Corn (Maize) for Bioethanol as a Fuel Source/tr
Mısır (Zea Mays) veya darı, etanol üretimi için popüler bir ürün kaynağıdır. Etanol, Etil alkol, tahıl alkolü veya alkol olarak da adlandırılır.
Mısır, güneşten gelen ışınım enerjisini verimli bir şekilde kimyasal enerjiye dönüştüren yüksek kapasiteli bir bitkidir. Enerji, bitkide ve tanelerinde selüloz, yağ ve nişasta olarak bulunur.
Mısır, yüksek miktarda karbonhidrat, özellikle nişasta içermesi nedeniyle etanol üretiminde hammadde olarak kullanılır.
Nişasta, basit şekerlere parçalanmak üzere işlenir ve alkol üretmek için mayaya verilir.
Tarihsel Etanol Kullanımı
Mısırın otomotiv endüstrisinde etanol yakıt kaynağı olarak kullanılması 1908 yılında başladı. Ford Motor Company'nin ilk otomobili olan Model T, etanol mısır benzini kullanıyordu.
Etanol Tarihçesi Zaman Çizelgesi
- 1826 Samuel Morey etanol ve terebentinle çalışan bir motor geliştirdi.
- 1896 yılında Henry Ford, saf etanolle çalışan dört tekerlekli aracı icat etti.
- 1908 Ford Motor'un ilk şirket otomobili olan Model T, mısır alkolü kullanacak şekilde tasarlandı.
- 1920'de Standard Oil, oktan sayısını artırmak ve motor vuruntusunu azaltmak amacıyla benzine etanol eklemeye başladı.
- 1940 yılında Amerika Birleşik Devletleri ordusu tarafından Nebraska, Omaha'da ilk yakıt etanol tesisi kuruldu. Amaç, ordu için yakıt üretmek ve yakıtlarla karıştırılmak üzere etanol sağlamaktı.
- 1940-1970 ABD'de benzinin fiyatı çok düşüktü, bu da halka ticari yakıt olarak etanol satılamamasına neden oldu.
- 1980'lerde etanol ve petrolden yapılan Etil Tersiyer Butl Eter (ETBE) gibi oksijenatlar benzine eklendi.
- 1988'de Denver, Colorado'da kış boyunca ilk kez etanol oksijenli yakıtların kullanımı zorunlu hale getirildi. Bu, karbon monoksit emisyonlarının kontrol altına alınmasını sağladı.
- 1990 Temiz Hava Yasası değişiklikleri, 39 bölgede kışın oksijenli yakıtların kullanılmasını zorunlu hale getirmişti.
- 1995 Temiz Hava Yasası değişiklikleri, 9 bölgede oksijenin yıl boyunca tam olarak kullanılmasını zorunlu kıldı.
- 1990'lı yıllardan günümüze kadar Amerika Birleşik Devletleri'ndeki büyük otomobil üreticileri %85 etanol ile çalışan Esnek Yakıtlı Araçlar satmaya başladı.
- 2003 yılında Kaliforniya, yeniden formüle edilmiş benzin üretmek amacıyla etanole geçti.
- 2003'ten günümüze ABD eyaletlerinin çoğunluğu, Kaliforniya'yı takip etti ve Metil Tert-Butil Eter (MTBE) yerine etanol kullanmaya başladı.
- 2005 Enerji Politikası Yasası, ABD'de satılan benzinin asgari miktarda yenilenebilir yakıt içermesini zorunlu kıldı.
- Eylül 2006 Yenilenebilir Yakıt Standardı Programı (RFS) imzalandı. Bu program, ülke çapında motor yakıtında yenilenebilir yakıtların (etanol) harmanlanmasını teşvik etmek amacıyla tasarlanmıştı.
- Aralık 2007'de başkanımız ve kongremiz tarafından imzalanan Enerji Bağımsızlığı ve Güvenliği Yasası, 2015 yılına kadar 15 milyar galon yenilenebilir (etanol) yakıt gerektiriyordu.
- 2007-2008 yıllarında eyaletlerde %10 etanol içeren E10 benzinin kullanımını zorunlu kılan düzenlemelerde artış yaşandı.
Endüstriyel Etanol Üretimi
Amerika Birleşik Devletleri'nde yakıt kaynağı olarak etanolün ticari üretimi, mısırın içindeki nişastanın basit şekerlere (glikoz) parçalanmasıyla başlar. Bu şekerler, fermantasyonu başlatmak için mayaya verilir ve üretilen ana ürün etanoldür. Bu işlemin bir yan ürünü hayvan yemidir. Endüstriyel ölçekte yakıt etanolü üretmenin iki farklı yöntemi vardır. Amerika Birleşik Devletleri'nde bunlar ıslak öğütme ve kuru öğütmedir.
Kuru öğütme, etanol üretiminin %70'inden fazlasını oluşturur; çünkü bu tür tesisler daha küçük ölçeklerde ve daha düşük yatırım maliyetleriyle inşa edilir. Bu sürecin genel hatları, tüm tahılın işlenmesi ve ardından işlem sonunda kalan bileşenlerin ayrılmasıdır.
Etanolün kuru öğütme yöntemiyle üretiminde beş temel adım vardır.
- Frezeleme
- Sıvılaşma
- Şekerleştirme
- Fermantasyon
- Damıtma ve Geri Kazanım
Frezeleme
İlk adım, mısırın 3,2 ila 4,0 mm arasında elekleri olan bir çekiçli değirmende işlenmesinden oluşur. İlk mısır değirmende işlendikten sonra, artık mısır unu haline gelir. Bu tam mısır ununa su karıştırılır, ardından (α-amilaz) olarak bilinen ısıya dayanıklı bir enzim eklenir. Dosya: Corn mill.jpg
Sıvılaşma
Sıvılaştırma, bu mısır "bulamacının" pişirilmesini içeren ikinci adımdır. İşlem, mısır unu bulamacına buhar enjekte eden ve 100°C'nin (212°F) üzerindeki sıcaklıklara ulaşmasını sağlayan jet pişiricilerin kullanılmasıyla başlar. Çekirdek endospermindeki nişasta granülleri, pişirme işlemleri sırasında ısı ve mekanik kuvvetlerle parçalanır. Enzimler, nişasta polimerini daha küçük parçalara ayıran etkendir. Bu pişmiş mısır püresi 80-90°C'ye (175-195°F) soğutulur ve ilave ısıya dayanıklı enzim (α-amilaz) eklenir. Bu mısır bulamacı en az 30 dakika sıvılaşmaya devam eder.
Şekerleştirme
Sıvılaştırma işleminin ardından bu bulamaç artık "mısır lapası" olarak adlandırılabilir. Püre yaklaşık 30°C'ye (86°F) soğutulur ve glukoamilaz adı verilen ikinci bir enzim eklenir. Glukoamilaz, nişastanın basit şekere (glikoz) parçalanmasını tamamlar. "Sakarifikasyon" kelimesi, mısır lapasının fermantasyona hazırlanmak üzere fermantörü doldurması sırasında gerçekleşen süreci tanımlamak için kullanılır. Sakkarifikasyon fermantasyon süreci boyunca devam eder.
Fermantasyon
Fermantasyon aşaması, mısır püresiyle birlikte tohum tanklarında yetiştirilen mayanın eklenmesiyle başlar ve bu da basit şekerlerin etanole dönüştürülme sürecini başlatır. Mısır tanesinin içindeki proteinler, yağ vb. içerikler fermantasyon boyunca değişmez. Bu işlem, tankın doldurulup tamamen fermente edildiği ve ardından başka bir parti başlatmak için boşaltıldığı gruplar halinde gerçekleşir. Fermantasyon tamamlandıktan sonra, bulamacın kalan sıvı kısmı ağırlıkça %8-12 oranında etanol içerir.
Damıtma ve Geri Kazanım
Damıtma, etanolü sudan ayırma işlemidir. Ayırma, etanolün sudan daha düşük bir kaynama sıcaklığına sahip olduğu bilgisiyle başlar. Standart damıtma/düzeltme sistemleri %92-95 etanol saflığına ulaşabilir. Saf etanol (>%99) elde etmek için, etanol/su buharı karışımından suyu seçici olarak emen moleküler elekler kullanılarak kalan su uzaklaştırılır. "Damıtma" terimi, damıtma işleminden sonra kalan kalan su ve mısır katılarını ifade eder. Bu damıtma, sıvıyı (ince damıtma) çekirdeğin katı parçalarından (damıtıcı tahılı) ayıran bir santrifüj kullanılarak ayrılır. İnce damıtmanın bir kısmı, tüm bu kuru öğütme işleminin başlangıcına geri döndürülerek su tasarrufu sağlanabilir.
Etanol Üretiminin Pratik ve Verimli Yöntemleri
yukarı akış süreçleri: Öğütme, Sıvılaştırma ve Sakkarifikasyon
aşağı akış prosesleri : (Damıtma ve Geri Kazanım)
- Verimli bir kuru öğütme sistemi, hem yukarı hem de aşağı akış süreçlerini aynı anda sürekli olarak çalıştırır. Bu yöntemi kullanan tesislerde genellikle fermantasyon için üç tank bulunur. Biri doldurulur, biri fermente edilir (48 saat boyunca) ve biri boşaltılıp bir sonraki aşamaya hazırlanır.
- Kuru öğütme tesisinin genel verimliliğini artırmanın bir diğer yolu da fermantasyon sırasında oluşan karbondioksiti yakalamaktır. Karbondioksit sıkıştırılıp gazlı içecek şirketlerine satılabilir veya dondurularak kuru buz olarak kullanılabilir.
- Damıtılmış su buharlaştırılarak koyu bir şurup elde edilebilir. Bu şurup, damıtıcı tahıllarla karıştırılıp kurutularak bir tür hayvan yemi elde edilebilir. Bu ürüne "Çözünür maddeli damıtıcı kurutulmuş tahılları" (DDGS) denir. Yerel çiftçilere satılarak biyoetanol üretim sistemindeki döngünün tamamlanmasına yardımcı olunabilir. Buşel başına yaklaşık 7 kg DDGS üretilebilir.
Sonuç
Günümüzde kuru öğütme etanol tesisleri, mısır tanesini bushel başına yaklaşık 2,8 galon oranında etanole dönüştürebilmektedir.
Etanolün Faydaları
Etanol yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak kabul edilir. Güneşten yararlanarak bir ürün yetiştirmenin ve ardından bu ürünün ulaşım yakıtına dönüştürülmesinin faydaları, doğal kaynakları yakıta dönüştürmenin etkilerinden çok daha fazladır. Bu alternatif yakıt, petrolü korur ve emisyonları azaltır.
Enerji Güvenliği
ABD, ülkenin tükettiği petrolün yaklaşık yüzde 24'ünü ithal ediyor.
Benzine etanol karıştırılmasaydı, yüzde 24'lük oran yüzde 32'ye ulaşacaktı.
Ulaşım, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki toplam petrol tüketiminin yaklaşık 3/4'ünü oluşturmaktadır. Yakıt karışımlarına etanol eklenmesi, atmosfere salınan emisyonlar üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.
İş Etkileri Etanol üretimi kırsal alanlarda iş yaratır ve ihtiyaç duyulan yerlerde istihdam olanaklarını teşvik eder.
2015 etanol üretimi şu sonuçlara yol açtı:
- Ülke genelinde yaklaşık 86.000 yeni istihdam yaratılacak.
- GSYİH'ye 44 milyar dolar
- 24 milyar hane geliri
Benzinin içine etanol eklenmesi,
- Amerika Birleşik Devletleri ekonomisine destek
- Amerika Birleşik Devletleri ulaşım filosundaki çeşitlilik
- Uluslararası tedarik kesintilerinin etkisini azaltır
Emisyon Azaltma
Etanolün yanması sırasında bir aracın saldığı karbondioksit, mısır yetiştirilerek etanol üretilirken yakalanan karbondioksit ile dengelenir. Kuru değirmenlerden üretilen mısır bazlı etanol ile sera gazı emisyonları yaklaşık %40 oranında azaltılır.
Mısırdan Etanol Üretiminde Çatışmalar
Yatırımın Enerji Getirisi (EROI), mısır yetiştirmek, etanol işlemek ve yakıtı taşımak için kullanılan kaynaklara bağlıdır.
EROI Faktörleri
- Makineler için dizel (Traktörler ve biçerdöverler)
- Azotlu gübre olarak kullanılan doğal gaz
- Etanol tesisinde doğal gaz ve elektrik
- Mısır etanolünün taşınmasında kullanılan enerji
Mısır üretmek için arazinin dönüştürülmesi
bakir çayırların tarım alanlarına dönüştürülmesiyle ilgili sorunlar
- biyolojik çeşitliliğin kaybı
- Atmosfere salınan organik madde olarak depolanan karbon
- Sera gazı emisyonlarının artmasına neden olur.
Gübre Kullanımının Artırılması
Etanol kullanımı için mısır üretimindeki ani artış, gübre kullanımında da önemli bir artışa neden oldu. Bu durum, hassas ekosistemlere gübre sızması riskini artırarak önemli ekolojik zararlara yol açabilir.
Gıda ve Enerji
Mısırın gıda yerine yakıt olarak kullanılması, mısır fiyatında artışa neden oldu. ABD'nin benzinde etanol kullanımına ilişkin artan zorunlulukları karşılamak için mısır talebi arttı ve bu da mısır fiyatında küresel bir artışa yol açtı. Günlük kalori ihtiyaçlarını karşılamak için mısıra yüksek oranda bağımlı olan gelişmekte olan ülkeler ciddi şekilde etkilendi.
Kaynaklar
"Etanolün Faydaları ve Dikkat Edilmesi Gerekenler." Alternatif Yakıtlar Veri Merkezi: Etanolün Faydaları ve Dikkat Edilmesi Gerekenler, ABD Enerji Bakanlığı, www.afdc.energy.gov/fuels/ethanol_benefits.html.
Mosier, Nathan S. ve Klein Lleleji. "Mısırdan Yakıt Etanolünün Nasıl Üretildiği." Purdue Üniversitesi, 3 Haziran 2012, s. 1–4.
Tverberg, Gail. "Yakıt Olarak Mısır Etanolünün Kullanılmasının Sorunları Nelerdir?" Sonlu Dünyamız, 10 Ocak 2011, ourfiniteworld.com/2011/01/10/what-are-the-problems-with-using-corn-ethanol-for-fuel/.
Voelcker, John. "EPA, Mısır Bazlı Etanol Zorunluluğunu Koruyor, Askıya Alma Talebini Reddediyor." Green Car Reports, 19 Kasım 2012, www.greencarreports.com/news/1080551_epa-keeps-corn-based-ethanol-mandate-rejects-suspension-request.
| Yazarlar | Adrian Reyes |
|---|---|
| Lisans | CC-BY-SA-3.0 |
| Atıfta bulun | Adrian Reyes (2017–2023). "Yakıt Kaynağı Olarak Biyoetanol İçin Mısır" . Appropedia . Erişim tarihi: 17 Ağustos 2025 . |
