRÜNLER OLUŞUMUNA ETKISI
0
2
4
6
8
16
0-1
0
16
0-2
0
17
0-1
0
17
0-2
0
18
0-1
0
18
0-2
0
19
0-1
0
19
0-2
0
20
0-1
0
20
0-2
0
Ya
n ü
rün
ler,
g/1
00
g h
am
ma
dd
e
İşlem
Furfural
HMF
Acetic Acid
Formic Acid
OTOHIDROLIZ SIVISINDAKI
ŞEKER GERI KAZANIMI
Ksilan ana bileşen
190 -10 çözünen şekerlerin max % 71 geri kazanım
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0-1
0
16
0-2
0
17
0-1
0
17
0-2
0
18
0-1
0
18
0-2
0
19
0-1
0
19
0-2
0
20
0-1
0
20
0-2
0
Ge
ri k
aza
nıla
n ş
ek
er,
g/1
00
g
ha
mm
ad
de
İşlem
Galactan
Arabinan
Xylan
Glucan
ENZIMATIK HIDROLIZ SONUCU
ŞEKER GERI KAZANIMI
Ön işlem süresinin artması genelde glucan verimini artırmıştır.
Ksilan verimi 170 °C den sonra hızla azalmıştır.
0
5
10
15
20
25
30
160 170 180 190 200EH
Glu
ca
n V
eri
mi,
g/1
00
g h
am
ma
dd
e
Sıcaklık, °C
10min
10min-P6K
20min
20min-P6K
0
2
4
6
8
10
160 170 180 190 200EH
Ksil
an
ve
rim
i, g
/10
0 g
ha
mm
ad
de
Sıcaklık, °C
10min
10min-P6K
20min
20min-P6K
TOPLAM ŞEKER GERI
KAZANIMI
Mekanik inceltme şeker verimini %10 kadar artırmıştır.
Maksimum şeker verimi (180-20) = %72
0
20
40
60
80
160 170 180 190 200
To
pla
m ş
ek
er
ge
ri k
aza
nım
ı, %
Sıcaklık, °C
10min
10min-P6K
20min
20min-P6K
SONUÇLAR VE ÖNERILER
Enerji konusunda dışa bağımlılığı azaltmak için biyoetanol üretimi ve kullanımını yaygınlaştırmak
Ülkemizin biyokütle kaynaklarını katma değeri olan ürünlere dönüştürmek için teşvik ve destek
Türkiye’nin 2023 yılına kadar yenilenebilir enerji kaynaklarının toplam enerji tüketimindeki payının %20 hedefini koymak
Biyoenerji konusunda ulusal bir politika oluşturmak
SON