Küresel enerji ihtiyacı artarken, sürdürülebilir biyoyakıt üretimi kritik bir önem taşımaktadır. Atık yemeklik yağlar, ucuz ve bol miktarda bulunan önemli bir biyoyakıt hammaddesidir. Ancak bu yağlar, yüksek oksijen içeriği (yağ asitleri, trigliseritler) nedeniyle doğrudan dizel motorlarında kullanılamaz. Bu oksijenin uzaklaştırılması süreci Hidrodeoksijenasyon (HDO) olarak adlandırılır.
HDO, yüksek basınç altında hidrojen gazı kullanılarak oksijenli bileşikleri hidrokarbonlara dönüştürür. Bu reaksiyonun verimliliği ise, büyük ölçüde kullanılan katalizörün aktivitesine ve seçiciliğine bağlıdır. Son zamanlarda, Lantan (Lanthanum - La) içeren katalizörler, benzersiz özellikleri sayesinde bu alanda umut vaat etmektedir.
Deneyde, genellikle Ni, Co veya Mo gibi geçiş metallerinin, Alümina (Al2O3) veya Silika (SiO2) gibi destekler üzerine yüklendiği katalizörler kullanılır.
Amaç: Lantan'ın katalizör performansı üzerindeki etkisini izole etmek.
Protokol: Belirlenen metal yüzdesine ek olarak, farklı oranlarda Lantan (örneğin %1, %3, %5 La) içeren katalizör serileri hazırlanır. Lantan, ıslak emprenye (impregnation) yöntemi ile destek materyaline yüklenebilir.
Aktivasyon: Katalizörler, HDO reaksiyonundan önce yüksek sıcaklık altında hidrojen akımında indirgenerek (reduction) aktif forma getirilir.
Kullanılacak atık yağın kalitesi ve bileşimi, test sonuçlarını doğrudan etkiler.
Yağ Asidi Profili: Yağın içerdiği başlıca yağ asitlerinin (örneğin oleik asit, linoleik asit) belirlenmesi (örneğin Gaz Kromatografisi ile).
Asit Değeri: Yağdaki serbest yağ asidi miktarının belirlenmesi. Yüksek asit değeri, katalizör zehirlenmesi riskini artırabilir.
HDO reaksiyonları, genellikle bir Yüksek Basınçlı Batch Reaktörde (Otoklav) veya Sürekli Akışlı Yataklı Reaktörde gerçekleştirilir.
Optimum katalizör performansını bulmak için ana değişkenler sistematik olarak değiştirilir:
Sıcaklık: Genellikle 300 santigrat derece ile 450 santigrat derece arasında test edilir. Yüksek sıcaklık, reaksiyon hızını artırır ancak yan ürün oluşumuna neden olabilir.
Hidrojen Basıncı: Genellikle 30 bar ile 100 bar arasında ayarlanır. Yüksek basınç, reaksiyonu destekler.
Katalizör / Yağ Oranı: Katalizörün yağ içindeki ağırlıkça yüzdesi belirlenir. Bu oranın optimizasyonu, maliyet etkinliği için kritiktir.
Reaksiyon Süresi: Batch reaktörler için süre (örneğin 2 ila 8 saat), sürekli reaktörler için akış hızı (LHSV) ayarlanır.
Lantan'ın etkisini kesin olarak belirlemek için iki önemli kontrol deneyi yapılır:
Katalizörsüz Deney: Sadece atık yağ ve hidrojen gazı ile reaksiyon yapılır (Termal HDO).
Lantansız Kontrol: Aynı aktif metal ve destek, ancak Lantan içermeyen katalizör ile reaksiyon yapılır.
Reaksiyon tamamlandıktan sonra elde edilen sıvı ürünler (biyodizel ve yan ürünler) analiz edilir.
Gaz Kromatografisi (GC-FID/MS): Ürünün bileşimi ve saflığı belirlenir. Oksijensiz hidrokarbonların (alkanlar) yüzdesi, HDO Seçiciliğini gösterir.
Oksijen İçeriği (FT-IR veya elemental analiz): Üründeki kalan oksijen yüzdesi ölçülür. Düşük oksijen içeriği, yüksek HDO Dönüşümünü gösterir.
Katalizör Stabilitesi: Kullanılmış katalizör yeniden karakterize edilerek, reaksiyon sonrası yapısındaki ve aktif yüzey alanındaki değişimler gözlemlenir.
Deney sonuçlarının karşılaştırılması, Lantan katkısının katalitik performansa olan etkisini net bir şekilde ortaya koyar. Genellikle Lantan katkısı:
Katalizörün termal ve hidrotermal kararlılığını artırır.
Aktif metalin elektron yoğunluğunu optimize ederek, HDO aktivitesini yükseltir.
Reaksiyonun seçiciliğini hidrokarbonlara doğru yönlendirerek yan ürün (kok) oluşumunu azaltır.
Bu deney planı, atık yağların biyoyakıta dönüştürülmesinde Lantan içeren katalizörlerin potansiyelini maksimize etmek için kritik bir yol haritası sunar.
