Atık Yağlardan Biyodizele Uzanan Yolculuk

Gelecek nesillere temiz ve yaşanabilir bir dünya bırakmak amacıyla 2017 yılında ülkemizde başlatılan sıfır atık projesiyle isrâfı önlemek, doğal kaynakları verimli kullanmak, atıkları kaynağında ayrıştırmak, atık miktârını azaltmak ve atıkları geri kazanarak ekonomiye katma değer sağlamak amaçlanmaktadır. Ülkemizde var olan kaynakların verimli bir şekilde kullanılması gerekmektedir. Çünkü 1900’lü yıllardan günümüze kadar kişi başı enerji tüketimi yaklaşık 4 katına, hammadde kullanımı yaklaşık 2 katına ve dünyâ nüfûsu ise yaklaşık 4 katına yükselmiştir. Fakat mevcut kullanılabilir kaynaklar aynı ölçüde artmadığı gibi yıllar geçtikçe de azaldıkları görülmektedir.

Kaynakların verimli kullanılması ve atıkların geri kazanılmasının önemini vurgulamak için aşağıda verilen örneklerin yerinde olduğunu düşünüyorum. 1 ton atık kâğıdın geri kazanımıyla yaklaşık 20 ağacın kesilmesinin önlendiği, yaklaşık 12500 m3 sera gazı engellenip 2.5 m3 atık depolama alanından tasarruf edildiği rapor edilmiştir. Ayrıca atık metal ve plastiklerin geri kazanımıyla yaklaşık %90 enerji tasarrufu sağlanmaktadır. Her 1 ton camın geri dönüştürülmesiyle yaklaşık 100 L petrolden tasarruf edilmektedir. Sıfır atık konusunda sâdece ülkemizde değil tüm dünyada bireysel ve kurumsal uygulamalar görülmektedir. Ülkemizde 2017 yılında başlatılmış olan sıfır atık projesi ile 2022 yılına kadar 33.8 milyon ton atığın tekrardan ekonomiye kazandırıldığı bildirilmiştir ve bu başarı uluslararası bir ödülle takdir görmüştür.

Enerji; geçmişte, günümüzde ve muhtemelen gelecekte günlük yaşamdaki tüm aktivitelerin sürdürülebilirliği için en önemli olgulardan birisidir. Fakat günümüze kadar genellikle fosil yakıtlardan elde edilmiştir. Yıllardır fosil yakıtlara bağlılık azaltılmaya çalışılırken, rezervlerin tükenmesine ve fiyatların artmasına engel olunamamıştır. 2020 verilerine göre dünyâmızda 1.661.905 milyon varil petrol bulunurken en yüksek petrol rezervine sâhip ülkeler ve rezerv miktarları Şekil 1’de gösterildi.

Şekil 1. 2020 yılı verilerine göre en fazla petrol rezervi bulunan 10 ülke ve rezerv miktarları.

Daha önceden de belirtildiğine ve birçok araştırma raporunun sonuçlarına göre fosil yakıtların yaklaşık 40 yıl daha ömrü olduğu biliniyor. Bu soruna çözüm bulabilmek adına fosil yakıtlara alternatif yakıtların bulunması husûsunda da sürekli araştırmalar yapılmaktadır. Atık maddelerin enerjiye dönüştürülmesi fikri de bu araştırmaların arasında yer bulmaktadır. Yapılan araştırma sonuçlarına göre biyodizel üretimi de bir alternatif olarak görülmektedir. Özellikle atıkların değerlendirilmesi hem ülkemiz hem de insanlık için oldukça önem arz etmektedir. Her türlü atık yağlar değerlendirilerek biyodizel elde edilebildiği bilinmektedir. Biyodizel üretim süreçleri, avantajları ve dezavantajlarına geçmeden ülkemizin atık yağ miktârını belirtmek faydalı olacaktır.

Ülkemizde 1995 yılında rapor edilen evsel atık miktârı 17 milyon ton iken bu değerin 2023 yılında 38 milyon ton olması beklenmektedir. Ülkemizde yılda 1.5 milyon ton yağ, gıdâ olarak kullanılmaktadır. Ayrıca 2021 yılında da yaklaşık 552 bin ton mâdenî yağ kullanıldığı rapor edilmektedir. Kullanılan bitkisel yağlardan 350 bin tonun, mâdenî yağlardan da 18.5 bin tonun atık olarak toplandığı rapor edilmektedir. Genel olarak, atık olan yağın hem canlılara hem de ekosisteme ciddî zararları olduğu bilinmektedir. Söz konusu atık yağların kesinlikle suya ve kanalizasyon sistemlerine dökülmemesi gerekmektedir. Böyle bir durumda atık yağ hem sudaki oksijen miktarının azalmasına, hem atık su arıtma tesislerinde mâliyet artışına hem de atık su borularına yapışarak boru kesitinin daralmasına ve tıkanmasına sebep olmaktadır. 21 Aralık 2019 târihinde Resmî Gazete’de yayımlanan Atık Yağların Yönetmeliği Madde 5/d’ye göre atık yağlar, yetkilendirilmiş kuruluşlarca toplanır ve taşınır. Aynı yönetmeliğin Madde 5/e’sine göre atık yağların, izin ve yetkisi olmayan üçüncü kişiler tarafından toplanması, taşınması, rafinasyonu, enerji geri kazanımı ve/veya bertarâfının yasak olduğu vurgulanmıştır. Atık yağların tekrardan değerlendirilmesiyle birlikte sabun, biyodizel, biyogaz ve yemlik yağ gibi ürünler üretilebilmektedir. Son olarak, atık yağların geri kazanımı ile biyodizel üretilirken ilaç ve kozmetik sanayiinin ihtiyaç duyduğu gliserin de üretilmektedir.

Çevre kirliliği ve küresel ısınma açısından incelendiğinde biyodizel kullanımında CO2 emisyonu ve partikül madde sırasıyla yaklaşık %50 ve %30 azalmaktadır. Özellikle biyodizel kullanımıyla asit yağmurlarının ana kaynağı olan SO2’ler meydana gelmemektedir. İlâveten, canlılar için tehlikeli olarak gözlenen aldehit bileşiklerin, normal dizele göre yaklaşık %30 azaldığı bilinmektedir. Biyodizelin, normal dizele göre gen mutasyonu üzerindeki etkisi önemli oranda azdır ve biyodizelin biyolojik olarak bozunabildiği de bilinmektedir. İlgili yakıtın suya karışması hâlinde %95’i 28 günde bozunurken, normal dizelin 28 günde ancak %40’ı bozunabilmektedir. Biyodizelin günümüze kadar bilinen olumsuz bir toksik özelliği tespit edilememiştir. Hattâ sofra tuzunun biyodizelden daha zararlı olduğunu söyleyen birçok rapor da bilinmektedir. Biyodizelin sudaki canlılara karşı da herhangi bir toksik etkisi bulunmamaktadır. Fakat 1 mL petrolün 1 L suya toksik etki gösterdiği bilinmektedir. Biyodizel hakkında en ilginç detay, gliserin üretmek için gerçekleştirilen tepkimenin yan ürünü olarak ortaya çıkmış olmasıdır.

Ülkemiz açısından biyodizel kullanımı ve gelişimi incelendiğinde, ilgili yakıtın en önemli alternatif kaynaklar arasında yer aldığı görülmektedir. Ülkemizde kara ve deniz taşımacılığının büyük çoğunluğunda dizel kullanılmaktadır. Ayrıca jeneratörlerde de dizel kullanıldığı bilinmektedir. Ülkemiz kendi biyodizelini üretmek için uygun alt yapıya sâhip olup, ilgili yakıtın kullanımına da kolayca uyum sağlayabilecek teknolojiye sâhiptir. Biyodizelin alevlenme noktası, dizelinkine göre daha yüksektir. Bu sâyede biyodizelin kullanımı, taşınımı ve depolanması daha güvenilir bir şekilde gerçekleşmektedir. Ayrıca biyodizelin, dizel ile her oranda karışabildiği de bilinmektedir. Biyodizelin yanma kalitesi dizelinkinden daha iyi olduğu için motor daha az vuruntulu çalışmaktadır. Biyodizel, dizel yakıt ile çalışan tüm motorlarda kullanılabilir. Fakat 1996 yılı öncesinde üretilen araçlarda Biyodizelin kullanılamayacağı, kullanıldığı takdirde motor parçalarına zarar verdiği kanıtlanmıştır. Lâkin bu sorunla da başa çıkabilmek adına araştırmalar yapılmış, biyodizel:dizel (2:8) karışımının bu araçlarda kullanılabileceği tespit edilmiştir. İlâveten biyodizelin çözücü özelliği nedeniyle, araçların yakıt depolarındaki ve borularındaki tortular çözülerek biyodizel içerisine karışmakta ve bu kirlilikler yakıt filtresinin tıkanmasına sebep olmaktadır. Bu nedenle biyodizel kullanımına başlandığında yakıt filtresinin düzenli kontrol edilmesi ve zaman zaman yeni filtre kullanılması gerekmektedir.

Kullanılmış bitkisel atık yağlar nedeniyle mevcut sularımızın yaklaşık %20’sinin kirlendiği bilinmektedir. Atık yağlar ekotoksik özelliğe sâhiptir, bulunduğu ortamı kirletir ve o ortamda bulunan canlılara zarar verir. Kullanılmış yağlar giderlere döküldüğü zaman dren sistemine sıvanır, kanalizasyon borusu içindeki atıkların yapışmasına ve zamanla borunun daralmasına neden olur. Kanalizasyona dökülen atık yağlar diğer atıkları tutar ve kanalizasyon sisteminin kullanılmaz hâle gelmesine sebep olurlar. Böylece atık su arıtma tesislerine zarar verir ve işletme mâliyetini artırır. ABD’de yapılan bir araştırmaya göre lavaboya dökülen atık yağların, kanalizasyon sistemlerinin %40 oranında tıkanmasına sebep olduğu bildirilmiştir.

Çevreyle uyumlu bir şekilde atık yağların toplanması, geri kazanılması ve bertarâf edilmesi Çevre ve Şehircilik Bakanlığı’nın 30985 sayılı Atık Yağların Yönetimi Yönetmeliğinde açık bir şekilde ifâde edilmiştir. Ayrıca atık yağların sabun ya da hayvansal yem katkısı olarak kullanılması ilgili bakanlıklarca yasaklanmıştır. Bu durumda atık yağların geri kazanım yolu sâdece biyodizel üretimi olarak görünmektedir.

Biyodizel üretiminde en çok kullanılan yöntem transesterifikasyon yöntemidir. Transesterifikasyon, bir trigliserit molekülünün bir alkol ve katalizör eşliğinde tepkimeye sokularak, gliserin ve yağ asidi alkil esterlerin üretilmesidir. Biyodizel olarak adlandırılan yağ asidi alkil esterleri, bitkisel veya hayvansal yağların transesterifikasyonu ile üretilir. Stokiyometrik bir tepkime için alkol ve yağın mol oranı 3:1 olmalıdır. Reaksiyon sonunda 3 mol biyodizel ve 1 mol gliserin üretilir. Biyodizel üretiminde en çok kullanılan alkol metanoldur. Metanole ilâveten etanol, izopropil alkol ve bütil alkol gibi farklı alkoller de kullanılabilir. Fakat böyle bir durumda tepkime şartlarının değişmesiyle birlikte biyodizel üretimi zorlaşmaktadır. Diğer yandan da motor performansında etkin bir farklılık tespit edilmemiştir. Transesterifikasyon reaksiyonunda reaksiyonun verimi ve hızını arttırmak için katalizör olarak potasyum hidroksit (KOH) ve sodyum hidroksit (NaOH) kullanılmaktadır. Kullanılan bu katalizörler bazik özelliğe sâhiptir. Alkali katalizörlerde kullanılabildiği bilinmektedir. Asidin katalizör olarak kullanılmasıyla transesterifikasyon tepkimesi daha yavaş gerçekleşmekte ve daha fazla miktarda alkole ihtiyaç duyulmaktadır. Biyodizel üretimi başlıca 5 basamaktan oluşur:

Alkol ve Katalizörün Karıştırılması
Katalizör standart bir karıştırıcıyla alkol içerisinde çözülür (Şekil 2). Bu işlem sonucunda sodyum/potasyum metoksit (CH3ONa) oluşur. Metoksit transesterikasyon reaksiyonunda kullanılan ana hammaddelerden biridir.

Şekil 2. Metoksit tepkimesi

Transesterifikasyon Reaksiyonu
Alkol/katalizör karışımı tepkime kabına alınır ve arkasından bitkisel yağ ilâve edilir. Alkol kaybını önlemek amacıyla tepkime kapatılır ve tepkime 55–60ºC sıcaklıkta gerçekleştirilir. Tepkimenin 1–2 saat içerisinde tamamlanması beklenmektedir. Alkol:yağ oranı her ne kadar 3:1 olarak dikkate alınsa da verimi arttırmak adına alkol:yağ oranı 6:1 olarak düzenlenebilir.

Gliserin Ayırma
Tepkime tamamlandıktan sonra iki ana ürün oluşur. Bunlardan birincisi gliserin diğeri de biyodizeldir. Gliserinin biyodizelden daha yoğun olmasından dolayı ve gliserin biyodizel içerisinde çözünmediği için faz ayrımı gerçekleşir. Yaklaşık 12 saat sonrasında iki faz oluşur ve birbirinden ayrılabilir. Bu bekleme işlemine alternatif olarak santrifüj işlemi de yapılabilir.

Alkol Distilasyonu
Ayrım sonrası hem gliserin hem de biyodizel fazlarında fazla alkol bulunabilir. Söz konusu bu alkol flash buharlaştırma ya da destilasyon yöntemiyle uzaklaştırılır. Destilasyon işlemi ile geri ayrılan alkol tekrardan kullanılmak istenirse içerisinde su olmadığından emin olmak gerekir.

Saflaştırma İşlemi
Alkolü uzaklaştırılan biyodizel, saflaştırılması için yıkama işlemine tâbi tutulur. Yıkama işleminde biyodizel içerisinde bulunabilecek safsızlıkların giderilmesi sağlanır. Yıkama işlemi sulu yıkama, kuru yıkama ve iyon değiştirici reçine olmak üzere 3 farklı yöntemle yapılabilir. Yıkama işlemi su ile yapılmışsa daha sonra kurutma işlemi yapılır. Kuru yıkama veya reçine kullanıldığında kurutmaya gerek yoktur. Yıkama işlemi sonrasında biyodizel kullanıma hazırdır.

2008 yılında Müslim YILDIZ yüksek lisans tezinde atık yağlardan biyodizel üretimi üzerine çalışma yapmıştır. Yaptığı bu çalışmada biyodizel üretimi için tek kademeli bazik reaksiyon, çift kademeli bazik reaksiyon ve çift kademeli asit–baz reaksiyonu yöntemi kullanılmıştır. Yaptıkları bu çalışmada verimler sırasıyla %76.8, %85 ve %90.3 olarak belirlenmiştir. Yapılan bu çalışmada bitkisel atık yağların ve hayvansal yağların içerisinde yüksek oranda serbest yağ asidi bulunduğu rapor edilmiştir. Serbest yağ asitleri bazik ortamda sabunlaşma reaksiyonlarına neden olmaktadır. Oluşan sabunların, verimin düşmesinin yanı sıra biyodizel ile gliserinin birbirinden ayrışmasını da zorlaştırdığı bilinmektedir. Dolayısıyla biyodizel saflaştırma işlemlerinde de ciddî sorunlar oluşturmaktadır. Bu sebeple biyodizel üretiminde sabunlaşma oluşmamasına dikkat edilmelidir. Sabun oluşmasının önlenebilmesi için yağ içerisindeki serbest yağ asitlerinin uzaklaştırılması veya nötralize edilmesi sonraki aşamalar için oldukça önemlidir. Serbest yağ asitlerinin yağdan uzaklaştırılması rafinasyon işlemi ile yapılabilir fakat mâliyeti artırmaktadır. Serbest yağ asitlerinin nötralize edilmesi durumunda ise sabunlaşma oluşacaktır. Serbest yağ asitlerinin yağdan uzaklaştırılması seçeneğinin mâliyetli ve atık oluşturan bir yöntem olması nedeniyle, bu çalışmada serbest yağ asitlerinden asidik katalizör eşliğinde biyodizel üretimi sağlanmıştır. Bu çalışmada, yağ içerisinde bulunan serbest yağ asitleri asidik reaksiyonla biyodizele çevrilmiş daha sonra içerisinde serbest yağ asidi bulunmayan yağ, bazik reaksiyonla biyodizele dönüştürülmüştür. Böylece hem reaksiyon süresinin kısalması hem de serbest yağ asitlerinin de biyodizele dönüşümü sağlanmıştır.

Yapılan çalışmada filtrelenmiş ve kurutulmuş olan 32 kg atık yağ kullanılmıştır. 3.3 kg metil alkol ve 73 g %98’lik sülfürik asit kullanılmıştır. Tepkime 58ºC’de 1 saat gerçekleştirilmiştir. Tepkime tamamlandıktan sonra, 1 saat bekletilen karışımın üst fazında biriken alkol, asit ve su fazı karışımdan uzaklaştırılmıştır. Yağ ve biyodizelden oluşan karışımın alt kısmından numûne alınarak yeni serbest yağ asidi (FFA) değeri analiz edilmiş ve 2.2 olarak hesaplanmıştır. FFA değeri 1’den büyük olduğu için esterifikasyon reaksiyonu tekrarlanmıştır. 2. esterifikasyon reaksiyonunda 1.6 kg metil alkol ve 35 g %98’lik sülfürik asit kullanılmıştır. 2. esterifikasyon reaksiyonu sonunda FFA değeri 0,7’ye düşmüştür. Metil alkol, su ve asit karışımı olan üst faz ayrıştırıldıktan sonra 6.4 kg metil alkol ve 640 g %30’luk sodyum metoksit çözeltisi kullanılarak 58ºC’de 1 saat bazik reaksiyon gerçekleştirilmiştir. Bazik reaksiyon sonucunda 28.9 kg biyodizel üretilmiştir. Reaksiyon verimi %90.3 olarak gerçekleşmiştir.

Tüm bu veriler ışığında, ülkemizde yılda yaklaşık 400 bin ton atık yağ oluştuğu bilinmektedir. Söz konusu bu atık yağların en iyi koşullarda %90 verimle tepkimeye girdiği düşünülürse 360 bin ton biyodizelin üretilebileceği düşünebilir. 2021 verilerine göre ülkemizin yıllık dizel yakıt tüketiminin 30 milyon ton olduğu bilinmektedir. Bu koşulda üretilebilecek olan biyodizel yıllık tüketimin %1.2’sine karşılık gelmektedir. Söz konusu bu atık hem geri kazanılmış olacak hem de ülke ekonomisine ciddî katkıda bulunacaktır. Diğer yandan ilaç ve kozmetik sanayiinde kullanılan %99.8 saflıkta gliserin de üretilmiş olacaktır. Bu da ayrıca ikinci ekonomik kazanç olarak düşünülebilir.

Ülkemizde gerçek ve tüzel kişiler kendi biyodizelini üretebilir mi, üretse bile kullanabilir mi gibi birçok soru akla gelmektedir. Ayrıca ülkemizde biyodizel üreten ve kullananlar için herhangi bir vergi muafiyeti gibi uygulamalar uygulanmakta mıdır? Ülkemizde gerçek ya da tüzel kişilerin kendi biyodizelini üretmesi yasaktır. Özellikle biyodizel üretiminin izne tâbi olduğunu bilmek gerekir. Biyodizel üreten izin almış firmalar, ürettikleri biyodizeli harmanlayıcılara satmak zorundadırlar. Yâni üretim sonrasında da satacakları kişiler net bir şekilde yönetmeliklerle ortaya konmuştur. Tüm bu sebepler doğrultusunda biyodizel üretiminde izinsiz hareket etmememiz gerektiğini, aksi halde yaptırımla karşı karşıya kalacağımızı bilmemizde fayda vardır. Dünyanın birçok ülkesinde hem biyodizel üreten hem de biyodizel kullanan firma ve kişilere vergi muafiyeti uygulanmaktadır. Bu durum hakkında ülkemizde nasıl bir uygulamanın olduğu tam bilinmemektedir. Lâkin güçlü Türkiye için atıklarımızı birey olarak doğru ayırarak toplamamız, doğru şekilde değerlendirmemiz ve 2017 yılında başlatılan Sıfır Atık Projesine destek olmamız gerekmektedir. Merhameti ve lütfu bol olan Allâh’a şükürler olsun. Ümmete faydalı olacak işleri gerçekleştirmemizi nasip etsin inşâallah…

Kaynaklar
Hajjari, M., Tabatabaei, M., Aghbashlo, M., & Ghanavati, H. (2017). A review on the prospects of sustainable biodiesel production: A global scenario with an emphasis on waste-oil biodiesel utilization. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 72, 445-464.
https://acikerisim.nku.edu.tr/xmlui/handle/20.500.11776/381
https://www.petder.org.tr/Uploads/Document/8e2b4f2d-be05-44af-8696-3c345d7b367d.pdf?v-637958161809770291.
https://webdosya.csb.gov.tr/db/ced/icerikler/2020-yili-atik-istat-st-kler--bulten--rev-ze12012023-20230112135036.pdf
https://webdosya.csb.gov.tr/db/sifiratik/icerikler/k-tapc-k-2017-1-20180129130757.pdf
https://haliccevre.com/wp-content/uploads/2018/12/Bitkisel-At%C4%B1k-Ya%C4%9Flar%C4%B1n-Y%C3%B6netimi-H%C4%B0ZMET%C4%B0%C3%87%C4%B0-E%C4%9E%C4%B0T%C4%B0M.pdf
https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2019/12/20191221-1.htm
Karagöz, M., Ağbulut, Ü., & Sarıdemir, S. (2020). Waste to energy: Production of waste tire pyrolysis oil and comprehensive analysis of its usability in diesel engines. Fuel, 275, 117844.
Lin, Y. F., Wu, Y. P. G., & Chang, C. T. (2007). Combustion characteristics of waste-oil produced biodiesel/diesel fuel blends. Fuel, 86(12-13), 1772-1780.
Maceiras, R., Alfonsín, V., & Morales, F. J. (2017). Recycling of waste engine oil for diesel production. Waste management, 60, 351-356.
Wibowo, A. A., Mustain, A., Lusiani, C. E., Hartanto, D., & Ginting, R. R. (2020, April). Green diesel production from waste vegetable oil: a simulation study. In AIP conference proceedings (Vol. 2223, No. 1). AIP Publishing.

Ocak 2024, sayfa no: 58-59-60-61-62-63