Prof. Dr. Hüseyin ÖĞÜT Selçuk Üniversitesi “Biyoyakıtların Motor
Transkript
Prof. Dr. Hüseyin ÖĞÜT Selçuk Üniversitesi “Biyoyakıtların Motor
TOBB EKONOMİ ve TEKNOLOJİ ÜNİVERSİTESİ 6 NİSAN 2007-ANKARA PROF.DR.HÜSEYİN ÖĞÜT SELÇUK ÜNİVERSİTESİ biyodizel@selcuk.edu.tr MOTOR YAKITLARI Geleneksel motor yakıtlarının arzı ve kullanımında yaşanan sorunlar yakıtların: – Yerli ve yenilenebilir, − Çevre dostu, − Fiyat açısından geleneksel yakıtlarla rekabet edebilir, − Enerji değeri geleneksel yakıtlara yakın, − Mevcut yakıt dağıtım altyapısı ve yakıt donanımıyla uyumlu olmasını gerektirmektedir. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 2 BİYOYAKITLAR VE MOTOR Biyoyakıtların motorlarda kullanımıyla ilgili iki yaklaşım söz konusudur: 1. Motorun yakıta uydurulması: a. Araca kit takılması 2. Yakıtın motora uydurulması: a. Biyolojik yağdan Biyodizel üretimi, b. Alkolde saflığın % 99’un üzerine çıkarılması, c. Biyogazın saflaştırılması. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 3 TÜRKİYE’DE BİYOKÜTLE ve BİYOYAKIT POTANSİYELİ Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı; • Türkiye’nin Biyokütle potansiyeli 15 milyon ton, • Kullanılan miktar 6 milyon ton, • Biyoyakıt üretimi için kullanılan 2 milyon ton, • Üretim kapasiteleri yıllık; − Biyodizel için 1,5 milyon ton, − Biyoetanol için 3 milyon ton ve − Biyogaz üretim potansiyeli 1,5-2 milyon ton olarak belirtmektedir. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 4 TÜRKİYE BİYOYAKIT TEDARİK ZİNCİRİ HAMMADDE B2,E2 B100 BİYOYAKIT ÜRETİMİ Dağıtıcı Kuruluş : : : : : E10 E25 E5-B5 B10 B2-E2 TÜKETİCİ ABD Brezilya AB Almanya TÜRKİYE B2,E2 Petrol istasyonu Almanya, Brezilya ve diğer bazı ülkelerde Tarım gibi bazı kesimlerin SAF BİYOYAKIT kullanımına imkan sağlanmaktadır. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 5 MOTORA ETKİLER GÜÇ EMİSYON MOTOR MALZEME UYUMU PROF.DR.H.ÖĞÜT YAĞLAMA YAĞI 4 NİSAN 2007 6 PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 7 YAKIT ETANOLÜNÜN ÖZELLİKLERİ Benzin Biyoetanol 0,720-0,780 0,791 Kinematik viskozite, 40ºC (mm2/s) 0,8 1,13 Stokiyometrik Hava/Yakıt Oranı 14,5 9,0 Parlama Noktası (ºC) 220 420 Oktan Sayısı (araştırma) 91 109 Oktan Sayısı (motor) 80 98 376-502 903 43,5 27 Yakıt Tipi Özgül ağırlık , 15ºC (g/cm3) Buharlaşma Gizli Isısı (kJ/kg) Isıl Değer (MJ/kg) Kaynak:Türkiye Şeker Fabrikaları PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 8 BİYOETANOL ve OKTAN SAYISI OKTAN SAYISI ; Vuruntuya karşı direncin ölçüsü olarak tanımlanır. Vuruntu; yanmanın tamamlanamamasına ve motor parçalarında yorulmalara neden olur. Benzine % 10 Biyoetanol ilave edildiği zaman OKTAN SAYISI 2 birim artmaktadır. Bu nedenle Biyoetanol; “OKTAN SAYISI ARTIRICI” olarak tanımlanır. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 9 TORK (Nm) ÖZGÜL YAKIT TÜKETİMİ (g(kWh) BİYOETANOLDA TORK VE ÖZGÜL YAKIT TÜKETİMİ (2000 d/d) SIKIŞTIRMA ORANI Kaynak:Yücesu ve Ark. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 10 HAVA-YAKIT KARIŞIMI • İdeal Hava-Yakıt Oranı benzin için 14,6:1 olarak bilinmektedir. • Biyoetanolün oksijen içeriği benzine göre daha fazla olduğu için hava yakıt oranı örneğin E22 için 12,7:1 olmaktadır. • Bu durum; Biyoetanolün kullanan motorların saf benzine göre daha az hava harcaması sonucunu doğurmaktadır. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 11 YAKIT FİLTRESİ • Biyoetanol; aracın deposundaki ve yakıt hattındaki kalıntıları çözer. • Bu nedenle, biyoetanol kullanımında yakıt filtresini daha kısa aralıklarda değiştirmek gerekebilir. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 12 İLK ÇALIŞTIRMA • Biyoetanolün Buharlaşma Gizli Isısı Benzinden daha fazladır. • Biyoetanol karışımlarının soğuk havalarda çalışma kabiliyeti daha zayıftır. Bu nedenle akü ve marş kapasitesinin yükseltilmesine ihtiyaç duyulabilir. • Biyoetanol karışımı kullanan araçlarda soğuk havalarda ilk çalıştırmalarda kullanmak üzere saf benzin deposuna ihtiyaç duyulabilir. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 13 MALZEME UYUMU • Biyoetanol; bazı plastik, kauçuk ve elastomerleri bozabilmektedir. • Biyoetanol; alüminyum, pirinç,çinko ve kurşun gibi metalik malzemede korozyona yol açmakta ve sonuçta; ateşleme ve yakıt donanımı zarar görmektedir. • Benzin içersindeki biyoetanol miktarı (>E10) arttıkça korozyon etkiside hızla artmaktadır. • Bu sorunu gidermek için biyoetanolle uyumlu olan teflon ve flor kaplanmış elastomerler (Viton) malzemeler kullanılmalıdır. • Yine korozyonu engellemek için yakıt yakıt filtrelerinde paslanmaz çelik malzeme kullanılmalıdır. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 14 MOTOR GARANTİSİ • Motor garantisi açısından izin verilen maksimum karışım oranları (Hacimsel) – İngiltere’de % 5 – A.B.D. % 10 olarak verilmektedir. • Araç üreticileri daha yüksek karışım oranlarında garantinin geçerli olamayacağını kullanıcılara bildirmektedirler. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 15 BİYOETANOLÜN HARMANLANMASI • Ülkemizde sadece Petrol Ofisi biyoetanol harmanlaması yapmaktadır. BİOBENZİN adıyla Petrol Ofisi istasyonlarında satılan bu benzin türünde %2 biyoetanol bulunmaktadır. • Harmanlama, benzin yüklü tankerlere Biyoetanolün enjeksiyonu yöntemiyle yapılmaktadır. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 16 ETBE • ETBE (Etil tersiyer bütil eter) C6H14O, » Yoğunluk » Kalori değeri : : 760 kg/m3, 36 MJ/kg • ETBE; biyoetanolün izobütan ile (45%/55% ağırlıkça) katalitik reaksiyonu ile elde edilir, • ETBE; uçucu, korozif ve nem çekici olmadığı için biyoetanole göre daha iyi bir katkıdır ve benzine hacimsel olarak % 15 oranında karıştırılır. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 17 PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 18 DOĞRUDAN YAĞ KULLANIMI • Bitkisel yağ, direkt püskürtmeli motorlarda kullanıldığında: – Yanma odası – Piston – Supap v.b. kalıntılar meydana gelmektedir. • Ayrıca yağın yüksek viskozitesi pompalama ve yanma açısından da sorun oluşturmaktadır. Bunların dışında: – Motor yağında seyrelme, – Malzeme uyumsuzluğu ve – Soğuk akış özelliklerinin kötüleşmesi gibi olumsuzluklar görülmektedir. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 19 BİYODİZEL VE MOTORİN YAKIT BİYODİZEL MOTORİN YOĞUNLUK (kg/m3) 880 830 KİNEMATİK VİSKOZİTE (mm2/s) 3,5…5,0 3,0 50-60 En az 40 39,5- 40,1 45,9 ÖZELLİK SETAN SAYISI ENERJİ DEĞERİ (MJ/kg) PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 20 MALZEME UYUMU • Biyodizel kauçukla reaksiyona girmektedir. • Eski araçlarda (1996 öncesi) kauçuk contaların kauçuk olmayan (VITON TM) contalarla değiştirilmesi gerekir. • UYUMLU • • Paslanmaz çelik Karbon çeliği • Alüminyum • Pirinç • Bronz • Bakır • Kurşun • Kalay • % 5 i aşmayan karışımlarda böyle bir sorun yoktur. PROF.DR.H.ÖĞÜT UYUMSUZ 4 NİSAN 2007 Çinko 21 MOTOR PERFORMANSI 60 250 Motor Devir Sayısı, d/d BİYODİZEL MOTORİN (Kaynak: Öğüt ve ark. 2004) PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 22 2700 2500 2300 2100 Motor Devir Sayısı, d/d 1900 0 1700 50 1500 2700 2500 2300 2100 1900 1700 1500 1300 1100 0 100 1300 10 150 1100 20 200 900 30 D önme M omenti, N m 40 900 G üç, kW 50 İLK ÇALIŞTIRMA • Biyodizelin yüksek karışım oranlarında ilk çalıştırmada sorun yaşanabilmektedir. • Bu durum Biyodizelin soğuk havalarda motorine göre viskozitesinin artmasından (daha kalın hale gelmesinden) kaynaklanmaktadır. • Bu sorunu aşmak için; Yüksek Karışım Oranlarında viskoziteyi azaltacak katkı maddeleri kullanılabilmektedir. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 23 YAĞ DEĞİŞİMİ • Biyodizelin yüksek karışım oranlarında (B20) motor yağlama yağı değiştirme aralığı kısalır. • Motorinde 21000 kilometrede olan yağ değişimi Biyodizelde 12 000 kilometreye kadar inmektedir. • Ancak bu biyodizel kullanımı kısıtlayan bir durum olmayıp, dikkat edilmesi gereken bir özelliktir. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 24 FİLTRE DEĞİŞTİRME Saf Biyodizel (B100), motorinin yakıt deposunun yüzeylerinde ve yakıt iletim hattında oluşturduğu kalıntıları çözer.Serbest kalan bu kalıntılar filtreyi tıkar.Bu nedenle Saf Biyodizel kullanımından bir gün sonra filtrenin değiştirilmesi gerekir. B20 kullanım şeklinin böyle bir etkisi olduğuna dair bir bulgu yoktur. 1. 2. 3. 40-80 400 1200 FİLTRE TIKANMASININ BELİRTİLERİ • Çekişte azalma • Yakıt ekonomisinin bozulması • Hararet artışı PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 25 MOTOR AYARI • Biyodizelin yüksek karışım oranlarında (B100) motor performansını geliştirmek amacıyla; Püskürtme avansı 2, 3 derece gibi küçük bir değerde artırılır ve aynı zamanda NOx emisyonları azaltılır. • Bu işlem şüphesiz konvektöre göre çok daha basit ve ucuz bir işlemdir. • Ancak bu ayarda PM ve YT değerlerine dikkat edilmelidir. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 26 BİYODİZELİN YAĞLAYICILIK ÖZELLİĞİ • Motorindeki kükürt oranı, çevreci gerekçeler doğrultusunda önce 500 ppm daha sonrada 10-15 ppm değerine indirilmiştir. • Yakıttaki kükürt oranının azaltılması, yakıt tarafından yağlanan enjeksiyon pompasının hareketli parçaları ile enjektörlerde yağlama problemleri ve motor performansının düşmesi gibi olumsuz sonuçları ortaya çıkarmıştır. • Mükemmel Yağlayıcılık özelliği olan Biyodizel motorine yağlayıcılık özelliği sağlamada önemli rol oynamaktadır. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 27 MOTORİNİN (10 ppm) ENJEKTÖRDE OLUŞTURDUĞU KALINTILAR Kaynak:www.lubrizol.com PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 28 BİYODİZEL SENSÖRÜ PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 29 BİYOYAKITLI YAKIT KOMBİNASYONLARI E-B-Dizel (Etanol-Biyodizel-Motorin) PROF.DR.H.ÖĞÜT E-Dizel yada (Dizel-Hol) (Motorin-Etanol) 4 NİSAN 2007 30 E- DİZEL E-Dizel; ASTM D 4806‘a göre “Bünyesinde % 15’e kadar Biyoetanol bulunduran motorin” olarak tanımlanmaktadır. • E-Dizel, Dizelhol yada Oksidizel Kuzey Avrupa ülkeleri ve ABD de kullanılan bir yakıttır. • • • • E-Dizel’in avantajları: Yakıt emisyonlarını azaltarak teknolojik maliyeti düşürür, Motorinin yakıt kalitesini artırır, Motorinin soğuk akış özelliklerini çevreye zarar vermeden iyileştirir. E-Dizel uygulamasının emisyon alanındaki ilk olumlu sonuçları Partikül Madde de görülmekte ve bu değer motorine göre %33-40 oranında azalmaktadır. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 31 (İsveç’te Biyogaz Tanıtımı) PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 32 BİYOGAZ ve DOĞAL GAZ BİLEŞİM (%) CH4 (Metan) 40-80 CH4 (Metan) 90 CO2 (Karbondioksit) 20-50 0,05 H2S (Hidrojen sülfür) 0.0005-0.0002 C2H6 (Etan) NH3 (Amonyak) 0.0005-0.0001 N2 (Azot) 0-3 H2 (Hidrojen) 0-5 PROF.DR.H.ÖĞÜT Propan, Bütan, Pentan, Hegzan ve diğerleri 4 NİSAN 2007 <0,01 33 BİYOGAZIN SAFLAŞTIRILMASI VE KALİTESİNİN YÜKSELTİLMESİ • Biyogaz – Partiküllerden – H2S (H2S değerinin 10 ppm düzeyinde olması önerilmektedir.Aksi takdirde motor garantisi söz konusu olmamaktadır) – Su • gibi maddelerden arındırılarak saflaştırılır. Biyogazdaki; – CO2 ayrılır ve Metan miktarı hacimce % 97 ye ulaşır. – Gazın kalorisi yükseltilir, – Koku eklenir, – Yakıt kalitesi düzenlenir, – Sıkıştırılarak basınç 200 bara uzaklaştırılarak kalitesi artırılır. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 34 BİYOGAZIN MOTOR YAKITI OLARAK ÖZELLİKLERİ • Biyogaz; biyoetanol ve biyodizelden farklı olarak Benzinli motorlarda saf Dizel motorlarda; motorin ile % 18-20 oranında karıştırılarak kullanılabilmektedir. • Metan yavaş yanan bir gazdır.Bu nedenle gücü en üst değere çıkarabilmek için avansın artırılması gerekmektedir.Eğer avans yeterince yükseltilmezse; yakıt yanamaz ve egzoz supaplarında sıcaklık yükselmesi olur. Buda ömür kısalmasına yol açar. • Avans çok fazla olursa da; maksimum basınç Ü.O.N dan önce ortaya çıkar ki bununda anlamı vuruntudur. • Biyogaz içerisinde bulunan yüksek miktardaki (%0,4) H2S yağlama yağının erken bozulmasına ve sonuçta motor yağının değişim aralığının kısalmasına ve asit korozyonuna da yol açabilmektedir. • Metan için 9,6:1 olan hava yakıt oranı (Isıl değer 36 MJ/m3 ), Biyogaz için 5,7:1 değerine düşmektedir. • Standartlara göre Biyogazın Motor Oktan sayısının 130 dan büyük olması istenmektedir. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 35 1 m3 BİYOGAZIN YAKIT EŞDEĞERLERİ (23 000 MJ / m3) PROF.DR.H.ÖĞÜT 0,62 litre Motorin, 0,70 litre Benzin, 0,57 litre Doğal gaz 0,87 litre Sıvı bütan, 4 NİSAN 2007 36 BENZİNLİ MOTORLAR VE BİYOGAZ • Benzinli motorlarda Biyogazın kullanılabilmesi için bazı değişiklikler yapılması gerekmektedir.Bunlar; – Karbüratör: Biyogazın enerji değerinin benzine göre düşük olmasından dolayı, karbüratörün yakıt ve hava giriş kapasiteleri artırılır. – Buji tipi ve tırnak aralığı:Motor imalatçıları Biyogaz için Sıcak Buji ve Buji tırnak aralığı olarak da 0,4 - 0,7 mm önermektedirler. – Optimum Sıkıştırma Oranı: 11:1… 16:1 arasındır. – Ateşleme Zamanı:Biyogaz diğer gazlara göre daha yavaş yanmasından dolayı, ateşleme zamanın geciktirilmesi gerekir ve motorun gücüne bağlı olarak ateşleme Ü.O.N dan 30…45° önce yapılmalıdır. – İlave bakımlar: Saflaştırılmamış Biyogazda aşınma ve yağ-yağ filtresi değişimin aralığının kısalacağı gözönünde tutulmalıdır. SAFLAŞTIRILMIŞ BİYODİZELDE RİSKLER AZALMAKTADIR. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 37 GAZ YAKIT KARBÜRATÖRÜ YANMA ODASI PROF.DR.H.ÖĞÜT KELEBEK BİYOGAZ 4 NİSAN 2007 HAVA 38 DİZEL MOTOR VE BİYOGAZ Biyogazın dizel motorlarda kullanılabilmesi için yapılması gereken değişiklikler Benzinli motorlara göre fazladır. Setan sayısının düşük olması dolayısıyla: −Ateşleme donanımı ve −Karbüratör ilavesi , −Püskürtme pompasının ve −Ateşleme avansının ayarlanması gerekir. PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 39 BİYOYAKITLARIN KARŞILAŞTIRILMASI NOx BİYOGAZ PM KÜRESEL ISINMA MOTOR UYUMU FİYAT BULUNABİRLİLİK TEKNOLOJİK BAĞIMLILIK TOPLAM SKOR 3 3 3 -3 -1 -3 2 4 B20 -1 2 3 0 -2 2 1 5 E10 0 0 3 0 -1 3 1 6 POZİTİF: 1…3, NÖTR: 0, NEGATİF: -1…-3 PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 40 BİYOYAKITTA CEVAP BEKLEYEN SORULAR A.YASAL ÇERÇEVE • KARARLILIĞI Olan Destekleyici Mevzuat a. Teşvik (Tesis) b. Vergi Muafiyeti B.UYGULAMA • • • • • Destekleyici- Denetleyici Kurumlar (Enstitü, EPDK, v.b.) Hammadde Tedariki (Üretici Birliği, Sözleşmeli Tarım, Kooperatifler) Ülkesel Kalite Yönetimi (TSE, E20, B20) Örgütlenme (Biyoyakıt Üreticileri Birliği) Kullanım Stratejisi a.Kullanım Alanları (Tarım, Toplu taşıma v.b.) b.Harmanlama Oranı PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 41 PROF.DR.HÜSEYİN ÖĞÜT SELÇUK ÜNİVERSİTESİ biyodizel@selcuk.edu.tr KAYNAKLAR • • • • • • • • • • • • • • • • Alan C.Hansen, Robert H.H., Qin Z, P., and W.L.Lyne 2001, On Farm Evulation of Diesel Fuel Oxygenated With Ethanol, Irshad A., 2001,Engineerid Fuels for a Cleaner Environment:E-Diesel and P-Series Alternative Fuels, 7 th Clean Cities Conferences and Expo, Pennsylvania Vince C., and - Husky O., 2002, The Realities and Obstacles of Expanding the Ethanol Industry in Western Canada Anonim, 2002, Otomotiv Yakıtları-Dizel-Özellikleri ve Deney Metotları, TS 3082 EN 590, Ankara, Waterland L.R. Venkatesh S.and Unnasch S.,2003, Safety and Performance Assesment of Ethanol/Diesel Blends(E-Diesel), NREL,California,USA Anonim,2004,Türkiye Şeker Fabrikaları Genel Müdürlüğü, Etil Alkolün Yakıt Olarak Kullanılması, Ankara William M, D.,2004, John Deere E-Diesel Research Program,USA Lee, J., 2005,Renewable Energy in Europa and its Impact on Oil and Gas, Russia-EU Energy Forum,London Gerhard K., Jürgen K.,Gerpen V.,2005, The Biodiesel Handbook, ISBN:1-893997-79-0, USA Öğüt H., ve Oğuz H., 2006, Üçüncü Milenyumun Yakıtı; Biyodizel, Nobel Yayınları, Ankara Yücesu ,H.S., Topgül, T., Çinar, C and Okur, M., 2006 Effect of Ethanol–Gasoline Blends on Engine Performance and Exhaust Emissions in Different Compression Ratios, Applied Thermal Engineering, Volume 26,Issues 17-18,Pages 2272-2278 http://www.esru.strah.ac.uk./EandE/Web_sites/02-03/biofuels/per_mods.htm http://www.lubrizol.com http://uidaho.edu/bioenegy www.ias.unu.edu/proceedings/icibs/ibs/info/ecuador/fa-seminar-2001.ppt www.iea.org/textbase/nppdf/free/2004/biofuels2004.pdf PROF.DR.H.ÖĞÜT 4 NİSAN 2007 43