TARIM TRAKTÖRLERİNDE BİTKİSEL KÖKENLİ YAĞ VE YAKIT KULLANIMI

Öğr. Gör Hidayet OĞUZ¹ Prof. Dr. Hüseyin ÖĞÜT²

¹S.Ü.Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu Konya, ²S.Ü.Z.F.Tarım Makineleri Bölümü Konya

ÖZET

Çevre koruma bilincini artması, çevreye uyumlu ürünlerin geniş bir varyetesinin gelişmesini sağlamıştır. Bu üretim çevreye uyumlu alternatif yakıt ve yağlayıcıları da kapsamaktadır. Bitkisel yağların alternatif yakıt ve yağlayıcı madde olarak ortaya çıkmasındaki esas, ürünlerin çevre dostu olması, çiftçi tarafından üretilmesi ve doğaya serbest bırakıldığı zaman kendiliğinden biyolojik olarak kolay ayrışabilme yeteneğinin olmasıdır.

Bu çalışmada bitkisel esaslı yağların tarım traktörlerinde yakıt, motor yağı, ve hidrolik yağı olarak kullanım imkanları ve bunların avantaj ve dezavantajları ortaya konulmuştur.

Anahtar Kelimeler: Bitkisel yağ, çevre, biyolojik ayrışabilir, yakıt, yağ, hidrolik

THE INVESTIGATION OF THE POSSIBILITIES OF USING VEGETABLE OILS BASEDON FARM TRACTOR

ABSTRACT

Increased consciousness of preserving the environment has motivated the development of a wide variety of environmentally compatible products. These products include environmentally compatible lubricant and alternative fuels. To base such a lubricant and alternative fuels on a vegetable oil creates a product environmentally friendly by its farming origin and theirs farming origin and theirs to rapidly biodegrade when released.

In this study describes vegetable oil based use possibilities as alternative fuels, engine lubricant and hydraulic fluids on the Farm Tractors.

Key Words: Vegetable oils, environmentally, biodegrade, fuel, lubricant, hydraulic.

1. GİRİŞ

Çevre koruma bilincinin artması, çevreye zarar vermeyen, çevreye uyumlu ürünlerin geniş bir varyetesinin üretilmesi için insanları harekete geçirmiştir. Bu üretim çevreye uyumlu yakıt ve yağlayıcıları da kapsamaktadır. Bu tür ürünlerin üretimi, satışı ve kullanımı daha çok yağlayıcı yağ imalatçıları, makine imalatçıları ve temiz bir çevre için katkıda bulunan tüketiciler tarafından desteklemektedir. Bitkisel yağların yağlayıcı madde olarak ortaya çıkmasındaki esas elde edilen ürünlerin çevre dostu olması, çiftçi tarafından üretilmesi ve kullanımı bittikten sonra doğaya serbest bırakıldığı zaman kendiliğinden biyolojik olarak ayrışabilme yeteneğinin olmasıdır. Bu yüzden özellikle tarımsal üretimde kullanılan makine ve ekipmanlarda bitkisel esaslı yağların kullanılması oldukça uygundur. Bu tür yağlayıcılar toprak, toprak suyu ve ürünlere temasında kolayca ayrışabilen yağlayıcı madde olmasından dolayı özellikle önemlidir. Kullanılan makine ve ekipmanlar ile tarımı yapılan bitkilerden elde edilmesi yoluyla yine bu makine ve ekipmanların yağlanması sayesinde sürekli bir çevrim meydana getirilmektedir.

2. BİTKİSEL YAĞLAR

Bitkisel yağlar, bazı tarım ürünlerinin meyve, çekirdek ve tohumlarının işlenmesi neticesinde elde edilmektedir. Bunlar petrol esaslı yağlardan farklı kimyasal yapıya sahiptirler. Diesel yakıtı büyük oranlarda parafinler ve aromatiklerden oluşmasına karşılık, bitkisel yağlar yağ asitlerinin gliserinle yapmış olduğu esterlerdir. Bu esterlere gliserid adı verilir. Gliserin molekülünü oluşturan 3 alkol grubu yağ asitlerinin esterleşmesi ile trigliserid adını alır. Trigliseriddeki doymamış yağ asitlerinin cinsi ve miktarı, bitkisel yağın özelliklerini oluşturmaktadır (Erdoğan ve Mohammed 1997).

2.1. Biyolojik Olarak Ayrışabilir Yağların Tercih Edilmesinin Sebebi

Toksik artıklar, ozon tabakasının incelmesi, yeryüzü sularının kirlenmesi, hava kirliliği ve toprak kirliliği gibi terimler çevre ile ilgili günümüz dünyasında gündemi oluşturan kelimelerdir. Artan çevre bilinci endüstri ve çevre bilimcilerinin halkı bilinçlendirmesi için faaliyetlerde bulunmasına sevk etmiştir. Dünyada bir çok hükümet bunu dikkate almış ve bununla ilgili olarak çevre dostu ürünlerin kullanımı için yasa çıkarmıştır. Örneğin Almanya da bölgesel düzenlemeler ile Orman bölgelerinde biyolojik ayrışabilir yağ kullanılmadıkça ekipman kullanımını yasaklanmıştır (Glamser 2000)

2.2. Bitkisel Yağların Yiyecek Haricinde Kullanılabileceği Yerler

Bitkisel esaslı biyolojik ayrışabilir yağlar aşağıdaki yerlerde kullanılabilme imkanına sahiptirler.

Motor yakıtı olarak

Motorlarda yağlayıcı yağ olarak

Hidrolik sıvısı olarak

Pompa ve kompresör yağları olarak

Zincirli testere yağlayıcısı olarak

Gres yağı olarak

Demiryolu yağlayıcısı olarak

Soğutma sıvısı olarak

İnşaat sektöründe kalıpların sıvanmasında

1990 - 1995 yılları arasında bu tür yağlara talep yavaş yavaş arttığı halde bu talep 1995 - 2000 yılları arasında hızla artmıştır. 2000 yılından sonrada hızla artacağı tahmin edilmektedir. (Richard 1994)

3. BİTKİSEL YAĞLARIN YAKIT OLARAK KULLANILMASI

Ülkemizin zengin biyokütle kaynaklarına sahip bir tarım ülkesi olduğu göz önüne alınırsa, yenilenebilir enerji kaynaklarının alternatif motor yakıtı üretiminde değerlendirilmesi büyük önem taşımaktadır. Bitkisel yağların motor yakıtı olarak kullanılmasının yaygınlaşması durumunda yağ bitkilerinin üretiminin artırılması imkanı her an mevcuttur. Burada yetiştirilecek bitki çeşitlerinin yağ bitkileri olması ilerde oluşacak ihtiyacı fazlasıyla karşılayacak düzeydedir. Günümüzde bitkisel yağlar diesel yakıtı olan motorinden daha pahalı olmasına rağmen, kullanımın yaygınlaşması halinde fiyatı daha da düşecektir. Ayrıca herkesin özen göstermesi gereken çevrenin korunması konusunda bitkisel yağlar, organik kökenli olması nedeniyle çevreyi kirletmeden toprağa kazandırılabilir. Yapılan çalışmalarda bitkisel yağların emisyon değerleri, motorine nazaran daha olumlu çıkmaktadır.

3.1 Bitkisel Yağların Fiziksel-Kimyasal ve Yakıt Özellikleri

Bitkisel yağların motor yakıtı olarak kullanılabilecek başlıcaları; ayçiçeği, aspir, soya, hurma, kolza, yer fıstığı, susam, keten tohumu, pamuk tohumu yağlarıdır. Çizelge 3.1' de yakıt olarak kullanılan bazı bitkisel yağların özellikleri verilmiştir.

Çizelge 3.1, Diesel Motor Testlerinde Kullanılan Bazı Bitkisel Yağların Özellikleri (Oğuz 1998)

YAĞ	YOĞUNLUK (kg/m³ ) (21 ⁰C de)	VİSKOZİTE (cps) (21 ⁰C de)	SETAN SAYISI	ISIL DEĞERİ (MJ/kg)
Diesel Yakıtı	845	03.8	45	45.2
Soya Yağı	918	57.2	-	37.1
Ayçiçeği	918	60.0	40	39.4
Zeytin Yağı	915	74.0	-	39.4
Hindistan Cevizi	915	51.9	-	37.5
Yer Fıstığı	914	67.1	-	39.4
Hurma	898	88.6	-	39.5
Hurma Çekirdeği	904	66.3	-	39.6

Çizelge 3.2, Diesel Yakıtı ve Bazı Bitkisel Yağların Temel Bileşenleri ve Isıl Değerleri (Apfelbeck1986)

	Birim	Diesel Yakıtı	Kolza Yağı	Soya Yağı	Ayçiçek Yağı
Karbon, C	%	86	77.7	77.8	77.6
Hidrojen, H	%	13	12.0	11.8	11.7
Oksijen, O	%	0.4	10.9	10.7	11.1
Kükürt, S	%	0.3	-	-	-
Isıl Değeri	MJ/kg MJ/dm³	41.6 - 45.2 35.8	35.8 32.9	36.1 33.2	36.2 33.3

Çizelge 3.2' de bazı bitkisel yağların, karbon, hidrojen, oksijen ve ısıl değerleri verilerek diesel yakıtı ile karşılaştırılmıştır. Çizelgeye göre bitkisel yağların karbon ve hidrojen değerleri diesel yakıtına yakın; oksijen değeri ise daha yüksektir. Isıl değerleri ise diesel yakıtının ısıl değerinden yaklaşık % 10-15 kadar daha azdır. Çizelge 3.3' de bazı bitkisel yağların yağ asidi bileşimleri verilmiştir. Çizelgede görüldüğü gibi ayçiçek yağı, oleik asit ve linoleik asitçe zengin bir yağdır. Araştırma ve uygulamalar; kimyasal yapı olarak uzun, dallanmış ve tek çift bağlı yağ asitlerini içeren yağların uygun diesel alternatifi olduğunu ve artan doymamışlık derecesinin setan sayısını olumsuz yönde etkilediğini ortaya koymuştur. Bu durum, oleik asitçe zengin yağları ön plana çıkarmaktadır (Karaosmanoğlu ve Aksoy 1994).

Çizelge 3.3, Bitkisel Yağların Yağ Asidi Bileşimleri (Oğuz 1998)

Yağ Asitleri	Bitkisel Yağlar
	Karbon Yapısı	Ayçiçek Yağı	Soya Yağı	Yerfıstığı Yağı	Pamuk Tohumu Yağı	Mısır Yağı
Miristik Asit	14	-	-	-	1	-
Palmitik Asit	16	6	11	10	24	11
Stearik Asit	18	5	4	3	2	2
Oleik Asit	18:1	19	24	49	19	26
Linoleik Asit	18:2	69	53	34	54	60
Linolenik Asit	18:3	1	8	-	1	1
Araşidik Asit	20	-	-	1	-	-
Behenik Asit	22	-	-	3	-	-

Bitkisel yağların bir çoğunun setan sayısı ASTM alt sınırının üstündedir. Bu açıdan, diesel motorlarda bitkisel yağın kullanımında vuruntulu çalışmayı etkileyen setan sayısı problem teşkil etmemektedir. (Peterson 1995, Özaktaş 1998)

Ayrıca bitkisel yağlar diesel motorlarda hiçbir değişiklik gerektirmeden kullanılabilirler. Motor test çalışma sonuçları arasında bazı ayrılıklar bulunmakla beraber ester yakıtların motorin eşdeğer veya farklı motor karakteristikleri ve egzoz emisyonu gösterebilecekleri belirtilse de genel sonuç bitkisel yağların çevre dostu, mevcut en iyi motorin alternatifi olduğu şeklindedir. Diesel yakıtına göre düşük karbon içerikli ester yakıtlar, kül oluşumunu azaltarak, %0.005 den düşük kükürt içeriği ile SO₂'den ileri gelen kirliliğini hemen hemen ortadan kaldırmakta, fotosentez çevrimi gereği sera etkisini artırmamakta, özellikle partikül emisyonlarında olmak üzere CO, HC, NO_x emisyonlarında da olumlu düşüşlere neden olmaktadır. Ayrıca bitkisel yağlar zehirli olmayan, biyolojik olarak kolay ve çabuk ayrışabilen maddelerdir. (Purcell 1996)

3.2 Bitkisel Yağların Yakıt Özelliklerini İyileştirme Yöntemleri

Bitkisel yağların enerji içerikleri, petrol kökenli diesel yakıtları ile hemen hemen aynı düzeydedir. Ancak diesel yakıtına göre 10-20 kat daha fazla sahip oldukları yüksek viskozite sebebiyle; enjektörlerde tıkanma, yağlama yağı problemleri ve motor ömrünün kısalması ana sorunları ile belirtilebilecek pek çok olumsuzluklara neden olmaktadır. Bitkisel yağların direkt püskürtmeli diesel motorlarında uzun süreli kullanımları imkansız olup, sadece rafine yağların ön yanma odalı diesel motorlarında bazı sınırlamalar ile değerlendirilmesi mümkündür (Karaosmanoğlu ve Aksoy 1994). Bütün bu olumsuz faktörler, motor bakım masraflarını artırıcı ve motorun ömrünü kısaltıcı yönde etki etmektedir. Bitkisel yağların diesel yakıt alternatifi olarak değerlendirilebilmesi için, öncelikle yüksek viskozite probleminin çözülmesi gerekmektedir. Buna göre yüksek viskozite problemi, saf bitkisel yağlara çeşitli yöntemler uygulanarak çözülmeye çalışılmaktadır. Bu yöntemlerin başlıcaları seyreltme, mikroemilsiyon oluşturma, piroliz ve transesterifikasyon yöntemleridir.

Seyreltmeyönteminde, bitkisel yağlar belli oranlarda diesel yakıtı ile karıştırılarak seyreltilmekte, böylece viskozite değeri belli oranlarda düşürülmektedir. Seyreltme yöntemi uygulamalarında en çok tercih edilen bitkisel yağlara örnek olarak, ayçiçek yağı, soya yağı, aspir yağı, kolza yağı, yer fıstığı yağı, kullanılmış kızartma atık yağları sayılabilir.

Mikroemilsiyon oluşturma yöntemi; metanol veya etanol gibi kısa zincirli alkollerle bitkisel yağın mikroemilsiyon haline getirilme işlemidir. Böylece viskozite değeri düşmektedir. Bu yöntemin sakıncası, alkollerin setan sayılarının düşük olması nedeniyle emilsiyonun setan sayısının düşük olması ve düşük sıcaklıklarda karışımın ayrışma eğilimi göstermesidir.

Pirolizyönteminde, moleküller yüksek sıcaklıkta daha küçük moleküllere parçalanmaktadır. Bu yöntem sayesinde viskozite oldukça düşürülmekte, fakat işlemler ilave masraf gerektirmektedir.

Transesterifikasyon yöntemi ise bitkisel yağlar, bir katalizör vasıtasıyla alkolle reaksiyona sokularak yeniden esterleştirilmesi işlemidir. Bu yöntem viskoziteyi azaltmada en etkili yöntemdir. Fakat esterleştirme kimyası zordur. Örnek olarak hint yağında yapılan bir transesterifikasyon işleminde ham hint yağının viskozitesi 100 ^oF'da 1100 Redwood- saniye iken, transesterifikasyon işleminden sonra aynı sıcaklıkta 74 Redwood saniyeye düşmüştür (Agra ve ark. 1996).

3.2.1 Transesterifikasyon (Esterleştirme) İşleminin Yapılması

Esterleştirme işlemi geniş bir kullanım alanı bulmuş bununla ilgili bir çok yöntemler geliştirilmiştir. Biyoyakıt üretmede esterleştirme işleminin bu kadar kabul görmesinin sebebi elde edilen yakıtın özelliklerinin diesel yakıtına çok benzer olmasıdır. Basit bir esterleştirme işlemi şu şekilde özetlenebilir.

Karışımı oluşturan maddeler

Karışım:
Artık bitkisel yağlar (WVO) - kullanılmış kızartma yağları, hayvansal yağlar,
Methanol (CH₃OH) -- 99%+ saflıkta
Sodyum hidroksit (NaOH -- yakıcı soda) - susuz olmak zorunda
Titrasyon:
Isopropil alkol -- 99%+ saflıkta
Saf su
Phenolphthalein solüsyon (bir yıldan eski olmamalı, kuvvetli ışıktan korunmalı)
Yıkanma:
Sirke, Su

İşlemler:

Karışımı herhangi bir yemek artığı veya parçacıktan arındırmak için filtre edilmelidir.
Karışım ısıtılarak su uzaklaştırılmalıdır
Ne kadar katalizör gerektiğini tespit etmek için titrasyon yapılmalıdır.
Sodyum metoksit hazırlanmalıdır
Sıcak karışım sodyum metoksit içine karıştırılmalıdır.
Gliserin oluşuncaya kadar beklenmelidir.
Yıkanmalı ve kurutulmalı
Kalitesi kontrol edilmelidir.

Aşağıdaki çizelge de esterleşme işleminden sonra elde edilen biodieselin özellikleri diesel yakıtı ile karşılaştırılarak verilmiştir.

Çizelge 3.4 Biodiesel ile diesel yakıtının mukayesesi (Anonymous 2001)

Özellikler	Biodiesel	Diesel
Setan Sayısı	51 - 62	44 - 49
yağlayıcılık	Oldukça iyi	Çok düşük
Biyolojik ayrışabilirlik	Kolayca Ayrışabilir	Zayıf
Toksik	Gerçekte toksik değil	Yüksek Toksik
Oksijen	% 11 den fazla serbest oksijen	Çok düşük
Aromatikler	Aromatik içermez	18-22%
Kükürt	Yok	0.05%
Parlama Noktası	300-400 Deg. F	125 Deg. F
Dökülme zararı	Yok	Yüksek
Malzeme uyuşabilirliği	Kauçuk hariç doğal malzemelerle az uyuşabilir	Kauçuk hariç doğal malzemelerde etkili değildir
Taşınması	Zarar vermeden ve patlamadan taşınabilir	Tehlikelidir
Isıl Değeri	Diesel'den % 2-3 daha yüksektir
Temin kaynağı	Yenilenebilir	yenilenemez
Temini	Çok geniş	Sınırlı
Enerji Teminatı	Ulusal ham materyal	Ulusal ve ithalat karışımı
Alternatif Yakıt	Evet	Hayır
Üretim İşlemleri	Kimyasal Reaksiyonlar	Reaksiyon + Parçalanma

3.3 Bitkisel Yağların Termik Motorlarda Kullanılması

Bitkisel yağların yakıt olarak kullanılmasında, diesel yakıtının yerine geçebilecek bitkisel yağın fiyatı ekonomik olup olmayacağı, bu yağların fiziksel-kimyasal ve yakıt özelliklerinin nasıl olacağı, şu an elimizde bulunan motorlara en uygun yağın hangisinin olacağı, diesel motorlarda bu yağların uzun süreli kullanımının verimli olup olmayacağı, bitkisel yağların ihtiyacımız olan petrolün ne kadarına kafi gelebileceği, bu yağların kullanılması ile ekonomiye nasıl katkı sağlanabileceği, bitkisel yağların kullanımında diesel motorların karakteristik eğrilerinin nasıl olacağı, bitkisel yağlarda birtakım işlemler yapılarak şimdiki motorlarda kullanılabilecek hale getirilebileceği mi yoksa bitkisel yağları verimli bir şekilde yakıt olarak kullanabilmesi için motorlarda mı değişiklik yapılması gerektiği gibi bir takım sorularla karşılaşılmaktadır.(Cığızoğlu 1997, Braun 1982, Baranescu 1982)

Bütün bu soruları cevaplamak gerekir fakat burada iki önemli husus vardır. Bunlardan birincisi hangi bitkisel yağın kullanılması gerektiği; ikincisi ise günümüz motorlarında bu yağın kullanılması durumunda motorun karakteristik eğrilerinin nasıl olacağıdır.

Bitkisel yağlar yüksek viskoziteleri