SELÜLOZİK ATIKLARDAN BİYO-YAKIT ÜRETİMİ (BİYO

BİYOETANOL ÜRETİMİ İÇİN
TARIMSAL ATIKLARIN ENZİMATİK
HİDROLİZ YÖNTEMİ İLE ŞEKERLERE
DÖNÜŞTÜRÜLMESİ
İ ÇERIK

Giriş

Biyokütle potansiyeli

Biyokütle dönüşüm süreçleri

Dünyada biyoetanol

Türkiye’de biyoetanol

Biyoetanol üretim yöntemleri

Kullanım alanları

Örnek bir çalışmanın sonuçları
G IRIŞ
http://www.roperld.com/science/energyfuture.htm

Fosil enerji kaynakları sonsuz değil

Biyo-yakıtlar fosil enerjilerin alternatifi

Selülozik atıklar düşük maliyetli

Yüksek biyo-etanol verimi

Selülozik atıklar için ön işlem
T ÜRKIYE ’ NIN BIYOKÜTLE
POTANSIYELI
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
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
Tarımsal artıklar
SARAÇOĞLU, N. 2007. The Importance of Bioenergy and Energy Forestry for Turkey. TUBITAK– JRC Zero Emissions Workshop, Gebze, Türkiye.
B IYOKÜTLE DÖNÜŞÜM
SÜREÇLERI
Kaynak: http://www.elektrikport.com/makale-detay/yesilden-gelen-enerjibiyokutle-i/8252
B IYO - YAKITLAR
Biyo-kömür
Katı Biyo-yakıtlar
Biyo-yakıtlar
Briket/Pelet
Biyo-gaz
Gaz Biyo-yakıtlar
Syngaz
Hidrojen
Biyo-etanol
Biyo-dizel
Sıvı Biyo-yakıtlar
Biyo-metanol
Biyo-oil
D ÜNYADA
BIYO - ETANOL
80
60
52,5
Milyar lt
Üretim
50
Milyar Lt
40
76
60
Dünya
40
20
AB
6
0
30 27,8
21
26,2
2007
20
2008
10
1,8
4,4 3,7
2009
1,15
0
ABD
BREZİLYA
Ar, F. F. Pankobirlik / Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi
AB
ÇİN
FRANSA
2011
K ULLANIM
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.
D ÜNYADAN B AZI
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
T ÜRKIYE ’ DE
Firma Adı
Üretim/yıl
x1000 lt
BIYO - ETANOL
Şehir
Hammadde
Konya Şeker84 000
Çumra Fabrikası
Konya
Şeker pancarı
Tarımsal Kimya
Teknolojileri
(TARKİM)
40 000
Bursa
Buğday, Mısır
Tezkim Tarımsal
Kimya (TEZKİM)
26 000
Adana
Buğday, Mısır
Ü RETIM
Kaynak: http://www.eie.gov.tr/yenilenebilir/biyoetanol.aspx
DIYAGRAMI
Ü RETIM
Kaynak: http://www.eie.gov.tr/yenilenebilir/biyoetanol.aspx
DIYAGRAMI
B IYOKÜTLE 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
K ULLANIM

Ulaştırmada

Araçlar

Kojenarasyon ünitelerinde

Kimya sanayinde

Etilen üretimi

Hidrojen üretimi

Asetik asit üretimi vs.
ALANLARI
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
Ö N 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
Ö N IŞLEM ( PRETREATMENT )
Ön işlem
Fiziksel
Mekanik
Kimyasal
Termal/fizikokimyasal
Biyolojik
Asit
Otohidroliz
Mikroorganizma
Alkali
Buhar patlama
Enzimatik
AFEX
CO2 patlama
HIDROLIZ
(C6H10O5)n + nH2O → n C6H12O6
Hidroliz
Kimyasal
Derişik
asit
Seyreltik
asit
Enzimatik
Selülaz
Ksilanaz
F ERMANTASYONU
http://www.bilgicik.com/yazi/oksijensiz-solunum/

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
II. O TOHIDROLIZE EDILMIŞ
BUĞDAY SAPININ ENZIMATIK
HIDROLIZ YÖNTEMI ILE ŞEKERLERE
DÖNÜŞTÜRÜLMESI
E NZIMATIK 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
Ön işlem görmüş
hammadde
Mekanik
inceltme
Otohidroliz
sıvısı
4 FPU
enzim
Enzimatik
hidroliz
Şeker analizi
O TOHIDROLIZIN KIMYASAL
YAPIYA ETKISI
100
90
Others
80
Ash
İçerik, %
70
Lignin
60
Ara
50
40
Xylan
30
Glucan
20
Extractives
10
0
İşlem
Sıcaklığın 160 °C- 200 °C artmasıyla:
Hemicellulose: %19.0 ----- %1.4
Lignin: %17.9 ------ %12.4 azalmaktadır.
O TOHIDROLIZIN PH VE
VERIME ETKISI
6
100
10 min
20 min
Verim, %
5
pH
10 min
90
4
20 min
80
70
60
3
50
2
40
160
170
180
Sıcaklık, °C
190
200
160
170
180
Sıcaklık, °C

Sıcaklığın artmasıyla:

pH: 5.4---- 3.8 (10 dk); 5.1 ------ 3.7 (20 dk)

Verim: 87 ---- %58 (10 dk); 85 ---- %56 (20 dk)
190
200
O TOHIDROLIZIN YAN
ÜRÜNLER OLUŞUMUNA ETKISI
Yan ürünler, g/100 g hammadde
8
Furfural
HMF
Acetic Acid
Formic Acid
6
4
2
0
200-20
200-10
190-20
190-10
180-20
180-10
170-20
170-10
160-20
160-10
İşlem
O TOHIDROLIZ SIVISINDAKI
ŞEKER GERI KAZANIMI
Geri kazanılan şeker, g/100 g
hammadde
14
Galactan
Arabinan
Xylan
Glucan
12
10
8
6
4
2
0
200-20
200-10
190-20
190-10
180-20
180-10
170-20
170-10
160-20
160-10
İşlem

Ksilan ana bileşen

190 -10 çözünen şekerlerin max % 71 geri kazanım
E NZIMATIK HIDROLIZ SONUCU
30
25
20
15
10min
10
10min-P6K
20min
5
20min-P6K
0
160
170
180
Sıcaklık, °C
190
200
EH Ksilan verimi, g/100 g hammadde
EH Glucan Verimi, g/100 g hammadde
ŞEKER GERI KAZANIMI
10
8
6
4
10min
10min-P6K
2
20min
20min-P6K
0
160
170
180
Sıcaklık, °C
190

Ön işlem süresinin artması genelde glucan verimini
artırmıştır.

Ksilan verimi 170 °C den sonra hızla azalmıştır.
200
TOPLAM ŞEKER GERI
KAZANIMI
Toplam şeker geri kazanımı, %
80
60
40
10min
10min-P6K
20
20min
20min-P6K
0
160
170
180
190
200
Sıcaklık, °C

Mekanik inceltme şeker verimini %10 kadar
artırmıştır.

Maksimum şeker verimi (180-20) = %72
S ONUÇLAR
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
oluşturmak
ulusal
bir
politika
SON