11. biyolojik yakıt üretimi
advertisement
11. BİYOLOJİK YAKIT ÜRETİMİ Gerek sıvı gerekse gaz olarak kullanılabilen biyolojik yakıtların, yenilenebilir özellikte olması önemlerini arttırmaktadır. Biyolojik yakıtlar, zirai ya da endüstriyel atıkları kullanarak bitkisel yada mikrobiyel kaynaklardan üretilmektedirler. Sıvı yakıt olarak biyodizel ve etanol, gaz yakıt olarak ise metan ve hidrojen, üzerinde en fazla çalışılan biyolojik yakıtlardır. 11. BİYOLOJİK YAKIT ÜRETİMİ Biyodizel üretimi Bitkisel ve hayvansal sıvı ve katı yağlardan elde edilen alternatif bir yakıt olan biyodizel, temiz yanması ve dizel motorlarda doğrudan kullanılabilmesi özellikleriyle tercih edilen bir sıvı yakıttır. Normal dizel yakıtlara oranla atmosfere daha az karbonmonoksit, karbondioksit ve kükürt gibi gazlar veren biyodizel yakıtlar, ekzos dumanları içinde kanserojen bileşikler içermediğinden insan sağlığına zararlı değildirler. Biyodizel üretimi Suda çözünmeyen sıvı ve katı yağlar, trigliserit olarak adlandırılan bir gliserol molekülüne, farklı uzunlukta çift bağlar içeren üç yağ asidinin ester bağlarıyla bağlanması sonucu oluşmaktadır. Alkali ya da asit bir katalist kullanılarak alkollerle trigliseritlerin transesterifikasyonu gerçekleştirilerek, gliserol ve biyodizel olarak kullanılacak serbest yağ asidi esterleri elde edilmektedir. Biyodizel üretimi Doymuş yağ asitlerince zengin olan hayvansal yağlar oda sıcaklığında katı olmaları nedeniyle orijinal formlarıyla direk yakıt olarak kullanılamazlar. Doymamış yağ asidi içeren ve oda sıcaklığında sıvı olan bazı bitkisel yağlar ise biyodizel olarak son yıllarda artan bir oranda kullanılmaktadır. Çeşitli mikroorganizmalar tarafından üretilen mikrobiyel yağların, yüksek lipit içerikleri, lipitlerinin doymamış yağ asitlerince zengin olması ve üretimlerinin çok kısa sürmesi gibi özellikleriyle, biyodizel üretiminde bitkisel yağlara alternatif oldukları düşünülmektedir. Biyodizel üretimi Mikrobiyel yolla biodizel üretiminde başlıca iki yöntem kullanılmaktadır. Birinci yolda bitkisel yağlardan biyodizel elde etmede kullanılan alkali ya da asit katalizör yerine, saf halde lipaz enzimi ya da bu enzimi içeren mikroorganizmalar kullanılmaktadır. Bu mikroorganizmalardan elde edilen lipaz enzimi genellikle immobilize edilerek, bitkisel yağlardan biyodizel üretimi gerçekleştirilmektedir. İkinci yolda, saf bitkisel yağ ya da mikrobiyel üretimin yapıldığı bazı endüstriyel atıkların bulunduğu ortamlarda üretilen mikrobiyel hücrelerdeki lipitler, biyodizel üretiminde kullanılmaktadır. Saflaştırılan lipitlerden, alkali yada asit katalizör kullanılarak kimyasal metabolizle transesterifikasyon reaksiyonu sonucu, biyodizel olarak kullanılacak yağ asiti metil esterleri elde edilmektedir. Etanol Üretimi Mayalar karbonhidrat içeren maddeleri fermente ederek etanol üretirler. Etanol tek başına ya da diğer sıvı yakıtlarla karıştırılarak kullanılabilen, tercih edilen bir yakıttır. Ayrıca endüstride çözücü olarak da kullanılmaktadır. Gazohol (Gazolin + Alcohol), bir petrol ürünü olan benzine (gazolin) %10 - 22 oranında etanol ilavesiyle üretilen bir yakıttır. Gazohol yandığında saf benzinden daha az miktarda karbondioksit ve nitröz oksit üretir. Temiz bir yakıt olarak bilinen gazolin, hava kirliliğinin fazla olduğu büyük şehirlerde otomobil yakıtı olarak kullanılmaktadır. Gazohol, 1970’li yıllardan beri Brezilya ve birkaç ülkede kullanılmaktadır. Etanol, Saccharomyces cerevisiae mayası tarafından şekerpancarındaki sükrozun fermentasyonu ile üretilmektedir. Şekerpancarı üretiminin oldukça fazla olduğu Brezilya, dünyadaki etanol üretiminin %46’sından fazlasını (14.5 milyar litre) yapmaktadır. Metan Üretimi Metan, anaerobik koşullarda metanojenik bakteriler tarafından üretilen yakıt olarak kullanılan oldukça değerli bir gazdır. Günümüzde pek çok atıksu arıtım tesisinde, atıksulardaki organik maddelerin anaerobik parçalanması sonucunda elde edilmekte ve yakıt olarak kullanılmaktadır. Hidrojen Üretimi Yüksek enerji içeriği (118.7 kJ/g) ile tercih edilen bir yakıt olan hidrojen, etanolden dört kat, metandan ise iki kat daha fazla enerjiye sahiptir. Metabolik aktiviteleri ile pek çok mikroorganizma hidrojen üretmektedir. Hidrojen başlıca üç yol ile üretilmektedir. Hidrojen Üretimi 1. Suyun biyofotolizi: Işık enerjisi ile sudan aşağıdaki gibi hidrojen üretilmektedir. Kloroplast hidrojenaz ½ O2 + 2H + 2e + H2O Işık H2 e taşıyıcı İlk reaksiyonda alglerden izole edilen kloroplastlar ve ışık, ikinci reaksiyonda ise bakterilerden izole edilen hidrojenaz enzimi ve ferrodoksin gibi uygun bir elektron taşıyıcısı kullanılmaktadır. 2. Fotoredüksiyon: Fotosentetik bakterilerce ışık altında organik maddelerin parçalanması ile hidrojen üretilir. Oksijensiz koşullarda gerçekleşen bu sistemde ışık ve organik bir karbon kaynağı gereklidir. Oksijen, dinitrojen ve amonyum iyonları bu olayı inaktive eder. Bu yolla hidrojen üretimini, azot fiksasyonundan sorumlu bir enzim olan nitrojenaz enzimine sahip anoksijenik fotosentetik bakteriler (Chlorobiaceae, Chromatiaceae ve Rhodospirillaceae) gerçekleştirir. Organik asitleri fotometabolize eden Rhodospirillum türleri gibi Mor Kükürtsüz Bakterilerin bu amaçla kullanılabilecek en ideal mikroorganizmalar olduğu yapılan çalışmalarla gösterilmiştir. 3. Fermentasyon: Pek çok bakteri organik bileşikleri fermente ederek az miktarda hidrojen üretebilir. Teorik olarak bir mol glikozdan, 4 mol hidrojen (enerjinin sadece %33’lük bir kısmını oluşturur) üretilebilir. C6H12O6 + 2H2O 2CH3COO- + 2H+ + 2CO2 + 4H2 Çoğu organizma bundan daha az hidrojen üretir. Hidrojenin ticari üretimi için bu yol pek uygun değildir.
