Giriþ: Artan nüfus ile birlikte gelecekte petrol ve doðalgaz kaynaklarýnýn giderek azalmasý dünyada büyük bir endiþe oluþturmaktadýr. Bu nedenle hükümetler ithal enerji kaynaklarýna olan baðýmlýlýklarýný azaltmaya yönelik çeþitli çalýþmalar yapmaktadýr. Bunun sonucu olarak yenilenebilir enerji kaynaklarý arasýnda biyokütle ve biyokütleden elde edilen biyoürünlere (biyoetanol, biyodizel, biyogaz, biyohidrojen, biyoyaðlayýcý, biyoçözücü vb) olan talep artmakta ve yýllar içinde petrol türevli ürünlerin yerine geçebilme özelliðine sahip olmaktadýrlar. Günümüzde yaðlayýcýlarýn dünya genelinde kullaným miktarý yýllýk 37 milyon tondur. Yaðlama yaðlarýnýn çok sayýda uygulama alaný (motor yaðlarý, transmisyon yaðlarý, vites yaðlarý, kesme yaðlarý, yalýtkan yaðlar, proses yaðlarý, gresler ve hidrolik akýþkanlarý) olmakla birlikte çevreye duyarlý alanlarda (suyla ilgili sektörler, belediye aktiviteleri, daðcýlýk sektörü, ormancýlýk ve zirai sektör) kullanýmý sýrasýnda, kazalar ve sýzmalar ile %50 oranýnda yað kayýplarý olmaktadýr. Bunun sonucunda toksik özellikleri nedeniyle çevresel sorunlara neden olmaktadýrlar. Çevre ile uyumlu, su, toprak ve havanýn doðal yapýsýna zarar vermeyen yaðlayýcýlar çevre dostu biyoyaðlayýcýlar olarak adlandýrýlýr. Biyolojik esaslý yaðlayýcýlar, özellikle otomotiv endüstrisi olmak üzere çeþitli uygulamalarda geleneksel petrol esaslý yaðlayýcýlara alternatif olarak önem kazanmýþtýr. Biyoyaðlayýcýlar genel olarak bitkisel yaðlardan üretilmeleri nedeniyle düþük soðuk akýþ özellikleri olup, düþük ýsýl, oksidasyon ve hidrolik kararlýlýða sahiptirler. Bu olumsuzluklar bitkisel yaðlarýn kimyasal olarak deðiþtirilmesi ya da yaðlara katký maddeleri eklenmesiyle giderilebilir. Bitkisel yaðlar yerine atýk yaðlar kullanýlarak esterleþme/transesterleþme ile yaðlayýcý özelliklerin iyileþtirilmesi gelecekte katma deðeri yüksek ürünlerin elde edilmesi için sürdürülebilir bir proses olarak umut vericidir. Amaç: Bu çalýþmanýn amacý, yenilenebilir bir kaynak olarak kahve atýklarýnýn kullanýlmasýyla geleneksel petrol esaslý yaðlayýcýlara alternatif çevre dostu bir biyoyaðlayýcýnýn üretilmesidir. Kapsam: Çalýþmanýn kapsamý, kahve atýklarýndan elde edilen atýk yaðlarýn enzimatik olarak hidroliz edilmesiyle önce yað asitlerinin elde edilmesi, ardýndan yað asitlerinin bir polyol alkol ile enzimatik esterleþme tepkimesi sonunda biyoyaðlayýcý üretimine enzim miktarýnýn ve tepkime sýcaklýðýnýn etkileri incelenerek yüksek dönüþümle yað asitlerinin polyol esterlerinin (biyoyaðlayýcý) üretilmesidir. Sýnýrlýlýklar: Elde edilen biyoyaðlayýcýnýn fiziksel özelliklerinin belirlenebilmesi için fazla miktarda üretim yapýlmasý gerekli olup, kullanýlan enzimlerde dýþa baðýmlýlýk ve maliyetin yüksek olmasý nedeniyle üretim miktarlarý küçük ölçek ile sýnýrlandýrýlmýþtýr. Bu nedenle elde edilen biyoyaðlayýcýnýn fiziksel özellikleri henüz belirlenememiþtir. Yöntem: Hammadde olarak kullanýlacak olan kahve yaðý, kahve atýklarýndan Soxhlet ekstraksiyonu ile hekzanýn çözücü olarak kullanýlmasýyla ekstrakte edilmiþtir. Serbest yað asitleri (FFA) ise elde edilen atýk yaðýn Lipozyme TL IM kullanýlarak enzimatik hidrolizi ile üretilmiþ, ikinci ürün olan gliserol ayýrma hunisi kullanýlarak ortamdan ayýrýlmýþtýr. Elde edilen FFA biyoyaðlayýcý üretiminde reaksiyon girdisi olarak kullanýlmýþtýr. Novozyme 435 (Candida antarctica) lipazý katalizörlüðünde FFA ile bir polyol alkol (trimetilpropanol) arasýnda esterleþme tepkimesi sonunda yað asitlerinin polyol esterleri sentezlenmiþtir. Biyokimyasal reaksiyonlarda maliyet açýþýndan kullanýlan katalizör miktarý ve reaksiyon sýcaklýðý önemli parametreler olup, katalizör miktarýnýn düþük ve sýcaklýðýn optimum olmasýnýn yanýnda yüksek dönüþüm elde edilmesi önemlidir. Çalýþmada sýcaklýk (35-55oC) ve enzim miktarýnýn (%0-20 w/w) biyoyaðlayýcý üretimine etkileri incelenmiþtir. Deneyler manyetik karýþtýrýcý kullanýlarak 50 mL hacimli aðzý açýk erlenlerde eþ zamanlý olarak yapýlmýþtýr. Tepkime sonunda fazlarýn ayýrýmý santrifüj ile gerçekleþtirilmiþtir. Ortamdaki FFA miktarý ve FFA dönüþümü ASTM D 555-95 standardýna göre, NaOH çözeltisi ile titrasyon yapýlarak belirlenmiþ, FFA bileþimi ise GC ile tayin edilmiþtir. Bulgular: Ekstraksiyon sonucu atýk kahvedeki lipid içeriði %15, lipid FFA bileþimi ise margarik asit (C17:0 %31) ve linolenik asitçe (C18:3 %43) zengin olarak belirlenmiþtir. Deneysel çalýþmalar sonucunda %88 olan en yüksek FFA dönüþümü 55 oC sýcaklýk ve %5 enzim (w/w) kullanýldýðý durumda elde edilmiþtir. Sonuç: Bu çalýþma ile, hem fazla miktarda oluþan kahve atýklarýnýn deðerlendirilmesi ile olumsuz çevresel etkileri azaltýlmýþ, hem de çevre dostu bir proses ile üretim maliyeti düþürülerek günümüzde birçok sektörde kullanýlan petrol kökenli yaðlara alternatif olarak katma deðeri yüksek bir ürün olan biyoyaðlama yaðý elde edilmiþtir. Bu yönü ile araþtýrma, ileride yapýlmasý planlanan çalýþmalar için umut verici olmuþtur.
Anahtar Kelimeler: Kahve atýðý, Yaðasidi, Biyoyaðlayýcý, Lipase, Trimetilpropanol
|
