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