Theoretical and experimental investigation of supercritical extraction of triglycerides from microalgae chlorella vulgaris for biodiesel production

Fosil yakıtların tükenecek olması ve küresel ısınmaya sebep olan insan kaynaklı sera gazı emisyonlarının çevreye olumsuz etkileri ulaşım amaçlı kullanılan yakıtlara alternatif kaynaklar geliştirilmesini tetiklemiştir. Alternatifler arasında, mevcut altyapıda direkt olarak kullanılabilecek olan biyodizel gibi biyoyakıtlar ilgi çekmektedir. Son zamanlarda, biyodizel kaynağı olarak mikroalg lipitlerinin kullanılması, mikroalglerin üstün özellikleri sebebiyle büyük ilgi çekmektedir. Mikroalgler tarıma uygun olmayan arazilerde, insanların tükettikleri besinlerle rekabet etmeden yetiştirilebilirler. Mikroalglerin lipit verimleri tarımsal ürünlerden yüzlerce kat daha fazladır. Mikroalglerden lipit ekstraksiyonu, mikroalglerden biyodizel üretiminin ekonomik fizibilitesini etkileyen süreçlerden biridir. Çevre dostu olması ve solvent içermeyen ekstrakt elde edilmesiyle solvent kirliliğini engelleyen süperkritik karbondioksit (scCO2) ekstraksiyon teknolojisi gelecek vaat eden bir alternatiftir. Bu çalışmada, yüksek miktarda lipit üreten mikroalg Chlorella vulgaris'ten scCO2 ekstraksiyon yöntemiyle lipit ekstrakt edilmesi 200 ila 400 bar arası değişen basınçlarda ve 40 ila 70 °C arası değişen sıcaklıklarda incelenmiştir. Mikroalgler 27 litrelik düz panel fotobiyoreaktörlerde yetiştirilmiştir. Lipit verimi "Nile red" yöntemiyle takip edilmiştir ve en yüksek lipit veriminin durağan evrenin başında elde edildiği bulunmuştur. ScCO2 ekstraksiyon yöntemi, geleneksel hekzan ile Soxhlet ekstraksiyonu yöntemiyle karşılaştırılmıştır ve benzer ekstraksiyon verimleri elde edilmiştir. Buna ek olarak, aynı ekstraksiyon verimine scCO2 ekstraksiyon yöntemiyle çok daha hızlı ulaşıldığı gözlemlenmiştir. Sabit sıcaklıkta basınç artışı ve sabit basınçta sıcaklık artışı ekstraksiyon verimini önemli şekilde arttırmıştır. Lipit çıkış konsantrasyon eğrileri hızlı ekstraksiyon periyodunun ardından çok daha yavaş bir ekstraksiyon periyodu olduğunu göstermiştir. Deneysel sonuçlar, bu periyotları dış kütle transferi ve iç difüzyon tarafından kontrol edilen periyotlar olarak tanımlayan Sovova'nın modeli kullanılarak tahmin edilmiştir. Lipitlerin deney koşullarındaki çözünürlükleri ekstraksiyon eğrilerinin ilk kısmının eğimi kullanılarak bulunmuştur. Bulunan çözünürlükler 2,7 ve 9,0 mg lipit/g CO2 arasında değişmiştir. Deneysel sonuçlardan elde edilen akışkan faz kütle transfer katsayısı 10-4 m/s, katı faz kütle transfer katsayısı 10-8 m/s civarındadır. Kütle transferinde sıkça kullanılan korelasyonlar, deneysel olarak elde edilen akışkan faz kütle transfer katsayılarının tahmin edilmesinde kullanılmıştır. Damlaların buharlaşmasında kullanılmak üzere geliştirilen kütle transfer korelasyonu (Sh=2+1,1*〖Re〗^0,6*〖Sc〗^(1/3)) deneysel sonuçlara en iyi uyumu göstermiştir. Transesterifikasyon yöntemiyle elde edilen yağ asidi metil esterleri (FAME) profili ekstraksiyon yönteminden ve deneysel koşullardan önemli ölçüde etkilenmiştir. ScCO2 ekstraksiyon süresinin FAME profiline herhangi bir etkisi gözlemlenmemiştir.