MAKALELER / FERMANTASYON İLE BİYOETANOL ELDESİ

Etanol, renksiz ve yanıcı bir kimyasal bileşiktir. Alkollü içkilerin büyük bir kısmında bulunur. Kimyasal formülü C2H6O olup EtOH ya da C2H5OH olarak da ifade edilmektedir.

Etanol, hem etilenin hidrasyonu (C2H4 + H2O → CH3CH2OH ) sonucu petrokimyasal olarak, hem de şekerin maya ile fermentedilmesi suretiyle üretilebilir.
ETANOL

 otomobiller ve diğer motorlu araçlarda, tek başına bir yakıt olarak ya da benzine karıştırılan bir katkı maddesi olarak kullanılabilir.

Etanol, hava kirliliğini azaltmak ya da petrol ürünlerinin tüketimini azaltmak amacıyla, benzinle değişik oranlarda karıştırılarak kullanılabilir. En yaygın uygulamalar E10 ya da E85 diye bilinen sırasıyla %10 ve %85 etanol içeren karışımlardır. Gasohol: (% 10 alkol+ % 90 benzin karışımı) ve  Diesohol [(E-Dizel,Oksi-Motorin): En fazla % 15 oranında alkol içeren motorin] olarak da  kullanılmaktadır. Ayrıca etanolün yakıt hücrelerinde kullanımı da yaygınlaşmaktadır.

Bitkilerden elde edilen etanol (biyoetanol), sürdürülebilir bir enerji kaynağı olarak, sağladığı çevresel ve ekonomik yararlar nedeniyle,fosil yakıtlaragöre avantajlar sağlamaktadır.

Benzin ve dizelin aksine, biyoetanol tüketimi, atmosferdeki CO2 oranını artırmaz. Çünkü araçların egzozlarından sırasında çıkan emisyonlar, dönüşüm için yeniden tarımsal ürünler yetiştirildiği zaman fotosentez süreci ile atmosferden çekip alınan CO2seviyesi ile dengelenir. Bu şekilde, atmosferde bulunur CO2, en yalın şekilde yeniden değerlendirilir. Diğer yandan benzin gibi fosil yakıt kullanımı, milyonlarca yıl boyunca yeraltında kilitli tutulan CO2 miktarlarını yeniden atmosfere serbest bırakır.

 

1.1. Dünyada Biyoetanol Üretimi ve Kullanımı

 

Etanol üretiminde dünyada en yaygın olan hammadde şeker kamışıdır ve etanol üretim tesislerinin büyük bir bölümü tropikal yada yarı tropikal bölgelerde toplanmıştır.

 

Etanol üretiminde dünya ülkeleri arasında lider konumunda olan Brezilya’da 2005 yılı verilerinde göre 16500 milyon litre dünyadaki toplam üretimin % 45,2 lik dilimine[1] sahiptir. Topraklarının 50000 m2 sinde etanol üretiminde kullanılmak üzere şeker kamışı yetiştirilirken, tarım ayağından başlayan biyoetanol üretim zincirinde 1 milyon kişi istihdam edilmektedir. Taşıma amaçlı kullanılan yakıtın % 40’ının etanol olduğu ülkede trafikteki araçların yarısı etanol kullanabilen özel motorlu araçlardır. Tablo 1. de 2005 yılı verilerine göre dünyaki etanol üretimini ülke ve bölgelere göre görmek mümkündür. Amerika Birleşik Devletleri Brezilya’dan sonra % 44,5’lik orana göre ikinci sıradadır. A.B.D.’de 2006 yılı sonu verilerine göre mevcut 97 adet tesiste yılda 16964 milyon litre etanol üretilmektedir. Buna ek olarak toplam yaklaşık 7500 milyon litre / yıl kapasiteli 33 yeni tesis de inşa aşamasındadır. 25x25 projesine göre A.B.D.’nin 2025 yılına kadar olan benzinin yerine etanolün kullanılması hedefi %25 seviyelerine çıkarmaktır.

Avrupa Birliği’nde enerjinin vergilendirilmesi konusunda 1 Ocak 2004’ten itibaren yürürlüğe giren en son yönetmelik, üye devletlere saf veya düşük oranlı karışımlar olarak biyo-yakıtların tamamen vergiden muaf tutulması ya da bu çeşit yakıtlar için vergi indirimleri uygulanması çağrısında bulunmaktadır. Avrupa Birliği, daha sonra yine buna paralel bir yönetmelik yayımlayarak üye devletlerden, karayolu taşımacılık sektöründe enerji ihtiyaçlarının giderek artan oranlarda – 2010 yılına kadar hedef % 5.75’tir – biyo-yakıtlar tarafından karşılanmasının temin edilmesini istemektedir. Ayrıca Yeşil Kitap Yönergesi kapsamında 2020 yılında kara taşımacılığında %20 oranında alternatif motor yakıtlarının kullanımı hedefi strateji olarak verilmektedir Avrupa’da daha fazla biyo-etanol üretimi, tarım için de faydalı olabilir. Çok büyük miktarlarda tarımsal ürün fazlaları birikimine devam etmek yerine, çiftçiler daha temiz bir çevreye katkıda bulunabilir ve geniş toprak alanlarını dönüşüm için tarımsal ürün üretimine adayarak Avrupa’nın fosil yakıtlara bağımlılığının azaltılmasına yardımcı olabilir.


Avrupa Birliği, aynı zamanda bu yıl başlayan BEST [Sürdürülebilir Ulaşım & Taşımacılık için Biyo-Etanol (BioEthanol for Sustainable Transport)] girişimini de desteklemektedir.

 

Tablo 1. Ülkelere / Bölgelere Göre Etanol Üretimi (2005)

Ülke / Bölge

2005 Etanol Üretimi (Milyon Litre)

Toplamdaki Payı (Yüzde)

Brezilya

16500

45,2

A.B.D.

16230

44,5

Çin

2000

5,5

Avrupa Birliği

950

2,6

Hindistan

300

0,8

Kanada

250

0,7

Kolombiya

150

0,4

Tayland

60

0,2

Avustralya

60

0,2

Dünya Toplamı

36500

100

 

 

 

1.2. Biyoetanol Maliyetleri

Mevcut fabrikalarda etanol üretimi şeker yada nişasta bazlı hammaddelerden yapılmaktadır. Toplam etanolün % 60’ı şeker kamışı yada şeker pancarı gibi şeker bazlı zirai ürünlerden elde edilmektedir.

A.B.D. deki tesislerin tamamına yakını nişasta bazlı hammadde ile üretim yapan tesisler olup bunların temel ürünü mısırdır.

 

 

Tablo 2. Farklı Hammaddelere ve Ülkelere Etanol Üretim Maliyetleri (dolar / m3) 

 

ABD (mısır)

ABD (şeker)

Brezilya

A.B.

 

Sulu
Sistem

Kuru
Sistem

Şeker Kamışı

Şeker Pancarı

Şeker

Kamışı

Şeker Pancarı

Hammadde Maliyeti  ($/m3)

105,68

140,03

391,02

417,44

79,26

256,27

İşletme Maliyeti  ($/m3)

166,45

137,38

243,06

203,43

134,74

507,27

TOPLAM MALİYET ($/m3)

272,13

277,41

634,08

620,87

214,00

763,54

 

Etanol üretimindeki en ekonomik hammadde şeker kamışıdır. Şeker kamışı hem hammadde olarak ucuzluğu, hem de proses esnasında fermente edilebilir şekeri ayırdıktan (extraction) sonra kalan yan ürün olan bagasın (bagasse) şilempe ile birlikte biyogaz üretiminde kullanılabilmesi ile diğer hammaddelere göre oldukça önemli oranda düşük maliyetlidir. Üretilen biyogaz yada bagasın kendisi fabrikanın enerji ihtiyacını karşılamaya yönelik güç kazanlarında yakılarak enerji açısından tasarruf sağlanmaktadır. Öyle ki bazı tesislerde dışarıdan enerji ihtiyacını karşılamaya yönelik doğal gaz veya kömür gibi yakıtlar kullanılmaksızın söz konusu prosesin yan ürünleri olan bagas ve biyogaz ile fabrikanın enerji ihtiyacının tamamı karşılanmaktadır.

 

1.3. Biyoetanol Üretim Prosesleri

Biyoetanol üç temel hammaddeden üretilebilmektedir:

·        Şeker Bazlı Hammaddeler (şeker kamışı, şeker pancarı)

·        Nişasta Bazlı Hammaddeler (Hububat: mısır, buğday, arpa, soya fasülyesi, patates…)

·        Selüloz ve Hemiselüloz Bazlı Hammaddeler(odun, saman, sap…)

Bu seminerin konusu olan şeker bazlı etanol üretimi Fermantasyon konu başlığı altında daha detay olarak bahsedildiğinden aşağıdaki şekilde (Şekil 1.) sadece nişasta ve selüloz bazlı etanol üretimi (fermantasyonu) özetlenmiştir.

 

 

 

Nişastadan üretim yapan özellikle A.B.D. de çok fazla sayıda tesis bulunmaktadır (97)[5]. Ancak selülozdan üretim yapan tesis yoktur. A.B.D. ve Kanada’da bazı Ar-Ge şirketleri müstakil olarak, aralarında işbirliği yaparak ve devlet desteği ile laboratuar ve pilot tesisler üzerine çalışmaktadırlar. Selülozun asidik ve enzimatik hidrolizi konusunda yapılan Ar-Ge çalışmaları ile yapılan pilot tesislerdeki denemelerden olumlu neticeler alınmış olup bugünlerde büyük tesislerin yapılması aşamasına gelinmiştir. Flambeau River Biorefinery şirketi American Process Inc ile yıllık 140000 ton etanol üretimi yapacak bir tesisin projesi ve inşası üzerine anlaşmışlar ve Ağustos 2009’da devreye almayı planlamışlardır.

 

1.4. Biyoetanolün Avantajları

Biyoetanolün avantajlarını aşağıdaki gibi sıralamak mümkündür

  1. Yerli, yenilenebilir bir yakıt kaynağıdır.
  2. Petrol için dışa bağımlılığı azaltır.
  3. Temiz bir yakıt kaynağıdır.
  4. Düşük maliyet ile yakıt oktan sayısını artırır.