Atık yemeklik yağların lipaz katalizli biyoyağlayıcı üretiminde hammadde kaynağı olarak kullanımı
The use of waste cooking oil as a raw material source in the production of lipase catalyzed biolubricant
Yazar: BAHAR GÜRKAYA KUTLUK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NURCAN KAPUCU
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Alternatif enerji = Alternative energy ; Biyokütle enerjisi = Biomass energy ; Enzimatik esterleşme = Enzymatic esterification ; Motor yağları = Engine oils ; Transesterifikasyon = Transesterification ; İmmobilize enzimler = Immobilized enzyme

Özet:
Bu çalışmada Atık Yemeklik Yağların (AYY) hidroliz edilmesiyle serbest yağ asitleri (SYA), metanol ile tepkimesi sonucunda da yağ asidi metil esterleri (AYAME, biyodizel) sentezlenmiştir. Farklı yapıdaki alkoller (trimetilolpropan (TMP), oleyil alkol ve bütanol) ile SYA'nın Novozyme 435 ile esterleşmesiyle, AYAME'nin ise serbest (Novozyme 51032 ve Resinase HT) ve ticari tutuklanmış (Lipozyme TL IM ve Novozyme 435) lipazlar kullanılarak TMP ile transesterleşmesiyle biyoyağlama yağı üretilmiştir. Yukarıda bahsedilen tüm tepkimelere etki eden parametreler (lipaz miktarı, asit/alkol, mol oranı, başlangıç su içeriği, sıcaklık) ele alınarak istatiksel deney tasarımı ile optimizasyonu yapılmıştır. Deneysel çalışmalar sonucunda SYA ve AYAME'den yüksek ester içerikli biyoyağlama yağı sentezlenmiştir. Esterleşme/transesterleşme tepkimeleri için ticari tutuklanmış lipazlar kullanılarak serbest lipazlara göre daha yüksek dönüşüm elde edilmiştir. Aynı zamanda tutuklanmış lipazlar arasından Novozyme 435 katalizörü varlığında en yüksek tri ester içeriği elde edilmiştir. Optimum tepkime koşullarında  (%5 enzim içeriği, 500rpm çalkalama hızı, 50°C tepkime sıcaklığı, AYAME/TMP 4/1 mol, 48 saat süre) biyoyağlama yağı (AYAME dönüşümü %96, tri ester içeriği %89) üretilerek fiziksel özellikleri (100°C ve 40°C için vizkosite değerleri, vizkosite indeksi, akma noktası, alevlenme noktası, yoğunluk, toplam baz ve asit sayısı) belirlenmiştir. Üretilen biyoyağlama yağının fiziksel özellikleri incelendiğinde ISO SAE standartlarına uygun hidrolik sistem yağı (ISO VG 32 ile 37 arasında) olarak kullanılabilirliği önerilmektedir. Bu tez çalışması ile çevre dostu lipaz katalizli yenilenebilir kaynaklardan ticari ürünler ile yarışabilecek biyoyağlama yağı başarılı bir şekilde üretilmiştir.

Abstract:
In this study, free fatty acids (SYA) by hydrolysis of waste frying oil (WFO) and fatty acid methyl esters (AYAME, biodiesel) by the reaction of WFO with methanol were synthesized. Alcohols of different structures (trimethylolpropane (TMP), oleyl alcohol, and butanol) and SYA lipase-catalyzed (Novozyme 435) were esterified, and bio-lubricant was synthesized with an environmentally friendly process. Also, bio-lubricant was synthesized as a result of the transesterification reaction of AYAME with TMP in the presence of free lipases (Novozyme 51032 and Resinase HT) and commercially immobilized lipases (Lipozyme TL IM and Novozyme 435). The effects of reaction parameters for all the reactions mentioned above (lipase amount, acid/alcohol molar ratio, initial water content, and temperature) were analyzed and optimized with statistical experiment design. As a result of the experimental studies, high ester content bio-lubricant was synthesized from SYA and AYAME. For esterification/transesterification reactions, the higher conversion was obtained from commercially immobilized lipases than free lipases. Under the optimum conditions (%5 enzyme content, 500rpm agitation speed, 50°C temperature, AYAME/TMP molar ratio of 4/1, 48h reaction time), bio-lubricant (AYAME conv. 96%, and  tri-ester cont. 89%) was produced and physical properties (100°C and 40°C viscosity, viscosity index, pour point, flash point, density, total base, and acid number) were determined. When the physical properties of the produced lubricating oil are examined, it is recommended to use ISO SAE standards as hydraulic system oil (ISO VG 32 to 37). This thesis successfully produced bio-lubricating oil from environmentally friendly lipase-catalyzed renewable sources to compete with commercial products.