Atık Yemeklik Yağın Dizel Motorlar İçin Güvenilir Biyodizele Dönüştürülmesi

Atık yemeklik yağ, günümüzde mevcut en cazip biyodizel hammaddelerinden biridir. Düşük maliyetlidir, yaygın olarak bulunur ve bir bertaraf sorununun çözülmesine yardımcı olur. Ancak aynı zamanda iyi bilinen bir işleme zorluğunu da beraberinde getirir: atık bitkisel yağlar, kullanılmış yemeklik yağlar, kızartma yağları, hayvansal yağlar, donyağı veya balık yağları gibi düşük kaliteli hammaddelerin verimli biçimde dönüştürülmesi, rafine edilmiş kullanılmamış yağlara göre daha zordur.

Ultrason destekli transesterifikasyon üzerine yakın zamanda yapılan bir çalışma, bu sorunun ultrasonik karıştırmayla nasıl aşılabileceğini göstermektedir. Araştırmacılar, atık yemeklik yağdan (WCO) biyodizel üretimini optimize etmiş ve ardından elde edilen biyodizeli ve biyodizel-dizel karışımlarını bir dizel motorda test etmiştir. Bulguları iki önemli sonucu desteklemektedir: birincisi, sonikasyon zor hammaddelerde bile hızlı ve yüksek verimli dönüşüm sağlar; ikincisi, elde edilen biyodizel-dizel karışımları, dizele yakın performans ve iyileştirilmiş emisyonlarla, motorlarda herhangi bir değişiklik yapılmadan dizel motorlarda kullanılabilir.

Düşük Maliyetli Atık Yağları Yüksek Değerli Biyodizele Dönüştürmeye Hazır mısınız?

Hielscher ultrasonik biyodizel reaktörleri, üreticilerin atık yemeklik yağ, kızartma yağları, donyağı ve balık yağı gibi zor hammaddeleri daha yüksek reaksiyon hızları, daha kısa kalış süreleri ve iyileştirilmiş proses verimliliğiyle dönüştürmesine yardımcı olur. Sürekli ultrasonik biyodizel üretimi için hammaddenizi, hedef kapasitenizi ve reaktör kurulumunuzu görüşmek üzere hemen bizimle iletişime geçin.

Düşük Kaliteli Hammaddeler Biyodizel Üretiminde Neden Zorluk Yaratır?

Düşük maliyetli biyodizel hammaddeleri caziptir çünkü hammadde maliyeti, üretimin ekonomik yapısında belirleyici rol oynar. Belal ve çalışma arkadaşlarının 2025 yılında yayımladığı bir çalışma, atık yemeklik yağların ve katı yağların ultrasonik karıştırma kullanılarak verimli biçimde biyodizele dönüştürülebileceğini göstermektedir. Ardından, ultrasonik olarak üretilen biyodizel dizel motorlarda başarıyla kullanılmıştır.
Atık yağların kullanılması, yenilebilir yağlarla ilişkili gıda-yakıt rekabeti sorununu önlese de düşük kaliteli hammaddelerin daha değişken olması ve işlenmesinin daha zor olması bir zorluktur. Geleneksel transesterifikasyonda alkol ve yağ fazları birbiriyle karışmaz; bu nedenle reaksiyon verimliliği büyük ölçüde sistemin kütle transferi sınırlamalarını ne kadar iyi aşabildiğine bağlıdır. Bozulmuş veya düşük kaliteli sıvı ve katı yağlarda bu sınırlamalar daha ciddi hâle gelir ve sıklıkla daha yavaş dönüşüme, daha uzun kalış sürelerine, daha zor faz ayrımına ve genel olarak daha düşük işleme verimliliğine yol açar. Ultrasonik karıştırma tam da bu noktada köklü bir değişim sağlayan bir yöntem olarak öne çıkar.

Sonikasyon Düşük Kaliteli Hammaddelerin Kullanımını Neden Mümkün Kılar?

Sonikasyon, atık bitkisel yağlar, atık yemeklik yağlar, kızartma yağları, sığır donyağı veya balık yağları gibi düşük kaliteli hammaddelerin daha etkili biçimde işlenmesini sağlar; çünkü ultrasonik kavitasyon, birbiriyle karışmayan yağ ve alkol fazları arasında çok daha iyi temas oluşturarak karıştırmayı ve ayrıca ısı ve kütle transferini büyük ölçüde iyileştirir. Ayrıca ultrasonik karıştırmanın hem fiziksel hem de kimyasal etkileri vardır: ultrasonik kavitasyon reaksiyon ortamını yoğunlaştırır ve yüksek reaktiviteye sahip radikallerin oluşumunu teşvik edebilir; bunlar da reaksiyon kinetiğini daha da hızlandırır ve daha hızlı, daha eksiksiz transesterifikasyonu destekler.
Sonikasyonun düşük kaliteli hammaddeler için bu kadar değerli olmasının nedeni tam olarak budur. Geleneksel sistemlerde bu hammaddelerin işlenmesini genellikle zorlaştıran sınırlamaları telafi eder.

Çalışmada Sonikasyonla Elde Edilen Sonuçlar

Endüstriyel biyodizel üreticileri için temel sonuç, küçük laboratuvar düzeneğine odaklanmak yerine, sonikasyonla elde edilen proses yoğunlaştırmasıdır. Optimize edilmiş ultrasonik koşullarda Belal ve arkadaşlarının (2025) çalışması, %96,65 biyodizel verimine ulaşmıştır. Yazarların geleneksel referans yöntemiyle karşılaştırıldığında, ultrason destekli transesterifikasyon reaksiyon süresini 90 dakikadan 6 dakikaya indirmiş ve biyodizel-gliserol ayrım süresini 720 dakikadan 30 dakikaya kısaltmıştır.
Bunlar endüstriyel biyodizel üretimi açısından son derece önemli sonuçlardır; çünkü sonikasyonun karıştırmayı yalnızca biraz iyileştirmekle kalmadığını, dönüşümü ve sonraki ayırma işlemini köklü biçimde hızlandırdığını göstermektedir.
 

Ultrasonik yöntem, ilk 1,5 dakika içinde yaklaşık %75 dönüşüme ulaşır ve 6 dakika sonra yaklaşık %90 dönüşüm düzeyinde plato yapar.
Geleneksel yöntem çok daha düşük bir dönüşüm hızı gösterir ve 8 dakika sonra yalnızca yaklaşık %40 dönüşüme ulaşır.
Çalışma ve grafik: ©Fayyyazi et al. 2014

Bu Sonuçlar Hielscher ile Sürekli Akışlı Biyodizel İşlemeye Nasıl Yansır?

Endüstriyel uygulamada bu bulgular, Hielscher endüstriyel sonikatörleri ve reaktörleriyle sürekli akışlı ultrasonik biyodizel işlemenin avantajlarına doğrudan karşılık gelir. Çalışmada ortaya konan aynı kavitasyon mekanizması – yoğunlaştırılmış karıştırma, iyileştirilmiş arayüz teması, daha hızlı ısı ve kütle transferi ve hızlandırılmış reaksiyon kinetiği – hat içi ultrasonik reaktörlerde performansı sağlayan mekanizmanın tam kendisidir.
Sürekli işletimde yağ, alkol ve katalizör, yüksek yoğunluklu kavitasyonun fazları sürekli olarak disperse ettiği ve reaksiyona soktuğu ultrasonik reaktör bölgesinden pompalanır. Bu, daha kısa kalış süreleri, daha hızlı dönüşüm, değişken ve düşük maliyetli hammaddelerin daha güvenilir biçimde işlenmesi ve daha hızlı sonraki ayırma işlemleri sağlar. WCO, kullanılmış kızartma yağları, donyağı veya balık yağıyla çalışan endüstriyel üreticiler için temel sonuç açıktır: sonikasyon, daha kısa sürede daha iyi dönüşüm sağlayarak zor hammaddeleri ticari açıdan daha cazip hâle getirir.

Sonikasyon Yakıt Kalitesini İyileştirir

Kritik bir nokta, ham atık yağların motor yakıtı olarak uygun olmamasıdır. Çalışmanın termogravimetrik analizinde dizel, ham WCO, geleneksel yöntemle üretilen biyodizel ve ultrasonik karıştırmayla üretilen biyodizel karşılaştırılmıştır. Yazarlar, ham WCO’nun en kötü buharlaşma davranışına sahip olduğunu, ultrasonik olarak üretilen biyodizelin ise ham WCO’ya ve hatta geleneksel transesterifikasyonla üretilen biyodizele kıyasla daha iyi buharlaşma davranışı gösterdiğini bulmuştur.
Bu önemlidir çünkü yetersiz buharlaşma ve yetersiz atomizasyon, işlenmemiş atık yağların enjektör kirlenmesine, eksik yanmaya ve birikintilere yol açabilmesinin başlıca nedenleri arasındadır. Çalışma, ham WCO’nun enjeksiyon sistemini tıkayarak motora zarar verebilecek çözünmeyen oligomerler içerdiğini, uygun transesterifikasyonun ise yakıt davranışını önemli ölçüde iyileştirdiğini belirtmektedir.

Biyodizel-Dizel Karışımları Dizel Motorlarda Sorunsuz Kullanılabilir mi?

Belal ve arkadaşlarının (2025) çalışması, ultrasonik olarak üretilen biyodizelin standart dizel motorlarda sorunsuz kullanılabileceğini göstermektedir. Araştırmacılar B10, B20, B30, B40 ve B100 karışımlarını bir dizel motorda sabit devirde ve değişken yük altında test etmiştir. Vardıkları sonuç, motorda değişiklik yapılmadan dizelin yerine WCO biyodizelinin veya biyodizel-dizel karışımlarının kullanılabileceği ve karşılaştırılabilir motor performansını belirgin biçimde iyileştirilmiş emisyonlarla birleştirdiği için B40’ın önerilen karışım olduğudur.
Her ölçüt fosil dizelle aynı olmasa da karışımlar standart dizel motor işletiminde tamamen kullanılabilir olmaya devam eder; performans farkları küçük, emisyon avantajları ise kayda değerdir.
 

%10–100 motor yüklerinde farklı biyodizel/dizel karışımları. – Sol: BSFC’nin değişimi / Sağ: %10–100 motor yüklerinde farklı biyodizel/dizel karışımlarıyla BTE’nin değişimi
Çalışma ve grafikler: ©Belal et al., 2025

Motor Performansı: Küçük Ödünlerle Dizele Yakın

Çalışma, biyodizel karışımlarının fren özgül yakıt tüketiminde hafif bir artış ve fren ısıl veriminde küçük bir düşüşle dizele benzer motor performansı sağladığını bulmuştur.
Bu değişiklikler beklenen değişikliklerdir. Ölçülen özellikler, bu çalışmada setan sayısı aynı olmasına rağmen WCO biyodizelinin dizele göre daha yüksek yoğunluğa ve viskoziteye, daha düşük ısıl değere sahip olduğunu göstermiştir. Bu, aynı çıktıyı üretmek için biraz daha fazla yakıt gerekebileceği anlamına gelir; ancak motor yine de bu karışımlarla normal biçimde çalışır.
Pratik açıdan bu, atık yemeklik yağ gibi düşük kaliteli hammaddelerden üretilseler bile biyodizel karışımlarının dizel motorlarda işletim açısından uygulanabilir olduğu görüşünü desteklemektedir.

Emisyonlar: Biyodizel Harmanlamanın Güçlü Avantajları

Emisyon sonuçları, biyodizelin en güçlü avantajlarını ortaya koyduğu alandır.

Tam yükte B100, aşağıdakilerde en büyük azalmaları sağlamıştır:

• CO: %42,9 azalma
• yanmamış hidrokarbonlar: %29,9 azalma
• duman opaklığı: %42,1 azalma

saf dizelle karşılaştırıldığında.
Çalışma bu avantajları, daha eksiksiz yanmayı teşvik eden ve kurum oluşumunu azaltan daha yüksek oksijen içeriğine ve daha düşük karbon içeriğine sahip biyodizele bağlamaktadır.

Bunun Biyodizel Üreticileri İçin Anlamı

Düşük kaliteli hammaddeler ekonomik açıdan caziptir, ancak geleneksel teknolojiyle işlenmeleri daha zordur. Sonikasyon, yağ-alkol arasındaki kütle transferi engelini aşarak ve dönüşümü çarpıcı biçimde hızlandırarak bu durumu değiştirir. Çalışmada bu, %96,65 biyodizel verimi, reaksiyon süresinin 90 dakikadan 6 dakikaya indirilmesi ve ayırma süresinin 12 saatten 30 dakikaya düşürülmesi anlamına gelmiştir.
Sürekli çalışan endüstriyel biyodizel sistemleri için bu sonuçlar, Hielscher ultrasonik işlemenin temel avantajlarına karşılık gelir: daha yüksek işleme kapasitesi, daha kısa kalış süresi, hammadde değişkenliğine karşı daha yüksek dayanıklılık ve düşük maliyetli sıvı ve katı yağlardan daha verimli üretim.
 

Atık sıvı ve katı yağların biyodizele dönüşümünü iyileştirmek için UIP1000hdT ultrasonik reaktörü.

WCO’dan Biyodizel Üretimi İçin Hielscher Sonikatörleri

Çalışma, Hielscher sonikatörlerinin düşük kaliteli hammaddelerden biyodizel üretimi için neden bu kadar güçlü bir araç olduğunu göstermektedir. Ultrasonik kavitasyon, karıştırmayı, ısı transferini, kütle transferini ve reaksiyon kinetiğini iyileştirerek transesterifikasyonu yoğunlaştırır; böylece atık yemeklik yağlar ve diğer bozulmuş sıvı ve katı yağlar gibi zor hammaddelerin hızlı ve verimli biçimde dönüştürülmesini sağlar. Optimize edilmiş koşullarda çalışma, geleneksel işlemeye göre çarpıcı biçimde daha hızlı gliserol ayrımıyla yalnızca 6 dakikada %96,65 biyodizel verimine ulaşmıştır.
Aynı derecede önemli olan bir başka nokta da elde edilen biyodizelin motor kullanımında pratik olmasıdır. Biyodizel-dizel karışımları, CO, yanmamış hidrokarbonlar ve dumanı önemli ölçüde azaltırken geleneksel dizele yakın performans göstermiştir. Önerilen B40 karışımı, karşılaştırılabilir mekanik performansı en dengeli emisyon davranışıyla birleştirmiş ve motorda değişiklik yapılmadan kullanılabilmiştir.
Hielscher sonikatörleri biyodizel üretimini yalnızca hızlandırmakla kalmaz – düşük maliyetli, düşük kaliteli hammaddeleri verimli ve sürekli işleme için uygulanabilir hâle getirir ve atık sıvı ve katı yağları pratik, motorlarda kullanıma hazır yakıta dönüştürür.

Aşağıdaki tablo, Hielscher ultrasonik biyodizel reaktörlerinin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında fikir vermektedir:

Hielscher Ultrasonik Biyodizel Karıştırıcılarının Kullanımının Ekonomik ve Çevresel Etkileri

Gholami ve arkadaşlarının (2021) tekno-ekonomik modeli şunları ortaya koymuştur:

• Toplam yatırım maliyeti yaklaşık %21 azalmıştır,
• Ton başına ürün maliyeti yaklaşık %5 azalmıştır,
• Atık oluşumu, mekanik karıştırmadan kaynaklanan atığın beşte birine indirilmiştir,
• İç kârlılık oranı (IRR), pozitif bir NPV ile %18,3’e yükselirken geleneksel proses ekonomik açıdan uygulanabilir olmamıştır.

Çevresel açıdan, metanol fazlasının azaltılması uçucu organik bileşik emisyonlarını doğrudan azaltır ve ısıl enerji kullanımını düşürerek ultrasonik biyodizel üretimini çevreci üretim hedefleriyle uyumlu hâle getirir.

Ultrasonik Biyodizel Reaktörünün Avantajlarına Genel Bakış

(karşılaştırmalı çalışmanın sonuçları, bkz. Gholami et al., 2021)

Tasarım, Üretim ve Danışmanlık – Almanya’da Üretilen Kalite

Hielscher sonikatörleri, en yüksek kalite ve tasarım standartlarıyla tanınır. Sağlamlık ve kolay kullanım, sonikatörlerimizin endüstriyel tesislere sorunsuz biçimde entegre edilmesini sağlar. Hielscher sonikatörleri zorlu koşulların ve yüksek gereksinimli ortamların kolaylıkla üstesinden gelir.

Hielscher Ultrasonics, ISO sertifikalı bir şirkettir ve en ileri teknolojiye ve kullanıcı dostu özelliklere sahip yüksek performanslı sonikatörlere özel önem verir. Elbette Hielscher sonikatörleri CE uyumludur ve UL, CSA ve RoHs gerekliliklerini karşılar.

Literatür / Kaynaklar

• Belal, B. Y.; Li, G.; Zhang, Z.; Liang, J.; Zhou, M.; Masoud, S. M.; Attia, A. M. A.; El-Zoheiry, R. M.; El-Seesy, A. I. (2025): Optimizing waste cooking biodiesel production using ultrasonic-assisted and studying its combustion characteristics blended with diesel in diesel engine. Environmental science and pollution research international, 32(11), 2025. 6984–7001.
• J. Sáez-Bastante, M. Carmona-Cabello, S. Pinzi, M.P. Dorado (2020): Recycling of kebab restoration grease for bioenergy production through acoustic cavitation. Renewable Energy, Volume 155, 2020. 1147-1155.
• Ali Gholami, Fathollah Pourfayaz, Akbar Maleki (2021): Techno-economic assessment of biodiesel production from canola oil through ultrasonic cavitation. Energy Reports, Volume 7, 2021. 266-277.
• Abdullah, C. S.; Baluch, Nazim; Mohtar, Shahimi (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi 77, 2015.
• Ramachandran, K.; Suganya, T.; Nagendra Gandhi, N.; Renganathan, S.(2013): Recent developments for biodiesel production by ultrasonic assist transesterification using different heterogeneous catalyst: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 22, 2013. 410-418.
• Shinde, Kiran; Serge Kaliaguine (2019): A Comparative Study of Ultrasound Biodiesel Production Using Different Homogeneous Catalysts. ChemEngineering 3, No. 1: 18; 2019.
• Leonardo S.G. Teixeira, Júlio C.R. Assis, Daniel R. Mendonça, Iran T.V. Santos, Paulo R.B. Guimarães, Luiz A.M. Pontes, Josanaide S.R. Teixeira (2009): Comparison between conventional and ultrasonic preparation of beef tallow biodiesel. Fuel Processing Technology, Volume 90, Issue 9, 2009. 1164-1166.