Bazı enzimleri kullanarak biyodizel üretimi ve biyodizel özelliklerinin analitik metotlarla araştırılması
Production of biodiesel using some enzymes and investigation of biodiesel features by analytical methods
Yazar: YASİN YÜCEL
Danışman: PROF. DR. CEVDET DEMİR
Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Bölümü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Transesterifikasyon = Transesterification ; İmmobilizasyon = Immobilization ; İmmobilize enzimler = Immobilized enzyme

Özet:
Tükenen petrol kaynakları ve buna bağlı enerji krizleri nedeniyle son yıllarda alternatif enerji kaynakları önemli araştırma alanı haline gelmiştir. Biyodizel, yenilenebilen, sera gazlarını azaltıcı düşük emisyona sahip, biyolojik olarak parçalanabilen ve zehirli olmayan yakıt olması nedeniyle petrol esaslı yakıtlara alternatif bir yakıttır. Biyodizel trigliseridlerin metanol ile transesterleşmesiyle elde edilen yağ asidi metil esterleri olarak tanımlanabilir. Son zamanlarda yağ asidi metil esterlerinin saf olarak elde edilmesi, gliserolün yan ürün olarak kolaylıkla ayrılması gibi nedenlerle biyodizel yakıt üretiminde lipaz kullanılarak enzimatik transesterleşme metodu çok daha cazip hale gelmiştir. Fakat yüksek enzim maliyetleri endüstriyel uygulamalar için dezavantajdır. Üretim maliyetinin düşürülmesi için enzim uygun bir taşıyıcı üzerine tutturulabilmeli ve tekrar kullanılabilmelidir.Bu çalışmada, Candida antarctica (Novozym 435), Thermomyces lanuginosus (Lipozyme TL-IM) ve Rhizomucor miehei (Lipozyme RM-IM) immobilize lipazlarının metanol beraberinde kanola yağını transesterleşme reaksiyonu araştırıldı. Reaksiyon süresi, sıcaklık, enzim miktarı ve metanol-yağ molar oranı gibi kanola yağını transesterleşme reaksiyonu ile metil esterlerine dönüştürmede etkin olan parametreler merkezi kompozit dizayn ve yüzey analizleri kullanılarak incelendi.Transesterleşme reaksiyonunda optimum koşullar, yağ ağırlığının (4%-21%)' i oranında enzim, (1:1,6-1:4,1) yağ-alkol molar oranı, (34ºC-55ºC) reaksiyon sıcaklığı ve (4-6) saat reaksiyon süresi olarak belirlendi. En yüksek biyodizel dönüşümü (%97,2) enzim karışımı kullanılarak elde edildi.Enzimlerin immobilizasyonunda kullanılmak üzere mikro gözenekli polimer matriks stiren divinil benzen kopolimerinden sentezlendi. Lipozyme TL-100L ve Novozyme 388 lipazları celite 545, silikajel ve stiren divinil benzen kopolimerleri üzerine absorpsiyon ve kovalent bağlama metotları kullanılarak immobilize edildi. Enzimlerin immobilizasyon verimliliği ve aktiviteleri belirlendi. Destek maddeleri ve immobilize edilmiş türevleri taramalı elektron mikroskobu ve fourier transform infrared spektrometresi (FTIR) ile incelendi.Biyodizel üretimi kanola yağı ve metanol karışımının bir peristaltik pompa yardımıyla mikro gözenekli polimer kolon içinden 24 saat sürede devridaimi ile yapıldı. Gaz kromatografi analiz sonuçlarına göre en yüksek metil ester dönüşümü %97 olarak hesaplandı. Tekrar kullanım açısından mikro gözenekli polimer üzerine tutturulan lipaz 10 kez kullanılmasına rağmen önemli bir aktivite kaybı gözlenmedi.Anahtar Kelimeler: Transesterifikasyon, Lipaz, İmmobilizasyon, Kanola yağı, Biyodizel, Stiren-Divinilbenzen,

Abstract:
Alternative energy resources has become more important research area in recent years because of exhausting petroleum resources and energy crises. Biodiesel is an alternative fuel to petroleum based fuels because of renewable, lower harmful emission, a reduction in greenhouse gas emissions, biodegradable and non toxic fuel. Biodiesel can be defined as fatty acid methyl esters from triglycerides by transesterification with methanol. Recently, enzymatic transesterification using lipase has become more attractive for biodiesel fuel production, since the glycerol produced as a by product can easily be recovered and the purification of fatty methyl esters is simple to accomplish. However the high cost of enzyme remains a barrier for its industrial applications. In order to decrease the cost of the process, the enzyme must be immobilized in a suitable carrier and reused.In this study, the abilities of three immobilized lipases from Candida antarctica (Novozym 435), Thermomyces lanuginosus (Lipozyme TL-IM) and Rhizomucor miehei (Lipozyme RM-IM) to catalyze the transesterification of canola oil with methanol were investigated. Response surface methodology (RSM) and central composite design (CCD) were employed to evaluate the effects of reaction parameters, such as reaction time, temperature, enzyme amount, molar ratio of methanol to canola oil on percentage weight conversion to canola oil methyl ester by transesterification.The optimum conditions of the transesterification reaction were as follows: enzyme amount based on oil weight (4%-21%), oil/alcohol molar ratio (1:1,6-1:4,1), temperature (34ºC -55ºC), and reaction time (4h-6h). The highest conversion (%97,2) of canola oil to biodiesel obtained with using mixture of lipases.Micro porous polymeric matrix was synthesized from styrene-divinylbenzene copolymers for using to immobilization of enzymes. Two different lipase from Lipozyme TL-100L and Novozyme 388 were immobilized onto three different carriers using both adsorption and covalent method: celite 545, silica gel and styrene-divinyl benzene copolymer. Immobilization efficiency and activity of enzymes determinated. The properties of the support and immobilized derivatives were evaluated by scanning electron microscopy (SEM) and fourier transform infrared spectroscopy (FTIR).Biodiesel production was performed by circulating canola oil and methanol mixture into micro porous polymer column by a peristaltic pump for 24 hours. According to gas chromatography analysis results the highest yield of methyl ester calculated as %97. The immobilized lipase onto the micro porous polymer proved to be stable after even 10 reused and lost little activity when was subjected to repeated use.Key Words: Transesterification, Lipase, Immobilization, Canola oil, Biodiesel, Styrene-divinyl benzene.