Farklı serbest yağ asidi oranlarına sahip yağlardan elde edilen biyodizel yakıtlarının, dizel motorlardaki kullanılabilirliğinin kimyasal özellikler açısından değerlendirilmesi

Year 2024, Volume: 5 Issue: 2, 176 - 185

Mahmut Uyar

https://doi.org/10.53525/jster.1590794

Abstract

Bu deneysel çalışmada, düşük ve yüksek serbest yağ asit (SYA) içeriğine sahip iki farklı yağdan biyodizel üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen yakıtların fiziksel ve kimyasal özellikleri incelenerek, dizel bir motorda kullanılabilirliğinin kimyasal laboratuvar sonuçları kapsamındaki yorumlanması amaçlanmıştır. Kanola ve atık bitkisel yağın SYA oranlarının sırasıyla %3,8 ve %15,05 oranlarında olduğu tespit edilmiştir. Atık Bitkisel yağın SYA oranının %5'in üzerinde olması sebebiyle transesterifikasyon reaksiyonu öncesinde, asidik ön nötralleştirme işlemine tabi tutulmuştur. Yağın asit reaksiyonuna maruz kalmasının ve üretim prosesindeki farklılığın motor performansına etkisi incelenmiştir. İnceleme sonucunda, asit nötralleştirmesine tabi tutularak 2 aşamalı olarak üretilen biyodizel yakıtının diğer yakıta kıyasla; Yoğunluk değerinde %2.4, Viskozite değerinde %6.3, Isıl değerinde %4.5 ve Setan sayısında %5.55 oranlarında bir azalmaya sebebiyet verdiği tespit edilmiştir. Bu azalmanın temel sebebi ise, SYA oranı yüksek olan atık bitkisel yağa, asit katalizörlü ön işlem uygulanmış olması neticesinde, reaksiyon aşamasında uzun zincirli kimyasal bağ yapısına sahip hidrokarbonların kırılma (kraking) olarak tabir edilen parçalanma reaksiyonuna maruz kalmış olması olarak yorumlanmıştır. Elde edilen tüm yakıt numunelerinin TS-EN 14214 normundaki değerlerde olduğu ve sorunsuz bir şekilde dizel motorlarda kullanılabileceği sonucuna ulaşılmıştır.

Keywords

Bitkisel yağ, Biyodizel, Dizel motor, Kanola yağı, Yağ asidi

Evaluation of the usability of biodiesel fuels obtained from oils with different free fatty acid ratios in diesel engines in terms of chemical properties

Abstract

In this experimental study, biodiesel was produced from two different oils with low and high free fatty acid (FFA) content. The physical and chemical properties of the produced fuels were examined and the aim was to interpret their usability in a diesel engine within the scope of chemical laboratory results. It was determined that the FFA rates of canola and waste vegetable oil were 3.8% and 15.05%, respectively. Since the FFA rate of waste vegetable oil was above 5%, it was subjected to acidic pre-neutralization process before the transesterification reaction. The effects of the oil being exposed to acid reaction and the difference in the production process on engine performance were investigated. As a result of the examination, it was determined that the biodiesel fuel produced in 2 stages by subjecting to acid neutralization caused a decrease of 2.4% in density value, 6.3% in viscosity value, 4.5% in heating value and 5.55% in cetane number compared to the other fuel. The main reason for this decrease was interpreted as the fact that the waste vegetable oil with high FFA content was subjected to a cracking reaction called hydrocarbons with long-chain chemical bond structure during the reaction phase as a result of acid-catalyzed pretreatment. It was concluded that all fuel samples obtained were within the values in the TS-EN 14214 norm and could be used in diesel engines without any problems.

Keywords

Vegetable oil, Biodiesel, Diesel engine, Canola oil, Fatty acid

References

• [1]- Hazar, H., 2009.Effect of biodiesel on a low heat loss diesel engine, Renewable Energy, 34, 1533-1537.
• [2]- Hazar, H., 2008. Kanola metil esterin dizel motorunun performansına ve emisyon karakteristiklerine etkilerinin belirlenmesi, Doğu Anadolu Bölgesi Araştırmaları, 60-65.
• [3]- Mazed, M.A., 1984. Test of vegetable oil as fuel in direct and indirect injection diesel engine, Ph.D. Thesis, Oklahoma State University, ABD.
• [4]- Behçet, R. ve Çakmak, A.V., 2011. Bir dizel motorda yakıt olarak kullanılan balık yagı metil esteri karışımlarının motor performans ve emisyonlarına etkisi, 6th International Advanced Technologies Symposium (LATS'11), 16-18 Mayıs, Elazığ, Turkey, 161-165.
• [5]- Gürü, M., Koca, A., Can, Ö., Cakir, C. and Şahin, F., 2010. Biodiesel production from waste chicken fat based sources and evaluation with Mg based additive in a diesel engine, Renewable Energy, 35, 637-643.
• [6]- Altun, Ş., 2009. Hayvansal yağlardan biyo-yakıt üretimi ve bir dizel motorunda kullanılabilirliğinin deneysel araştırılması, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimeri Enstitüsü, Elazığ.
• [7]- Budak, N., Bayındır, H., ve Yücel, H.L., 2009. Dizel motorlarda biyodizel kullanmının performans ve egzoz emisyonlar açısından degerlendirilmesi, V. Yenilenebilir enerji kaynakları sempozyumu Diyarbakır 123-130.
• [8]- Hazar, H., 2010. Cotton methyl ester usage in a diesel engine equipped with insulated combustion chamber, Appl. Energy, 87, 134-140.
• [9]- Arpa, O., Yumrutaş, R. ve Kaşka, O., 2008. Atık motor yagından elde edilen dizel benzeri yakıtın motor performans ve eksoz emisyonu üzerindeki etkisinin incelenmesi, VII. Ulusal temiz Enerji Sempozyumu, 17-19 Aralık İstanbul, 293-304.
• [10]- Uçkan, İ., Yakın, A., & Behçet, R. (2024). Second law analysis of an internal combustion engine for different fuels consisting of NaBH4, ethanol and methanol mixtures. International Journal of Hydrogen Energy, 49, 1257-1267
• [11]- Yakın, A., & Behçet, R. (2021). Effect of different types of fuels tested in a gasoline engine on engine performance and emissions. International Journal of Hydrogen Energy, 46(66), 33325-33338.
• [12]- Uçkan, İ., Yakın, A., Cabir, B. (2024). Investigation the performance of a new fuel produced from the phthalocyanine-gasoline mixture in an internal combustion engine. International Journal of Hydrogen Energy, 71, 884-893.
• [13]- Yakın, A., Behcet, R., Solmaz, H., & Halis, S. (2022). Testing sodium borohydride as a fuel additive in internal combustion gasoline engine. Energy, 254, 124300.
• [14]- Keskin, A., 2005. Tall yağı esaslı biyodizel ve yakıt katkı maddesi üretimi ve bunların dizel motor performansı üzerindeki etkileri, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
• [15]- Gürü, M., Karakaya, U., Altıparmak, D. ve Alıcılar, A., 2002. Improvment of diesel fuel properties by using additives, Energy Conversion & Management, 43, 1021-1025.
• [16]- Haas, M. J., Scott, K. M., Marmer, W. N., Foglia, T. A., “In situ Alkaline Transesterification:An Effective Method for the Production of Fatty Acid Esters from Vegetable Oils”Journal ofAmerican Oil Chemists Society, 81:1, 83-89, 2004.
• [17]- J.M. Marchetti, A.F. Errazu, Esterification of free fatty acids using sulfuric acid as catalyst in the presence of triglycerides, Biomass and Bioenergy 32, (2008), 892- 895.
• [18]- Altıparmak D., Keskin A., Koca A. And Gürü M., 2007. Alternative fuel properties of tall oil fatty acid methyl ester-diesel fuel blends, Bioresource Technology, 98, 241-246.
• [19]- Naik, M., Meher, L.C., Naik, S.N. and Das, L.M., 2008. production of biodiesel from high free fatty acid karanja (pongamia pinnata) oil, Biomass and Bioenergy, 32, 354-357.
• [20]- Alptekin, E. and Çanakçı, M., 2010. Optimization of pretreatment reaction for methyl ester production from chicken fat, Fuel, 89, 4035-4039.
• [21]- Reyes, J.F. and Sepulveda, M.A., 2006. PM-10 emissions and power of a diesel engine fueled with crude and refined biodiesel from salmon oil, Fuel, 85, 1714-1719.
• [22]- Naik, M., Meher, L.C., Naik, S.N. and Das, L.M., 2008. production of biodiesel from high free fatty acid karanja (pongamia pinnata) oil, Biomass and Bioenergy, 32, 354-357.
• [23]- Sharma, Y.C. and Singh, B., 2008. Development of biodiesel from karanja, a tree found in rural India, Fuel, 87, 1740–1742.
• [24]- Graboski, M.S. and McCormick, R.L., 1998. Combustion of fat and vegetable oil derived fuels in diesel engines, Prog. Energy Combust. Sci., 24, 125-164.
• [25]- Fukuda, H., Kondo A. and Noda H., 2001. Review biodiesel fuel production by transesterification of oils, Journal of Biosci. and Bioeng., 92, 405-416.
• [26]- Sims, Ralph E.H., 1985, Tallow esters as an alternative diesel fuel, transactions of ASAE, 28, 716-721.