Benzinin motor yakıtı olarak kullanılmaya başlamasından (19.
yüzyılın sonları) önceki yıllarda ilk prototip iç yanmalı araçlarda petrol
bazlı olmayan bazı yakıtlar kullanıldı(1860’lar). Örneğin, doğal gaz (veya
metan) benzeri bir gaz olan kömür gazı, kurşunlu asidik bataryalarda depolanan
elektrik enerjisi (1830-1920’ler), mısırdan elde edilen ve ‘çiftlik alkolü’
denilen etanol (1880’ler), propan (1930’lar) bugün alternatif yakıtlar olarak
adlandırdığımız yakıtlardan bazılarıdır.
Alternatif yakıtların gündeme gelmesi 1970’li yıllardaki
petrol kriziyle başladı, zamanla çevre koruma
ve sağlık yönetmeliklerinin devreye girmesiyle paralel olarak da
geliştirildi. Günümüzde alternatif yakıt olarak kabul edilen yakıtlar propan
(LPG), doğal gaz, biyoyakıtlar, elektrik, hidrojen ve kömür-bazlı sıvı
yakıtlardır. Bunlardan bazıları konvensiyonal yakıtlara benzerler ve
konvensiyonal motorlarda, yakıt sisteminde çok küçük değişikliklerle veya
herhangi bir değişikliğe gerek olmadan kullanılabilirler. Alternatif yakıtların
bazıları ise farklıdır; kullanılan motorlar ve yakıt sistemleri tamamen
değişiktir.
Doğal gaz kuyularından veya hampetrol üretimi sırasında yan
ürün olarak elde edilen, çoğunluğu metan olan bir fosil yakıttır. Genellikle
yerleşim alanlarında (konutlar, oteller, v.s.) ve endüstride kullanılır. Gaz
halindedir; sıkıştırılmış gaz veya sıvılaştırılmış halde depolanır veya
kullanılır; yolcu araçları gibi hafif-iş araçlarında gaz hali, otobüsler ve
tankerler gibi ağır iş-araçlarında sıvılaştırılmış hali tercih edilir.
Doğal gazla çalışan araçların eksoz gazlarındaki emisyon
değerleri, benzinle kıyaslandığında fevkaladedir; tanecik yapılı maddeler yok
sayılabilir, karbon monoksit emisyonu %65-95, hidrokarbon emisyonları %80, NOx
ise %30 daha azdır. Sera gazları emisyonları da benzine göre daha düşüktür.
Doğal gazlı araçların bir dezavantajı bir depoyla ancak
150-300 km kadar yol alınabilmesidir; benzinli araçlarda bu mesafe 450-700 km
dolayındadır. Bu nedenle doğal gaz genellikle şehirlerde veya diğer sabit
alanlardaki kamyonlar veya yük araçlarında kullanılır. Doğal gazın temel
tüketim alanları yerleşim yerleridir (ısıtma sistemleri ve mutfak ocakları
gibi).
Doğal gaz pek çok yönden bezine göre daha güvenli bir
yakıttır; zehirli değildir, benzine kıyasla daha zor tutuşur ve yoğunluğu düşük
olduğundan havada çok çabuk dağılır. Doğal gaz renksiz ve kokusuzdur, LPG’de
olduğu gibi herhangi bir kaçak durumunda kolaylıkla algılanması için özel koku
katkı maddesi içerir.
Doğal gaz yüksek basınçlarda sıkıştırıldığından ve çok
yüksek basınçlar altında sıvılaştırılabildiğinden tanklarda olabilecek herhangi
bir arıza son derece tehlikelidir; bu nedenle tanklar kullanılmadan önce
çarpma, düşme, hatta ateş etme gibi çok ağır testlerden geçirilir.
Sıvılaştırılmış petrol gazları doğal gazın işlenmesi
sırasında ve hampetrolün rafinasyonunda yan ürün olarak çıkar. LPG normal
şartlar altında gaz halindedir, araçlarda veya konutlarda kullanıma verilmeden
önce sıvılaştırılarak taşınır.
Çevre performansı yönünden değerlendirildiğinde LPG’li
araçlar daha az ozon-yapıcı emisyonlar verir; şartnameler eksoz gazlarını uçucu
organik maddeler, <%33, NOx <%20, karbon monoksit <%60 olarak
sınırlar.
Enerji performansı benzinle kıyaslandığında biraz düşüktür;
ancak diğer alternatif yakıtlar arasında en yüksek enerji içeriğine (hacim
bazında) sahiptir.
LPG’nin tutuşma sıcaklığı benzinden daha yüksektir ve
tutuşması için havadaki konsantrasyonunun daha fazla olması gerekir. LPG basınç
altında depolandığından özel ve gerekli tüm testlerden geçmiş güvenilir tanklar
kullanılma zorunluluğu vardır, dolayısıyla tehlikeli durumlarla karşılaşılma
olasılığı çok azdır. LPG kokusuzdur; kolay algılanması için koku verici katkı
maddesi ilave edilir.
Hidrojen su molekülünün bir parçası olduğundan dünyada en
fazla bulunan elementtir (hidrojen molekülü olarak eser miktarlardadır).
Su önemli bir hidrojen kaynağıdır; elektroliz metotlarıyla H2
ve O2 haline dönüştürülür. Diğer bir hidrojen kaynağı fosil
yakıtları ve hidrokarbonlardır. Hidrojen sıfır-emisyonlu yakıt pillerinde
kullanıldığından önemli bir yakıttır. Yakıt sürekli olarak beslendiğinden yakıt
piliyle çalışan bir aracın yakıt ikmali veya batarya şarjı gibi gereksinimleri
olmaz. Bazı firmalar 2004 yılından itibaren yakıt pilli araçlar üretmeye
başlamışlardır. Hidrojen üretiminde kullanılan yakıt genellikle benzin veya
metanoldür. Hidrojenin çok kolaylıkla alevlenebilmesi ve maliyet fiyatı önemli
faktörlerdir.
Biyodizel
Biyodizel soya fasulyesi yağı gibi yağlı bitkilerden ve atık
yemek yalarından üretilen sentetik dizel yağıdır. Konvensiyonal dizele kıyasla
daha pahalı olmasına rağmen bazı önemli avantajlara sahiptir; en önemlisi de
konvensiyonal dizele çok benzemesi ve halen kullanılmakta olan dizel
motorlarında kullanılabilmesidir.
Biyodizel, konvensiyonal dizele genellikle %20 kadar
karıştırılarak kullanılır; böyle bir yakıt ‘B20’koduyla tanımlanır. Daha yeni
model araçlarda daha yüksek konsantrasyonlarda da kullanılabilmektedir.
Biyodizelin (B20 veya daha yüksek konsantrasyonlu karışımlar) yanmamış
hidrokarbonlar, karbon monoksit ve partikül madde emisyonları önemli
derecelerde düşüktür; dolayısıyla sağlık yönünden konvensiyonal dizelden çok
daha elverişli bir yakıttır.
Aynı miktarda biyodizel ve konvensiyonal dizel yakıtıyla
alınan yol değişmez, ayrıca biyodizelin sülfür miktarı düşük olduğundan motorun
bakım masrafları azalır. B20’den daha konsantre biyodizel yakıtlar kullanılması
durumunda motor yakıt sisteminde küçük değişiklilere gerek olabilir; çünkü
biyodizel etkili bir çözücüdür, motor contalarında tahribat yapabilir.
Güvenlik yönünden konvensiyonal dizele kıyasla önemli bir
avantajı alevlenme noktasının daha yüksek olmasıdır; daha zor tutuşur. Bunun
dışında bir konvensiyonal dizelle aynı koşulları içerir.
Etanol
Etanol (etil alkol) basit şekerlerin fermentasyonu ve
distilasyonuyla elde edilen bir alkoldür. Etanol bir içkidir, yakıt veya
endüstriyel amaçlı kullanımlarda içecek özelliğini bozacak bazı maddeler ilave
edilir. Benzin harmanına az miktarlarda katkı maddesi olarak ilave edildiği
gibi, örneğin, %85 gibi yüksek oranlarda karıştırılarak alternatif yakıt olarak
kullanılır; böyle bir yakıt ‘E85’ olarak koduyla tanımlanır.
Etanolün enerji içeriği düşük olduğundan aynı miktarda
benzinle alınan yol yaklaşık %29 kadar
azalır. Bu durum daha büyük depo kullanılarak kısmen düzeltilebilir. Etanollü
yakıtın diğer bir dezavantajı soğuk havalarda motorun ilk çalışma zorluğudur;
böyle bir durumla karşılaşmamak için E85 yakıtı hazırlanırken benzine
karıştırılan etanolün çok saf (özellikle susuz) olması zorunludur; karışım yakıttaki
%15 benzin soğuk havalarda kolay ilk çalıştırma performansı için yeterlidir.
Benzin motorlu araçların etanollü yakıt kullanabilmesi için
yakıt sistemlerinde küçük değişiklikler yapılması gerekebilir.
Etanollü yakıtların en önemli avantajı çevre kirliliğini
azaltmalarıdır; ozon yapıcı emisyonlar benzinli motorlara kıyasla %30-50 kadar
daha azdır, karbon monoksit emisyonu daha düşüktür. Ayrıca, etanollü yakıtta
benzen, toluen gibi toksik maddeler miktarı düşük olduğundan emisyon
gazlarındaki toksik bileşikler de düşüktür. Bu avantajlara karşın, katalitik
konverterle önemli derecelerde kontrol altında tutulursa da benzine göre daha
fazla formaldehit ve asetaldehit emisyonları oluşur.
Etanollü yakıtın diğer bir avantajı daha az sera gazları
emisyonudur; örneğin E85 yakıtı kullanıldığında %14-19 dolayında daha az sera
gaz emitlenir, bu değerin 2010 yılına kadar %70-90 kadar daha düşürülmesi
yönünde araştırmalar yapılmaktadır. Etanollü yakıt benzinden daha güvenlidir;
normal şartlar altında alevlenme olasılığı daha düşüktür ve buharları havada
daha çabuk dağılır.
Metanol
Metanol alkol gurubu bileşiklerin en basitidir, ‘odun
alkolü’ olarak da adlandırılır. Çoğunlukla doğal gazdan elde edilirse de kömür
ve biyokütleden de üretilebilir. Yakıt olarak benzine %85 oranında
karıştırılarak (M85) veya saf halde (M100) kullanılabilir.
Metanollü yakıtın benzine göre en önemli avantajı yüksek
çevre performansıdır; örneğin, M85 yakıtının ozon yapıcı maddeler emisyonu
%30-50 daha düşüktür, ancak formaldehit emisyonu daha yüksektir.
Aynı miktarda benzinle alınan yol yönünden
değerlendirildiğinde metanollü yakıtın ekonomisi daha düşüktür; 1 galon
benzinin enerjisine eşdeğer enerji için yaklaşık 1.77. galon metanol gerekir;
yani enerji kaybı %40 dolayındadır.
Metanol benzinden daha güvenli bir yakıttır; metanol
buharlarının ağırlığı havadan çok az fazla olduğundan daha çabuk dağılır,
tutuşması için havadaki konsantrasyonunun
daha fazla olması gerekir, ve yandığında daha az ısı açığa çıkar.
FISCHER TROPSCH YAKITLAR
Kömür, doğal gaz ve diğer hidrokarbonlardan sentetik dizel
yakıtı elde etme çalışmaları yüz yıldan daha eskiye dayanır; 1902 yılında Fischer
ve Tropsch adlı iki bilim adamının geliştirdiği prosesle ‘katalizörlü ortamda
önce sentez gazı denilen karbon monoksit ve hidrojen karışımı, bundan da sıvı
hidrokarbonlar elde edilmiştir. Proses, bilim adamlarının adlarıyla ‘Fischer-Tropsch’
prosesi olarak adlandırılmıştır.
ELEKTRİK
Elektrikli bir araçta güç kaynağı olarak iç yanmalı bir
motor yerine bir elektrik motoru bulunur. Motorun enerjisi bir dizi reşarj
edilebilir batarya tarafından sağlanır; motor çalışmazken bataryalar şarj olur.
Bu tür araçlar çalıştıklarında herhangi
bir yakıt yanması olmadığından sıfır emisyonlu araçlardır. Elektrik üretimi
sırasında oluşan emisyonlar ise fakat benzinle kıyaslanamayacak kadar düşük
seviyelerdedir.
Elektrikli araçların çevre performansları çok iyidir, toksik
ve ozon yapıcı emisyonları düşüktür. Lokal elektrik üretiminde kullanılan
yakıta bağlı olarak emisyonlar benzinli araçlara kıyasla %90’a kadar daha düşük
olabilmektedir.
Günümüzde kullanılmakta olan tam şarj olmuş bir elektrikli
araç 70-200 km kadar yol alabilmektedir; benzinli bir aracın 700 km’ye kadar
olan ulaşım mesafesi yanında oldukça düşük bir yol performansıdır. Ayrıca
bataryaların şarj olması için 3-8 saate gereksinim vardır, oysa benzinli bir
aracın deposuna benzin doldurmak ancak birkaç dakika alır.
Elektrikli araçlarda yakıt doldurma, dolayısıyla yakıtın
dökülmesi, sıçraması, alevlenmesi veya yakıt buharlarını soluma gibi sorunlarla
karşılaşılmaz. Reşarj sistemi herhangi bir elektrik şokuna maruz kalma
olasılığını ortadan kaldırır. Herhangi bir kaza halinde araçta yakıt
bulunmadığından yangın çıkması tehlikesi yoktur; ancak bazı bataryalarda asit
bulunduğundan çarpışan sırasında bataryanın parçalanması asit sızıntısına
yolaçabilir.
Yakıt Pilleri ve Hibrid (Melez) Araçlar
Bataryayla çalışan elektrikli araçlar çok pahalıdır ve
yukarıda kısaca değinilen bazı dezavantajları da vardır; bu nedenlerle yakıt
pilleriyle çalışan hibrid elektrikli araçlara olan eğilim artmaktadır.
Bataryalar, elektrik ileticiler ve hafif malzemeler üzerinde yoğun çalışmalar
ve araştırmalar sürdürülmektedir.
Yakıt Pilli Araçlar
Yakıt pilleriyle çalışan bir aracın gücü, konvensiyonal
araçlarda olduğu gibi bir yakıtın yanmasıyla değil, kimyasal reaksiyonlarla
elektrik üretimi yoluyla çalıştırılan bir elektrik motorundan sağlanır.
Bataryayla çalışan elektrikli araçlardan farklı olarak yakıt pilli araçlarda
bir yakıt tankı bulunur; böylece bataryanın şarj olması için gereken uzun süre
ortadan kaldırılmıştır. Teknoloji henüz deneme aşamasında olmasına rağmen
sistem son derece verimlidir.
Hibrid Araçlar
Bu tür araçlarda bir elektrik motoru ve bir benzin (veya
dizel) motoru birarada dizayn edilmiştir. Böyle bir kombinasyonla çok yüksek
yakıt ekonomisi ve düşük eksoz emisyonları sağlanır. Hibridlerde konvensiyonal
yakıtın yanmasıyla sağlanan güç eşanlı olarak tekerleklere ve elektrik
jeneratörüne iletilir; dolayısıyla araç daha büyük bir güç kazanır.
KÖMÜR BAZLI SIVI YAKITLAR
Alternatif yakıtlar sınıfında yer almasına karşın kömürden
elde edilen sıvı yakıtların ticari kullanımı yaygın değildir. Nedenleri
arasında üretim maliyetinin yüksekliği ve çevre kirliliği yaratması
sayılabilir.
GERİ (hampetrolden petrokimyasallara)
