Süperkritik metanol ortamında hint fıstığı (jatropha curcas) yağından biyodizel üretimi için katalizör geliştirilmesi ve biyodizel verimliliğinin araştırılması
Developing catalyst for biodiesel production from jatropha curcas oil, and investigation of biodiesel efficiency in supercritical methanol environment
Yazar: VELİD DEMİR
Danışman: PROF. DR. MESUT AKGÜN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Biyodizel = Biodiesel

Özet:
Dünya enerji tüketiminin hızlı bir şekilde artması, özellikle enerji üretimi açısından kendine yetmeyen ve dışa bağımlı olan ülkelerin bu konuda daha çok araştırma ve kaynak yaratma çabasında olmasını zorunlu kılmaktadır. 1970'li yıllarda petrol darboğazı ve yeni dönemde çevre bilincinin oluşması, petrol kökenli yakıtların rezervlerindeki azalma ile yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelik çalışmaları hızlandırmıştır. Başta nehirlerden sağlanan hidrolik enerji olmak üzere, güneş, rüzgâr, hidrojen, jeotermal ve tarıma dayalı yenilenebilir enerji kaynaklarının Türkiye için önemli olduğu görülmüştür. Yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan biyodizel, motorlarda doğrudan kullanılamayacak kadar viskoz olan bitkisel yağların, metil veya etil esterlerine dönüştürülmüş halidir. Başka bir ifadeyle biyodizel, bitkisel yağlardan, kullanılmış atık kızartma yağlarından, hayvansal yağlardan ve her türlü biyolojik kökenli yağlardan trans-esterifikasyon reaksiyonu sonucu oluşan yağ asitlerinin mono alkol esteridir. Biyodizel, petrol türevi motorine alternatif olarak dizel motorlarda yakıt olarak kullanılmaktadır.
Bu çalışmada, hint fıstığı (Jatropha Curcas) yağından heterojen katalizör varlığında metanolün süperkritik koşullarında (Tc: 239°C; Pc: 80.84 bar) biyodizel üretimi gerçekleştirilmiştir. Katalizör olarak Alümina destekli Stronsiyum oksit (SrO/-Al2O3), Lantan oksit (La2O3/-Al2O3), ve Çinko oksit (ZnO/-Al2O3) katalizörü sentezlenmiş ve elde edilen heterojen katalizörler ile dolgulu yatak reaktörde süperkritik metanol ortamında hint fıstığı yağından biyodizel üretilmiştir. Böylelikle, elde edilen biyodizel'in ester içeriği ve verimi üzerine, reaksiyon koşullarının ve çeşitli içeriklerde üretilen heterojen katalizörün etkisi incelenmiştir. Sonuç olarak, 1:40 yağ/metanol mol oranı, 300°C reaksiyon sıcaklığı, 90 bar basınç ve 3 dk reaksiyon süresi koşulları altında, ağırlıkça %10 ZnO/-Al2O3 kullanarak süperkritik ortamında gerçekleştirilen transesterifikasyon reaksiyonu sonucunda, %97,49 biyodizel verimi elde edilmiş, en uygun katalizörün ZnO/-Al2O3 olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
The rapid increase in world energy consumption necessitates that countries that are not self-sufficient and dependent on foreign energy production should make more research and resource creation efforts in this regard. The oil bottleneck in the 1970s and the emergence of environmental awareness in the new era accelerated the studies on new and renewable energy sources with the decrease in the reserves of petroleum-based fuels. It has been seen that renewable energy sources based on solar, wind, hydrogen, geothermal and agriculture, especially hydraulic energy obtained from rivers, are important for Turkey. Biodiesel, one of the new and renewable energy sources, is the form of methyl or ethyl esters of vegetable oils, which are too viscous to be used directly in engines. In other words, biodiesel is the mono alcohol ester of fatty acids formed as a result of trans-esterification reaction from vegetable oils, used waste frying oils, animal fats and all kinds of biological origin oils. Biodiesel is used as a fuel in diesel engines as an alternative to petroleum-derived diesel fuel.
In this study, biodiesel was produced from Jatropha Curcas oil in the presence of heterogeneous catalyst under supercritical conditions of methanol (Tc: 239°C; Pc: 80.84 bar). Alumina supported Strontium oxide (SrO/-Al2O3), Lanthanum oxide (La2O3/-Al2O3), and Zinc oxide (ZnO/-Al2O3) catalysts were synthesized as catalysts and biodiesel was produced from Jatropha Curcas oil in supercritical methanol medium in a packed bed reactor with the obtained heterogeneous catalysts. Thus, the effect of reaction conditions and heterogeneous catalyst produced in various compositions on the ester content and yield of the obtained biodiesel was investigated. As a result, 97.49% biodiesel yield was obtained in the transesterification reaction carried out in supercritical medium using 10w% ZnO/-Al2O3 under the conditions of 1:40 oil/methanol molar ratio, 300°C reaction temperature, 90 bar pressure and 3 min reaction time. It was determined that the suitable catalyst was ZnO/-Al2O3.