Giriş: Artan nüfus ile birlikte gelecekte petrol ve doğalgaz kaynaklarının giderek azalması dünyada büyük bir endişe oluşturmaktadır. Bu nedenle hükümetler ithal enerji kaynaklarına olan bağımlılıklarını azaltmaya yönelik çeşitli çalışmalar yapmaktadır. Bunun sonucu olarak yenilenebilir enerji kaynakları arasında biyokütle ve biyokütleden elde edilen biyoürünlere (biyoetanol, biyodizel, biyogaz, biyohidrojen, biyoyağlayıcı, biyoçözücü vb) olan talep artmakta ve yıllar içinde petrol türevli ürünlerin yerine geçebilme özelliğine sahip olmaktadırlar. Günümüzde yağlayıcıların dünya genelinde kullanım miktarı yıllık 37 milyon tondur. Yağlama yağlarının çok sayıda uygulama alanı (motor yağları, transmisyon yağları, vites yağları, kesme yağları, yalıtkan yağlar, proses yağları, gresler ve hidrolik akışkanları) olmakla birlikte çevreye duyarlı alanlarda (suyla ilgili sektörler, belediye aktiviteleri, dağcılık sektörü, ormancılık ve zirai sektör) kullanımı sırasında, kazalar ve sızmalar ile %50 oranında yağ kayıpları olmaktadır. Bunun sonucunda toksik özellikleri nedeniyle çevresel sorunlara neden olmaktadırlar. Çevre ile uyumlu, su, toprak ve havanın doğal yapısına zarar vermeyen yağlayıcılar çevre dostu biyoyağlayıcılar olarak adlandırılır. Biyolojik esaslı yağlayıcılar, özellikle otomotiv endüstrisi olmak üzere çeşitli uygulamalarda geleneksel petrol esaslı yağlayıcılara alternatif olarak önem kazanmıştır. Biyoyağlayıcılar genel olarak bitkisel yağlardan üretilmeleri nedeniyle düşük soğuk akış özellikleri olup, düşük ısıl, oksidasyon ve hidrolik kararlılığa sahiptirler. Bu olumsuzluklar bitkisel yağların kimyasal olarak değiştirilmesi ya da yağlara katkı maddeleri eklenmesiyle giderilebilir. Bitkisel yağlar yerine atık yağlar kullanılarak esterleşme/transesterleşme ile yağlayıcı özelliklerin iyileştirilmesi gelecekte katma değeri yüksek ürünlerin elde edilmesi için sürdürülebilir bir proses olarak umut vericidir. Amaç: Bu çalışmanın amacı, yenilenebilir bir kaynak olarak kahve atıklarının kullanılmasıyla geleneksel petrol esaslı yağlayıcılara alternatif çevre dostu bir biyoyağlayıcının üretilmesidir. Kapsam: Çalışmanın kapsamı, kahve atıklarından elde edilen atık yağların enzimatik olarak hidroliz edilmesiyle önce yağ asitlerinin elde edilmesi, ardından yağ asitlerinin bir polyol alkol ile enzimatik esterleşme tepkimesi sonunda biyoyağlayıcı üretimine enzim miktarının ve tepkime sıcaklığının etkileri incelenerek yüksek dönüşümle yağ asitlerinin polyol esterlerinin (biyoyağlayıcı) üretilmesidir. Sınırlılıklar: Elde edilen biyoyağlayıcının fiziksel özelliklerinin belirlenebilmesi için fazla miktarda üretim yapılması gerekli olup, kullanılan enzimlerde dışa bağımlılık ve maliyetin yüksek olması nedeniyle üretim miktarları küçük ölçek ile sınırlandırılmıştır. Bu nedenle elde edilen biyoyağlayıcının fiziksel özellikleri henüz belirlenememiştir. Yöntem: Hammadde olarak kullanılacak olan kahve yağı, kahve atıklarından Soxhlet ekstraksiyonu ile hekzanın çözücü olarak kullanılmasıyla ekstrakte edilmiştir. Serbest yağ asitleri (FFA) ise elde edilen atık yağın Lipozyme TL IM kullanılarak enzimatik hidrolizi ile üretilmiş, ikinci ürün olan gliserol ayırma hunisi kullanılarak ortamdan ayırılmıştır. Elde edilen FFA biyoyağlayıcı üretiminde reaksiyon girdisi olarak kullanılmıştır. Novozyme 435 (Candida antarctica) lipazı katalizörlüğünde FFA ile bir polyol alkol (trimetilpropanol) arasında esterleşme tepkimesi sonunda yağ asitlerinin polyol esterleri sentezlenmiştir. Biyokimyasal reaksiyonlarda maliyet açışından kullanılan katalizör miktarı ve reaksiyon sıcaklığı önemli parametreler olup, katalizör miktarının düşük ve sıcaklığın optimum olmasının yanında yüksek dönüşüm elde edilmesi önemlidir. Çalışmada sıcaklık (35-55oC) ve enzim miktarının (%0-20 w/w) biyoyağlayıcı üretimine etkileri incelenmiştir. Deneyler manyetik karıştırıcı kullanılarak 50 mL hacimli ağzı açık erlenlerde eş zamanlı olarak yapılmıştır. Tepkime sonunda fazların ayırımı santrifüj ile gerçekleştirilmiştir. Ortamdaki FFA miktarı ve FFA dönüşümü ASTM D 555-95 standardına göre, NaOH çözeltisi ile titrasyon yapılarak belirlenmiş, FFA bileşimi ise GC ile tayin edilmiştir. Bulgular: Ekstraksiyon sonucu atık kahvedeki lipid içeriği %15, lipid FFA bileşimi ise margarik asit (C17:0 %31) ve linolenik asitçe (C18:3 %43) zengin olarak belirlenmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda %88 olan en yüksek FFA dönüşümü 55 oC sıcaklık ve %5 enzim (w/w) kullanıldığı durumda elde edilmiştir. Sonuç: Bu çalışma ile, hem fazla miktarda oluşan kahve atıklarının değerlendirilmesi ile olumsuz çevresel etkileri azaltılmış, hem de çevre dostu bir proses ile üretim maliyeti düşürülerek günümüzde birçok sektörde kullanılan petrol kökenli yağlara alternatif olarak katma değeri yüksek bir ürün olan biyoyağlama yağı elde edilmiştir. Bu yönü ile araştırma, ileride yapılması planlanan çalışmalar için umut verici olmuştur.
Anahtar Kelimeler: Kahve atığı, Yağasidi, Biyoyağlayıcı, Lipase, Trimetilpropanol
|
