MAKALELER / Biyogaz-Kullanımı-Üretimi





1--Biyogaz:      


1—Biyogazın Faydaları:


1.1--Biyogaz;Ucuz ve çevre dostu bir enerji ve gübre kaynağıdır.


1.2--Atık geri kazanımı sağlar.


1.3--Üretimi sonucu hayvan gübresinde bulunabilecek yabancı ot tohumları çimlenme özelliğini kaybeder.


1.4--Üretimi sonucunda hayvan gübresinin kokusu hissedilmeyecek ölçüde yok olur.


1.5--Hayvan gübrelerinden kaynaklanan insan sağlığını ve yeraltı sularını tehdit eden hastalık etmenlerinin büyük oranda etkinliğinin kaybolmasını sağlar.


1.6--Üretiminden sonra atıklar yok olmaz; üstelik çok daha değerli bir organik gübre haline dönüşür.

2--Örnek Mikrokojenerasyon Uygulaması:


2.1--İzmir ilinde bulunan bir besi çiftliğinde mikrokojenerasyon uygulaması çalışmaları devam ediyor. Ege Üniversitesi, projeyi teknik ve bilimsel olarak destekliyor.


2.2--Çiftlikte toplam 100 adet büyükbaş hayvan var. Her gün elde edilen 1,5 ton yaş gübre sürekli besleme tekniğiyle anaerobik fermantasyon tankına besleniyor ve ortaya çıkan biyogazın metan oranı yüzde 50-55 seviyesinde oluyor.


2.3--Kullanılan özel bir ayrıştırma tekniğiyle metan oranı yüzde 75-85 seviyesine kadar çıkarılabiliyor.


2.4--Elde edilen 80-85 m3/gün kapasiteli bu biyogaz, % 91 toplam verime sahip bir mikrokojenerasyon ünitesinde değerlendirilecek.


2.5--Kojenerasyon ünitesinin elektrik üretimi 8 k\Ve, ısı üretimi ise 19 kW'tır.


2.6--Üretilecek elektriğin bir kısmı tesisin ihtiyaçlarını karşılamak üzere kullanılacak, kalanı şebekeye verilecek. Üretilecek elektriğin değeri ticari tarife üzerinden 9.700 YTL/yıl'dır.


2.7--Üretilecek ısının bir kısmı çürüme sürecinin kontrol edilmesi amacıyla fermantasyon tankının ısıtılmasında kullanılacak ve ısının kalan kısmı ise kurulacak küçük ölçekli seranın ısıtılmasında değerlendirilecek.


2.7.1--Üretilecek ısının değeri, konutlarda kullanılan propan esaslı LPG yakıtı cinsinden 23.700 YTL/yıl'dır (10.900 kg/yıl).


2.8--Tüm prosesler sonunda arta kalan gübre, organik tarımda doğrudan kullanılabilecek zararlı bileşenlerinden ayrıştırılmış zengin içerikli bir ürün olacak.


2.9--Biyogaz Verimleri-Kaynakların:

Tablo 1. Çeşitli Kaynaklardan Elde Edilebilecek Biyogaz Verimleri ve Biyogazdaki Metan Miktarları

Kaynaklar

Biyogaz Verimi (l/kg)

Metan Oranı(Hac.%'si)

Sığır Gübresi

90-310

65

Kanatlı Gübresi

310-620

60

Domuz Gübresi

340-550

65-70

Buğday Samanı

200-300

50-60

Çavdar Samanı

200-300

59

Arpa Samanı

290-310

59

Mısır Sapları ve Artıkları

380-460

59

Keten

360

59

Kenevir

360

59

Çimen

280-550

70

Sebze Atıkları

330-360

Değişken

Ziraat Atıkları

310-430

60-70

Yerfıstığı Kabuğu

365

-

Dökülmüş Ağaç Yaprakları                       210-290

58

Alg

420-500

63

Atık Su Çamuru

310-800

65-80

 

3—Sonuç:


3.1--Günümüzde Türkiye'de 12 milyon büyükbaş, 39 milyon küçükbaş ve 244 milyon kümes hayvanı olmak üzere toplam 293 milyon besi hayvanı bulunuyor.


3.2--Bu hayvanların atıklarından elde edilebilecek biyogaz potansiyeli 1.670.000.000 m3/yıl olup enerjisi 2,4 milyon ton taşkömürüne eşdeğer ve bu potansiyelin elektrik enerjisine dönüştürülmesi halinde üretilecek elektrik miktarı 3.700 MWh/yıl, değeri ise yaklaşık 450 milyon YTL'dir.


3.3--Biyogaz üretimi sonrası geriye kalan katı atıklar gübre olarak tarımsal alanda kullanılabilir. Benzer şekilde ince kıyılmış sap, saman, mısır artıkları, şeker pancarı yaprakları gibi bitkilerin işlenmeyen kısımları ile bitkisel ürünlerin işlenmesi sırasında ortaya çıkan bitkisel atıklar da biyogaz potansiyeline sahiptir.


3.4--Türkiye'nin sahip olduğu bitkisel ve hayvansal atıklarının oluşturduğu biyogaz potasiyelinin ekonomiye kazandırılması; yenilenebilir enerji kaynaklarının değerlendirilmesi ve fosil yakıtların açığa çıkardıkları karbondioksit salınımlarının azaltılması açısından önemlidir.  ■


Kaynak:Özay KAS, Arke Enerji Sistemleri, Genel Müdür-Kaynaklar

1--Prof.Dr.M.ÖZTÜRK 'Hayvan Gübresinden Biyogaz Üreümi', Ankara, 2005.

2--Doç.Dr.F.KARAOSMANOĞLU, ' Biyogaz ve Türkiye, "Biyogaz Üretiminde Kullanılabilecek Atıklar',İstanbul, 2004.

3-Y.Doç.Dr.A.Coşkun DALKILIÇ,


2--Konya da Biyogaz Üretim Potansiyeli:

 

1--Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı tarafından Türkiye’nin hayvansal atık potansiyeline karşılık gelen üretilebilecek biyogaz miktarı;…………… 1,5-2 milyon Ton Eşdeğer Petrol (TEP) olarak değerlendirilmektedir.

 

2--Biyokütle kaynaklarımız; tarım, orman, hayvan, organik şehir atıkları vb.’den oluşmaktadır. Atık potansiyelimiz yaklaşık…………… 8,6 milyon TEP olup bunun

ısınma amaçlı kullanım…………………..6 milyon TEP’ dir

 

3--EİEİ verilerine göre; ülkemiz

11.054.000 adet………………. büyükbaş hayvan,

38.030.000 adet ……………….küçük-baş hayvan ve

243.510.453  adet……………kümes hayvan potansiyeli ile

 

3.275.097.137 m3/yıl ………..biyogaz üretebilecek durumdadır.

 

4--Konya’da hayvansal gübrelerden elde edilebilecek biyogaz potansiyeli;

büyükbaş hayvanlardan…………… 48.306.694 m3/yıl,

küçükbaş hayvanlardan……………. 52.525.682 m3/yıl,

kümes hayvanlarından…………….. 18.805.951 m3/yıl olmak üzere

toplam……………………………. 119.638.327 m3/yıl olarak hesaplanmıştır.

 

5--Konya kent merkezinde günlük 680 ton ve yıllık yaklaşık 250 bin organik atık oluşmaktadır.

 

1 büyükbaş hayvandan……………… 3,6 ton/yıl,

1 küçükbaş hayvandan………………. 0,7 ton/yıl,

1 kümes hayvanından………………… 0,022 ton/yıl gübre elde edi-lebileceği kabul edilmiştir.

 

1 ton büyükbaş hayvan gübresinden…………. 33 m3,

1 ton küçükbaş hayvan gübresinden…………. 58 m3

1 ton kümes hayvan gübresinden……………. 78 m3 biyogaz üretilebileceği kabul edilmiştir.

 

6--Yıllık 2 milyon ton üzeri hayvansal atık kapasitesine sahip iller sıralamasında Bolu, Erzurum, Balıkesir ve İzmir’den sonra Konya 5. sırada yer almaktadır.

 

7--Türkiye’de hayvansal kaynaklı atıkların TEP cinsinden enerji dağılımı incelendiğinde; 45.000 TEP ve daha fazla enerji potansiyeline sahip iller sıralamasında Bolu, Balıkesir ve Erzurum’un ardından Konya 4. sırada yer almaktadır.

 

8--Tavuk gübrelerinin karbon azot C/N oranı düşük olduğundan, tek başına tavuk gübresi kullanarak biyogaz üretmek mümkün olmamaktadır.

9--Konya’da hayvan gübrelerinin, tarım alanlarından elde edilen anız ve samanların, şekerpancarı ve slaj mısır atıklarının, ke¬simhane atıklarının, süt fabrikaları atıklarının, şeker fabrikaları atıklarının, evsel organik atıkların önemli bir biyokütle enerji potansiyeli teşkil ettiği görülmektedir

 

10--Konya ili biyogaz üretim potansiyeli;

büyükbaş hayvan gübrelerinden………………… 48.306.694 m3/yıl,

küçükbaş hayvan gübrelerinden…………………. 52.525.682 m3/yıl,

kümes hayvan gübrelerinden…………………… 18.805.951 m3/yıl olmak üzere

toplam………………………………………….119.638.326 m3/yıl değerine sahiptir.

 

11--Tesis planlaması yapılırken; çeşitli kaynaklardan elde edilebilecek biyogaz ve-rimleri, biyogazdaki metan miktarları, kar-bon azot oranları iyi incelenmeli, bir reçete dahilinde farklı kaynaklardan elde edilen atıklar kullanılmalıdır.

 

12—Öneri:Konya Büyükşehir Belediye Başkanlığına bağlı bir kurulacak bir ekip bu  potansiyelin devre alınması için gereken mekanizmaların oluşumuna yardım edebilir.

 

Kaynak:ICCI-Bildiriler Kitabı-2010-Konya İlinde Biyogaz Üretim Potansiyeli Araştirma Projesi-Nuri Kunt-Erdal Baştan-Hülya Şevik-Konya İl Çevre Ve Orman Müdürlüğü  


2--Mutfak Atıklarından Biyogaz Üretimi:


1--Isparta Süleyman Demirel Üniversitesi Yenilenebilir Enerji Kaynakları Merkezi(YEKARUM) tarafından geliştirilen reaktör sayesinde her türlü atık- yemekhane artıkları termal filitre şartlarında biyogaza çevrilerek ,üretilen gaz atölye çalışmalarında kullanılmaya başlandı.YEKARUM Md. Yrd.Doç Dr. Üçgül yemek atıklarını özel bir sistemle parçaladık.Karışım biyogaz reaktöründe 37-55 C Sıcaklığa getirildi.Malzeme işlenerek metan gazı üretildi.Bu sistemle atıklar biyogaza çevrildikten sonra  sıvı ve gaz kısımlarını ayırarak gübrede elde ediyoruz.


2--YEKARUM un ürettiği bu sistem konuya ilgi duyacak sanayiciler tarafından tıpkı kombi-kazan gibi değişik güçlerde yemek atıkları için örneğin  100 kg/gün-200 kg/gün vs  paket üniteler halinde yerinde kurulabilecek şekilde modüler olarak üretilebilir.Ve üretimde kullanılacak materyal ve kitler yine ilgili firma tarafından,satın alan kişilere bakımlarda verilebilir. Yapılacak bakımlarla Modüler hale getirilmiş ünitede-reaktörde metan ve sıvı gübre üretiminde süreklilik sağlanabilir.Üretilen sıvı gübre yerinde satın alınarak yine aynı bakımcı firma tarafından pazarlanabilir.  

    

2--Kırsalda Biyogaz Kullanımı:


1-- Yenilebilir enerji kaynakları arasında yer alan hayvan gübresinden gaz üretimi, küçük, orta ve büyük ölçekte projelerle alternatif imkanlar sunuyor.


2--. Çin ve Hindistan'da onbinlerce ailenin yaygın olarak kullandığı biyogaz sistemi, 6 bin YTL'lik bir maliyet ile kolayca kuruluyor. Küçük bir depodan her gün 7 metreküp gaz düzenli olarak sağlanabiliyor. Yedi ayda bir biyogaz üretiminde kullanılan depoların aktarılması yeterli oluyor.


3--Bursa'da faaliyet gösteren Coe firması, 4 ineğin gübresi ile doldurulabilecek büyüklükte bir beton deponun içinden 10 gün sonra gaz elde etmeye başlandığını,bunun her gün belirli oranda sulanarak 7 ay boyunca gaz üretminde kullanılabilir duruma gelebileceğini Çin'de yaptıkları araştırma ile kanıtlamışlar.


3--Biyogazın Motorlarda Kullanımı

 

1--Organik atıklardan üretilen biyogaz içeriğinde yaklaşık olarak %50-70 metan (CH,),                 %30-50 C02 ve 10-4000 ppm hidrojen sülfir (H2S), NH3 ve az miktarda H2, N2, CO bulundurmaktadır.

 

2--Biyogazin motorlu taşıtlarda kullamlabilmesi için, içeriğindeki metan orammn en az                         %96-97 veH2S in en cok 17 ppm olmasi gerekmektedir.

 

3--Metan oranı ve H,S miktan istenilen değere ulasan biyogaz, yüksek basınç altında                        (200-250 bar) sıkıştırılarak biyogaz veya sıkıştırılmış doğal gaz (CNG) ile çalışan motorlu taşıtlarda yakıt olarak kullanılabilmektedir.

 

4--Biyogaz teknolojisinin yaygın olduğu ülkelerde her türlü organik atık, biyogaz üretim tesislerinde işlenerek enerji elde edilmektedir.

 

4.1--Çevreye zarar verebilecek bu atıklar sterilize edilerek toprak ve su kirliliği önlenmekte, tesislerden çıkan organik gübre ise tarım alanlannda değerlendirilmektedir.

 

5--Biyogaz, benzin, dizel, LPG ve doğal gazın yerine kullamlabilecek bir yakıttır.Biyogaz içerisinde bulunan ve mekanik parçalarda korozyona neden olan H2S, biyogazdan ayrıştırılarak doğrudan gaz motorlannda kullanılıp elektrik üretilebilmektedir.

 

5.1--Biyogazın motorlu taşıtlarda kullamlmasi ve doğal gaz hatlarına verilebilmesi için içerigindeki H2S'e ek olarak C02'inde ayrıştırılması (metan zenginleştirilme) gerekmektedir..

 

6--Biyogazı  Saflaştırma:

 

6.1--Biyogazın metan oranının artırılması, içerisindeki C02'nin ayrıştrılmasıyla mümkün olmaktadır.

 

6.2--Biyogaz içeriğindeki metan orammn artmasıyla birlikte, gazın lsıl değeri artmakta ve daha düşük kapasiteli depolama tanklarına ihtiyaç duyulmaktadır.

 

6.2.1--Günümüzde biyogaz içerisindeki C02'nin ayrıştırılması için birçok farklı yöntem uygulanmaktadır.Bunlardan bazıları;

1--Suda çözme,2—Polietilenglikol,3--Membran ile ayrıştırmadır.

 

6.3--Suda çözme:

İçerisinde su bulunan absorbsiyon kulelerinin alt kısmından basınçlı şekilde

gönderilen biyogaz, sudan geçerken içeriğindeki C02 ve H2S çözünerek su ile birlikte absorbsiyon kulesinden dışarı alınmaktadır.

 

6.3.1--Metan ise suda cozünmedigi için absorbsiyon kulesinin üst kısmında toplanmaktadır.

 

6.3.2--Absorbsiyon kulesinin üst kismmda istenilen metan oramna ulasan biyogaz, bir kurutucudan geçirilerek içerisindeki nem alınır. Absorbsiyon kulesinin alt kısmından alınan, içerisinde C02 ve H2S çözünmüş su ise desorpsiyon kulesinde C02 ve H2S'den ayrıştırılarak tekrar kullanılabilmektedir.

6.3.3--Farklı kapasitelerdeki suda çözme yöntemi ile saflaştırma ünitesi için maliyet hesabı na göre Tesisin kapasitesi arttıkça saflaştırma maliyeti düşmektedir. 250 m3/h kapasiteli bir tesiste 1 m3 saf biyogaz elde etmenin maliyeti 0,105 € iken, 2000 m3/h kapasiteli bir tesiste bu fiyat 0,0523 €'ya kadar düşmektedir. Bunun nedeni ise kurulum maliyetlerinin kapasite ile dogru orantılı şekilde artmamasıdır.

 

8.4--Polietilen glikol ile ayrıştırma

Bu yontemde su ile ayrıştırma yöntemi gibi fiziksel bir işlemdir. Su ile ayrıştırma yönteminden farklı olarak, bu yöntemde su yerine seleksol kullamlmaktadır. C02 ve H2S seleksolde suya gore daha iyi çözünduğünden, biyogazın absorbsiyon kulesine daha düşük basınçla gönderilmesine imkan sağlamaktadır. Bu yontemde de suda çözme ile ayrıştırmada olduğu gibi seleksol desorpsiyon yoluyla tekrar kazanılabilmektedir.

 

8.4.1-- Suda çözme yontemi ile saflaştırma yapan tesisin ilk kurulum maliyeti polietilen glikol'e gore yaklaşık olarak iki kat daha yüksektir.

 

8.4.2-- İşletme maliyeti ise polietilen glikol ile saflaştırma yöntemine göre daha düşüktür.

 

8.4.3--Tesisin 15 yıllık çalışma ömrü olduğu kabul edildiğinde, su ile çözme yönteminin toplam saflaştırma maliyeti polietilen ile saflaştırma yöntemine göre yaklasik %70-80 daha fazladır.

 

8.5--Membran ile ayrıştırma

Bu yöntemde membranın bir tarafından basınçlı şekilde gönderilen biyogaz, içerisindeki moleküllerin farklı büyüklüklerde olmasından yararlanılarak saflaştırma işlemine tabi tutulmaktadır.


8.5.1--C02 ve H2S metana göre daha küçük molekül yapısına sahip olduğu için membrandan rahatlıkla geçebilmekte, metan ise membrandan geçememektedir.


8.5.2--Bu şekilde C02 ve H2S biyogazdan ayrıştırılarak yüksek saflıkta biyogaz elde edilebilmektedir.


8.5.3—Bu yöntemde 1--Ön işleme gerek duyulmaktadIr.,2--Yüksek kurulum

maliyeti ,3--Yüksek enerji ihtiyacı,4—Yaygın olmayan bir teknoloji gibi dezavantajları bulunmaktadır.


9--Hidrojen Sülfür (H2S) Ayrıştırılması


9.1--Hidrojen sülfür konsantrasyonu, biyogaz üretimi için kullanılan atığın türüne bağlı olarak değişiklik göstermesine rağmen biyogaz içerisinde daima bulunmaktadır. Gaz motoru, kompresör ve gaz depolama tanklannda korozyon oluşumunu önlemek için H2S'in biyogazdan ayrıştırılması gerekmektedir H2S ayrıştırmada kullanılan en yaygm yöntemler;

 

1--Biyogaz reaktörüne hava/oksijen ilavesi,

 

2--Biyogaz reaktörüne demir klorür ilavesi,

 

3--Aktifkarbon kullanınımı

 

4--Polietilen glikol ve

 

5--Su ile ayrıştırma yöntemleridir.

 

9.2--Biyogaz reaktörüne hava / oksijen ilavesi:

Biyogaz reaktorune stokiyometrik oranlarda (%2-6 hava) hava gönderilerek havanın içerisindeki oksijenin H2S ile reaksiyonu sonucu hidrojen sülfat oluşmaktadır. Oluşan sülfat ise reaktorün alt kısmında toplanarak organik gübre ile reaktörden dışarı alınır.

 

9.3--Aktifkarbon kullanınımı

1--Biyolojik filtrelemede oldugu gibi biyogaz içerisine gönderilen havanın, hidrojen sülfür ile katalitik reaksiyonu sonucu kükürt ve su oluşmaktadır. Açığa çıkan kükürt ise aktif karbon tarafindan absorbe edilerek, biyogazdan ayrıştırılmaktadır.

 

2--Sistem 7-8 bar basınç ve 50-70 °C sıcaklıkta en iyi sonucu vermektedir. Aktif karbonun 4000-8000 saat çalışma ömrü olup, biyogaz içerisindeki H2S konsantrasyonu 3000 ppm'in üzerinde ise sistemin rejeneratif olarak dizaynedilmesi tavsiye edilmektedir.

 

10--Biyogazın Motorlu Tasıtlarda Kullanımı:

 

10.1--Biyogaz, hem binek taşıtlarında hem de ağır vasıtalarda yakıt olarak kullanılabilmektedir. Biyogazın motorlu taşıtlarda yakıt olarak kullanılabilmesi için, biyogaz içerisindeki metan oranının % 96-97'ye kadar yükseltilmesi ve içeriğindeki H2S'in 17 ppm'in altına dusurulmesi gerekmektedir.

 

10.2--İçeriğinde % 97 metan bulunduran 1 m3 biyogaz, yaklaşık olarak 1 litre benzine eşdeger enerjiye sahiptir.

 

10.3--Bazı Ülkelerde Biyogazın Motorlu Taşıtlarda  Kullanılabilmesi için Biyogazdan istenen özellikler:

                                                  Fransa………İsviçre………isveç

Alt ısıl degeri (MJ/Nm3)            38-46                -                   45,5

Cig noktasi sicakhgi (°C)       En düsük dış ortam sicaklığından 5 °C daha düşük

Su igerigi (max) (mg/Nm3)          100                      

Oksijen (max) (% hacim)              3,5                0,5                     1

C02 + 02 + N2 (max) (% hacim)    3                  3                       3

 

10.4--Saflaştırılarak metan oranı yükseltilen ve H2S'i ayrıştırılan biyogaz, 200-250 bar basınç altında  sıkıştırılarak, benzin-biyogaz veya benzin-sıkıştırılmış dogal gazla (CNG) çalışabilen çift yakıtlı motorlu taşıtlarda hiçbir degişikliğe gerek duyulmadan kullamlabilmektedir.

 

10.5--Taşıtlarda biyogaz kullanılması durumunda NOx ve HC emisyonu ve partikül miktarı azalmaktadır. Bu özelliginden dolayı biyogaz çevre dostu bir yakıt olarak da nitelendirilmektedir.

 

10.6--Biyogazı  kullanan Avrupa ve ABD şehirleri biyogazı biyo atıklar-hayvan gübreleri,enerji bitkileri,gıda atıkları,atık çamur,evsel çöplerden üretmekte, metan oranı 96-97 oranında olmakta,biyogazdan CO2 yi  su,polietilen glikol,kimyasal absorbsiyon,membran ile ayırırken,H2S de su,polietilen glikol,aktif karbon ile ayırarark motorlu taşıtlarda kullanabilmektedir.

 

11--Sonuç Olarak


11.1--Biyogazm gaz motorlarmda kullanılarak enerji elde edilmesi için, biyogaz içerisinde bulunan ve korozyona neden olan H2S'in büyük oranda biyogazdan ayrıştırılarak doğrudan gaz motorlarında kullanmak suretiyle elektrik ve ısı ener jisi elde edilebilmektedir.


11.2--Organik atıklardan üretilen biyogazın motorlu taşıtlarda kullanılabilmesi için metan oranının en az %95 civan olması ve H2S konsantrasyonunun da 17 ppm'den daha düşük olmasi gerekmektedir.

 

11.3--Biyogaz ayrıştırma yöntemleri maliyet bakımından karşılaştırıldığında, suda çözme ile ayrıştırma yöntemi, ilk kurulum maliyeti bakımından polietilen glikol ile ayrıştırma yöntemine göre daha yüksek olurken, işletme maliyeti bakımından ise daha düşüktür.

 

11.4--Tesisin 15 yıllık çalışma ömrü olduğu varsayılırsa, su ile çözme yönteminin toplam saflaştırma maliyeti polietilen ile saflaştırma yöntemine göre yaklaşık % 70-80 daha fazladır.

 

11.5--Saflaştırılmış biyogaz motorlu taşıtlarda kullanıldığında, petrol kökenli yakıtlara nazaran daha düşük NOs partikül madde ve C02 emisyonu açığa çıkmaktadır.Bu özelliği nedeniyle biyogaz, çevre dostu bir yakıt olarak kabul edilmektedir.

 

Kaynakça: Muhendis ve Makina • Cilt: 49 Sayi: 584--BIYOGAZIN SAFLAŞTIRILMASI VE MOTORLU TA$IT YAKITI OLARAK KULLANIMI—Muharrem Eyidoğan—Makine Eğitimi Bölümü-Umuttepe Kmapusu-İzmit/Kocaeli



2--Biyogaz2:

1--Tanımı Ve Özellikleri

 

1.1--Biyogaz, hayvansal ve bitkisel atıkların oksijensiz ortamda ayrışması sonucu ortaya çıkan bir gaz karışımıdır. Bileşiminde % 60-70 metan (CH4), % 30-40 karbondioksit (CO2), % 0-2 hidrojen sülfür (H2S) ile çok az miktarda azot (N2) ve hidrojen (H2) bulunmaktadır.


2--Biyogaz üretiminde kullanılabilecek bazı atıklar

 

2.1--Hayvansal Atıklar : Sığır, at, koyun, tavuk gibi hayvanların gübreleri, insan dışkısı, mezbaha atıkları ve hayvansal ürünlerin işlenmesi sırasında ortaya çıkan atıklar

 

2.2--Bitkisel Atıklar : İnce kıyılmış sap, saman, mısır artıkları, şeker pancarı yaprakları gibi bitkilerin işlenmeyen kısımları ile bitkisel ürünlerin işlenmesi sırasında ortaya çıkan atıklar.

 

2.3--Biyogaz üretiminde hayvansal ve bitkisel atıklar tek başına kullanılabileceği gibi belli esaslar doğrultusunda karıştırılarak da kullanılabilir.

 

2.4--Biyogaz, temiz ve mavi bir alevle yanar.

 

2.5--Biyogaz, kullanılmadığı zaman çürük yumurta kokusundadır ancak yanarken bu koku kaybolur. Bu özellik, biyogazı ileten borularda kaçak olup olmadığını anlamada kolaylık sağlar.

 

2.6--Biyogaz çok düşük sıcaklıklarda (-164 °C) sıvılaştırılabilmektedir. Bu işlem çok pahalıdır bu nedenle gaz tüplerinde depolanması ekonomik değildir. Genellikle gaz halinde kullanılmaktadır.         

 

3--Biyogaz Üretiminin Yararları

 

3.1--Ülkemizde hayvansal ve bitkisel atıklar, çoğunlukla ya doğrudan doğruya yakılmakta veya tarım topraklarına gübre olarak verilmektedir. Ancak atıkların yakılarak ısı üretiminde kullanılması daha yaygın olarak görülmektedir. Bu şekilde istenilen özellikte ısı üretilemediği gibi, ısı üretiminden sonra atıkların gübre olarak kullanılması da mümkün olmamaktadır.

 

3.2--Biyogaz teknolojisi ise organik kökenli atıklardan hem enerji eldesine hem de atıkların toprağa kazandırılmasına imkan vermektedir.

 

3.3-- 1 m3 biyogazın etkili ısısı;

0.62 l……….. gazyağının

1.46 kg……….odun kömürünün

3.47 kg……….odunun

0.43 kg……….bütan gazının

12.30 kg………tezeğin

4.70 Kwh……..elektriğin

1.18 m3……… havagazı’nın sağladığı etkili ısıya eşdeğerdir.                   

 

3.4--1 m3 biyogaz      =

0.66 l…………motorin

0.75 l…………benzin

0.25 m3………propan

0.2 m3………..bütan

0.85 kg……….kömür

 

4--Biyogaz temiz ve ısı değeri yüksek bir enerji kaynağıdır.

 

4.1--Biyogaz üretiminden sonra atıklar yok olmamakta üstelik çok daha değerli bir gübre haline dönüşmektedir.

 

4.2--Biyogaz üretimi sonucu hayvan gübresinde bulunabilecek yabancı ot tohumları çimlenme özelliğini kaybetmektedir.

 

4.3--Biyogaz özellikle kırsal kesimde çevre sağlığını olumlu etkilemektedir. Çünkü; biyogaz üretimi sonucunda hayvan gübresinin kokusu hissedilmeyecek ölçüde yok olmaktadır. Ayrıca gübrelerden kaynaklanan insan sağlığını tehdit eden hastalık etmenleri büyük oranda etkinliğini kaybetmektedir.

 

5--Biyogazın Kullanım Alanları:

 

5.1--Biyogaz, çok yönlü bir enerji kaynağı olarak doğrudan ısıtma ve aydınlatma amacıyla kullanıldığı gibi, elektrik enerjisine ve mekanik enerjiye çevrilmesi de mümkün olmaktadır.

 

5.2--Biyogazın ısıtmada kullanımı

 

1--Biyogazın yanma özelliği bileşiminde bulunan metan (CH4) gazından ileri gelmektedir. Biyogaz, hava ile yaklaşık 1/7 oranında karıştığı zaman tam yanma gerçekleşmektedir.

 

2--Isıtma amacıyla gaz yakıtlarla çalışan fırın ve ocaklardan yararlanılabileceği gibi termosifon ve şofbenler de biyogazla çalıştırılarak kullanılabilir.

 

3--Biyogaz, sıvılaştırılmış petrol gazı ile çalışan sobaların meme çaplarında basınç ayarlaması yapılarak kolaylıkla kullanılabilmektedir. Biyogaz sobalarda kullanıldığında bünyesinde bulunan hidrojen sülfür (H2S) gazının yanmadan ortama yayılmasını önlemek üzere bir baca sistemi gerekli olmaktadır. Bu nedenle, daha sağlıklı bir ısınma için kalorifer sistemleri tercih edilmektedir.

 

5.3--Biyogazın aydınlatmada kullanımı

 

1--Biyogaz, hem doğrudan yanma ile hem de elektrik enerjisine çevrilerek de aydınlatmada kullanılabilmektedir. Biyogazın doğrudan aydınlatmada kullanımında sıvılaştırılmış petrol gazları ile çalışan lambalardan yararlanılmaktadır.

 

2--Bu sistemde aydınlatma alevini arttırmak üzere amyant gömlek ve cam fanus kullanılmaktadır. Cam fanus ışığı sabitleştirdiği gibi çıkan ısıyı geri vererek alevin daha fazla olmasını sağlamaktadır.

 

5.4--Biyogazın motorlarda kullanımı

 

1--Biyogaz, benzinle çalışan motorlarda hiçbir katkı maddesine gerek kalmadan doğrudan kullanılabildiği gibi içeriğindeki metan gazı saflaştırılarakta kullanılabilmektedir. Dizel motorlarda kullanılması durumunda belirli oranda (% 18-20) motorin ile karıştırılması gerekmektedir.   

 

6--Biyogaz Tesislerinin Tasarımı

 

6.1--Biyogaz üretimi iki ayrı yöntemle gerçekleşmektedir.

 

6.2--Kesik besleme yöntemi: Tesis hayvansal ve/veya bitkisel atıklarla doldurulmakta ve alıkoyma-bekleme süresi kadar beklenmektedir. Bu süre sonunda tesis tamamen boşaltılmakta ve işlem sürekli tekrarlanarak gaz üretimi sağlanmaktadır.

 

6.3--Sürekli besleme yöntemi: Tesis hayvansal ve/veya bitkisel atıklarla doldurulmakta ve alıkoyma süresi kadar beklenmektedir. Daha sonra biyogaz üretim tankının (fermantör) sıcaklığına bağlı olarak günlük beslemelere geçilmekte ve sürekli gaz üretimi sağlanmaktadır.

 

6.4--Birçok ülkede biyogaz tesisleri planlanan amaca göre farklı teknolojiler kullanılarak inşaa edilmektedir. Biyogaz tesisleri,

aile tipi…………6-12 m3 kapasiteli

çiftlik tipi……….50-100-150 m3 kapasiteli

köy tipi………….100-200 m3 kapasiteli

tesisler olarak ele alınabileceği gibi başta Almanya olmak üzere Amerika, Danimarka, İsviçre gibi pek çok ülkede 1000-10.000 m3 kapasiteli biyogaz tesisleri işletilmektedir.

 

6.5--Aile tipi 6-12 m3 kapasiteli sabit kubbeli biyogaz tesisleri Çin’de çok yaygın bir biçimde kullanılmakta ve bu tip tesislerde oluşan biyogaz tesis içinde (kubbe bölümünde) toplanmakta ayrı bir gaz depolama tankı kullanılmamaktadır. Ancak bu durum biyogazın kullanımı sırasında gaz basıncının düşmesine neden olmakta dolayısıyla gaz basıncı sabit kalmamaktadır.

 

6.5.1--Yeterli gaz basıncını sağlamak üzere Çin tipi tesisler genellikle kullanım yerlerine yakın kurulmaktadır. Büyük kapasiteli tesislerde ise oluşan biyogaz, tesisten ayrı veya tesis içinde sabit olmayan bir yerde toplanmakta (gaz depolama tankı) ve gaz basıncının sabit kalması sağlanabilmektedir. Bu tip biyogaz tesislerine en çok Hindistan’da rastlanmaktadır.

 

6.5.2--Aile tipi biyogaz tesisleri dışındaki diğer tesislerin çoğunda biyogazın oluştuğu ortamın (fermantör) ısıtılması optimum biyogaz üretimi için gerekli olmaktadır.

 

6.5.3--Biyogaz üretiminde ortam sıcaklığı çok önemlidir. Genel bir kural olarak bu sıcaklığın 30-35 °C olması istenir. Isıtmalı olmayan tesislerde özellikle kış aylarında sıcaklığın bu derecelere ulaşması mümkün değildir. Sıcaklığın 10 °C’nin altına düşmesi biyogaz üretimini durdurabilmektedir.

 

6.5.4--Biyogaz tesislerinde ısı kontrolünün sağlanması amacıyla güneş enerjisinden yararlanılabileceği gibi en pratik ve en yaygın kullanılan sistem, tesis içine yerleştirilen serpantinlerden yararlanmaktır (sıcak su boruları). Bu sistemde su, tesis tarafından sağlanan biyogazla ısıtılarak sirkülasyon pompası ile tesis içine yerleştirilen serpantinler içinde dolaştırılarak ısıtma sağlanmaktadır.  

 

7--Biyogaz Tesislerinin Kapasitelendirilmesi

 

7.1--Biyogaz tesisleri projelendirilirken öncelikle kapasitenin tesbiti gerekmektedir. Bunun için tesiste, sadece hayvan gübresi kullanılacaksa; günlük ortaya çıkan gübre miktarı, hayvanların beslenme şekilleri ve gübrelerin katı madde miktarları bilinmelidir.

 

7.2--Günlük ortaya çıkan gübre miktarı: Hayvanların gübre verimleri cinslerine göre değişik miktarlarda olabilmektedir. Gübre miktarının hesabında; büyükbaş hayvanlar için 10-20 kg/gün (yaş) gübre verimi kabul edilebileceği gibi canlı ağırlığın % 5-6’sı da günlük gübre miktarına esas alınabilir.

 

7.2.1--Aynı şekilde koyun ve keçi için 2 kg (yaş)/gün veya canlı ağırlığın % 4-5’i günlük gübre üretimi olarak kabul edilebilmektedir. Tavuk için günlük gübre üretimi ise 0.08-0.1 kg (yaş)/gün veya canlı ağırlığın % 3-4’üdür.

 

7.3--Hayvanların beslenme şekilleri: Hayvanların mer’a da veya ahırda beslenmeleri günlük gübre üretimini etkiler.

 

7.4--Gübrelerin katı madde oranları: Optimum biyogaz oluşumu için tesis içi gübre-su karışımının katı madde oranının % 7-9 olması gerekmektedir. Katı madde oranları; sığır gübresinin % 15-20, tavuk gübresinin % 30, koyun gübresinin ise % 40 civarındadır.

 

7.5--Bilinmesi gereken diğer bir konu ise hayvan gübrelerinin değişik sıcaklıklarda optimum alıkoyma-bekleme süreleri ve biyogaz üretim miktarlarıdır.

 

7.6--20 büyükbaş hayvanı olan bir çiftçi ailesi için gerekli olan biyogaz tesisinin kapasite hesabı aşağıda verilmiştir;

Kabuller:

Fermantör sıcaklığı:30°C

Üretilen gübre miktarı :10 kg (yaş)/gün/hayvan

Gübrenin katı madde oranı :% 20                                       

Alıkoyma-bekleme süresi : 30 gün

Gübrenin yoğunluğu : 975 kg/m3               

Günlük gübre üretimi :20x10 = 200 kg (ağırlık olarak)                                       

200/975 = 0.205 m3 (hacim olarak)--                                                                                

Tesise günlük beslemede verilecek su miktarı :200 kg (% 10 katı maddenin sağlanması için gerekli su miktarı)                                                                              

Tesisin hacmi :200 x 2 x 30 /1000 = 12 m3

 

7.7--12 m3 kapasiteli bir biyogaz tesisinden yukarıda belirtilen koşullarda günlük elde edilebilecek biyogaz miktarı 6-7 m3 civarındadır.

 

7.7.1--Bu hesabı tavuk gübresi için yaptığımız takdirde, yine tesisi 30 °C’de çalıştırdığımızı kabul edersek, 12 m3 kapasiteli bir tesis için gerekli olan tavuk sayısı yaklaşık 2000’dir ve bu tesisten günde 14-15 m3 biyogaz elde edilebilir.

 

7.8-- Aşağıda tavuk ve büyükbaş hayvan işletmelerinin hayvan sayılarına bağlı olarak kurabilecekleri biyogaz tesislerinin; büyüklüğü, günlük biyogaz üretimleri ve bu gazın etkili eşdeğer ısı karşılığı LPG miktarları verilmiştir.

İşletmelerin Hayvan Sayısı    Uygun Tesis Büyüklüğü(m3)Günlük Beslemeler İçin Gereken Gübre

(kg(yaş)/gün)  Üretilebilecek Biyogaz Miktarı(m3/gün)     Eşdeğer LPG Miktarı (kg)

 

2.500 adet tavuk        15        200      17        7

 

5.000 adet tavuk        30        400      34        14

 

10.000 adet tavuk      60        800      68        28

 

20.000 adet tavuk      120      1600    136      56

 

50.000 adet tavuk      300      4000    340      140

 

5 adet büyükbaş         5 m3    75        2,5       1

 

10 adet büyükbaş       10        150      5          2

 

50 adet büyükbaş       50        750      25        10

 

100 adet büyükbaş     100      1500    50        20

 

Kabuller: Fermantör sıcaklığı: 30 °C,

gübrelerin katı madde oranı:

büyükbaş hayvan için…………15 kg (yaş)/gün

tavuk için………………………0.08 kg (yaş)/gün,

alıkoyma-bekleme süresi:

büyükbaş hayvan için…………30 gün

tavuk için……………………. 24 gün.

 

8--Biyogaz tesislerinin tasarımında ele alınması gereken diğer konular ise;


1--tesisin kurulacağı yerin seçimi

2--tesis inşaatı, tesisin yalıtımı

3--tesisin ısıtılması, tesisin işletme koşulları


3--biyogazın depolanması ve dağıtımı

4--biyogazın taşınması,


5--biyogaz kullanım araçlarının belirlenmesi,

6--tesisten çıkan biyogübrenin depolanması, tarlaya taşınması ve dağıtımı gibi esaslarının önceden ortaya konmasıdır. 

 

7--Bütün bu temel konular hakkında yeterli teknik bilgiye sahip olmadan bir biyogaz tesisi yapmak ve işletmek mümkün değildir.

 

9--Biyogaz tesislerinden çıkan gübre (fermente gübre) sıvı formdadır.        


9.1-- Fermente gübre                                                                                                          

1--Tarlaya sıvı formda uygulanabilir.   

2--Granül haline getirilebilir.   

3--Beton veya toprak havuzlarda doğal kurumaya bırakılabilir.         

 

10--Ülkemizde Biyogaz Üretimi Konusunda Yapılan Araştırma Ve Uygulama Çalışmaları

 

10.1--Ülkemizde biyogaz üretimi ile ilgili araştırma çalışmaları en yoğun biçimde 1980-86 yılları arasında Merkez TOPRAKSU Araştırma Enstitüsünde (Köy Hizmetleri Ankara Araştırma Enstitüsü) yürütülmüş ve biyogaz üretimi ile ilgili birçok temel bulgular elde edilmiştir. 


10.1.1--Aynı zamanda, yapılan araştırma, uygulama, eğitim ve yayım çalışmaları başarılı sonuçlar vermiş, kamuoyunun ilgisi çekilmiş ve önemli düzeyde bilgi birikimi sağlanmıştır. Söz konusu Enstitü’de kurulan biyogaz laboratuvarında yürütülen araştırmalar ve elde edilen sonuçlar aşağıda özetlenmiştir. 

 

1--“Sığır-Koyun-Tavuk Gübreleri ve Bunların Karışımlarından Elde Edilebilecek Biyogaz Verimleri”. Araştırma

fermantör sıcaklığı 30 °C’de sabit tutulan

1 m3 kapasiteli prototip biyogaz tesislerinde yürütülmüştür.

En yüksek biyogaz verimi tavuk gübresinden elde edilmiştir (1215.6 l./m3). Tavuk gübresinin karışıma girdiği konularda biyogaz üretimi artmıştır.

 

2- “Ankara Koşullarında 12 m3 Kapasiteli TOPRAKSU Tip A Biyogaz Tesisinde Sığır Gübresinin Biyogaz Verimi”. Araştırma sabit kubbeli (Çin Tipi) biyogaz tesisinde yürütülmüş, fermantör sıcaklığına müdahale edilmemiştir.


Fermantör sıcaklığı 9 °C’de


biyogaz verimi 1.4 m3/gün,


20 °C’de 5.9 m3/gün olmuştur.

 

3- “Ankara Koşullarında 28 m3 Kapasiteli Biyogaz Tesisinin Gaz Verimi”. Bu araştırma, çiftlik tipi ısıtmalı ve gaz depolama tankı tesisten ayrı olan bir biyogaz tesisinde, karıştırma sistemlerinin karşılaştırılması amacıyla yürütülmüştür.

Tesis sıcaklığı 20 °C ile 30 °C arasında tutulmuş,

mekanik karıştırmalı uygulamadan 9.97-25.05 m3/gün,

babılgan (kabarcık tüfeği) ile karıştırmalı uygulamadan ise 7.64-14.56 m3/gün biyogaz elde edilmiştir.

 

4- “Değişik Sıcaklıklarda Sığır ve Tavuk Gübrelerinden Elde Edilen Biyogaz Miktarları” Sığır ve tavuk gübresinden 9-18-27 ve 36 °C’de elde edilebilecek biyogaz miktarları araştırılmış ve sonuçlar aşağıda verilmiştir.

 

Sığır ve Tavuk Gübrelerinin Değişik Sıcaklıklarda Biyogaz Verimleri-

Fermantör Sıcaklığı (°C)-Sığır Gübresi (l./m3)-Tavuk Gübresi (l./m3)

9…………………….101,4………………..253,3

18……………………339,7……………….448,0

27……………………509,8……………….1008,9

36……………………686,0……………….1266,2

 

5- “Değişik Besleme Aralıklarında Sığır ve Tavuk Gübrelerinden Elde Edilen Biyogaz Miktarları” Fermantör sıcaklıkları 30 °C’de sabit tutularak hergün, üç günde bir, beş günde bir ve yedi günde bir besleme yapılmıştır. Sığır gübresinden en yüksek biyogaz verimi, beş günde bir beslenen konudan sağlanırken (785.7 l./m3) tavuk gübresinden en yüksek biyogaz verimi hergün beslenen konudan elde edilmiştir (1099.7 l./m3).

 

6- “12 m3 Kapasiteli Biyogaz Tesisinde Tavuk Gübresinin Gaz Verimi” Doğal koşullarda yürütülen araştırmada

fermantör sıcaklığı 5-19 °C arasında gerçekleşmiştir. Tesisten

10 °C’de……………… 2.4 m3/gün,

15 °C’de……………… 4.8 m3/gün ve

19 °C’de……………… 6.9 m3/gün biyogaz elde edilmiştir.

Biyogaz üretim teknolojisinin ülkemizde başarılı olabilmesi için daha pek konuda araştırma yapılması gerekmektedir. Bugüne kadar yapılan araştırmalar belirli bir bilgi birikimi sağlamıştır. Ancak bu yeterli değildir.

 

11--Yapılması gereken araştırmalarda öncelik verilecek konular aşağıdaki gibi sıralanabilir;

1--Biyogaz tesislerinin inşaat tiplerinin bölge koşullarına göre geliştirilmesi,

2--Ucuz ve yöresel izolasyon materyallerinin saptanması,

3--Biyogaz kullanım araçlarının geliştirilmesi,


3--Bitkisel atıklardan da biyogaz elde edilmesi olanaklarının saptanması,


4--Biyogaz tesislerinden çıkan gübrenin bitkisel üretime ve toprak özelliklerine etkilerinin araştırılması,


5--Biyogaz tesislerinden çıkan gübrenin araziye taşınımını ve dağıtımını sağlayıcı mekanizasyonun geliştirilmesi,

6--Biyogazın çevre sağlığına olan katkılarının saptanması.

 

7--Biyogaz üretim teknolojisinin kırsal kesimde yaratacağı sosyo-ekonomik etkilerinin araştırılması.

 

11.1--Biyogaz üretimi konusunda yine 1980-86 yılları arasındaki dönemde; TOPRAKSU Genel Müdürlüğü tarafından her il merkezinde 3 adet, bölge merkezlerinde ise 5 adet biyogaz tesisinin yapılması planlanmış ve bu tesislerin çoğu işletmeye açılmıştır. Diğer taraftan, kendi olanakları ile biyogaz tesisi kurmak isteyen kişi ve kuruluşlara kredi ve teknik yardım olanağı sağlanmıştır.

 

11.2--Köy Hizmetleri Ankara Araştırma Enstitüsü tarafından 1987 yılında yapılan bir anket sonucunda yapımı gerçekleştirilen biyogaz tesislerinin birçoğunun aşağıda özetlenen nedenlerden dolayı işletilemediği tesbit edilmiştir.


1--Tesis inşaatı konusunda yeterli eğitim sağlanamaması nedeniyle inşaat hataları yapılmıştır.

2--Tesis sahipleri teknik bilgi yetersizliği nedeniyle tesisleri işletememişlerdir.

3--Tesis işletmecileri danışman bir kuruluş bulamamışlardır.

 


2--Biyogaz Reaktörleri-Güneş Enerjisi Destekli:


1--Anaerobik yani oksijensiz ortamda organik maddeler fermentasyonla ayrıştığında %40-70 oranında metan ve %30-60 oranında karbondioksit oluşur.Hesaplara göre yemek-pişirmek- ve aydınlanmak için 4 kişilik bir aile günde 4250 Lt biyogaz tüketir.Bu ise bir ailenin bir gecelik çöpü ve üç ineğin dışkısının toplamından rahatlıkla üretilebilir.


2--Organik atıkların anaerobik fermentasyonu ile elde edilen biyogaz hacimsel olarak %40-70 oranında metan gazı içermektedir. Aynı zamanda fermentasyon sonucu arta kalan ürünler de kaliteli ve ekolojik gübre olarak kullanılmaktadır.Sonuç olarak biyogaz elde edilmesi de biyokütle potansiyelinin değerlendirilmesi açısından önemli bir yere sahiptir.


2.1—Biyogazı sağlayan biyokütle enerjisine dayalı üretim tesislerinden elde edilen elektrik için ilk 5 yıl 14, ikinci beş yıl için 10 eurosent/kwh alım garantisi verilmesi,bir çok belediyenin şehir çöplerinden ve hayvancılık işletmelerininde hayvan atıklarından biyogaz ve biyogaza bağlı elektrik üretme işine girmesi için neden oluşturabilmektedir.


3--Anaerobik fermentasyonla elde edilen biyogazın miktarı ve kalitesini etkileyen en önemli parametrelerden birisi de fermentasyon sıcaklığıdır. Ülkemiz açısından en verimli olduğu değerlendirilen mezofilik fermentasyon sıcaklık bölgesinde çalışan reaktörlerin 35-38°C arasındaki bir sıcaklık değerinde minimum salınımla sabit tutulması gerekmektedir.


3.1-- Özellikle kış aylarında bu sıcaklığı sağlamak için ayrı bir ısıtma desteğine ihtiyaç vardır.


4--Yenilenebilir enerji kaynaklarının dağılımı açısından ise, modern biyokütle enerjisinin yenilenebilir enerji kaynaklarının toplamının %45’i oranında önemli bir yer tutacağı belirtilmektedir.


5--Gelişmekte olan ülkelerde, tarımsal üretimden arta kalan hayvansal ve bitkisel artıkların tarım topraklarına gübre olarak verilmesini sağlamak, kırsal kesimin enerji ihtiyacının bir bölümünü karşılamak ve ayrıca çevre sağlığını korumak amacıyla biyogaz üretimi önemli bir yere sahiptir.


5.1--Ülkemizde biyogaz potansiyelinin ise 1,4–2 Mtep/yıl düzeyinde olduğu belirtilmektedir.


5.2—Almanya 3500 adet biyogaz tesisi ile bu alanda dünya lideri.Biyogaz yatırımlarında özellikle Alman firmalarıyla ortaklıklar dikkate çarpıyor.


5.3—Türkiye üretim alanlarının % 20 sini enerji tarımına ayırırsa ,doğalgaz ihtiyacının % 75 ini yurt içinden sağlar.


5.4—Yabancı şirketlerin biyogaz projelerinde tesis maliyeti 700-800.000 euro lardan başlıyor.Yerli üreticilerse küçük çaplı tesisleri çok daha ucuza mal edebiliyor.


5.5—Bazı yerli firmalar ,6-12 m3 kapasiteli aile tipi,50-150 m3 kapasiteli çiftlik tipi,100-200 m3 kapasiteli köy tipi,1000-10.000 m3 kapasiteli sanayi tipi biyogaz tesisleri kuruyor.Kurulan teislerin maliyeti 100-500.000 TL arasında olabiliyor.Aile tipi biyogaz tesislerinde Çin ve Hindistan daki modeller esas alınabiliyor.Yapılan çalışmalar çerçevesinde 1 hafta içerisinde biyogaz elde edilebilmekte.


6--Biyogaz Ve Biyogaz Reaktörleri


6.1—Biyogaz organik atıkların oksijensiz ortamda fermente edilmesi sonucu oluşmaktadır. Bu gazın diğer bir adı bataklık gazı veya çamur gazıdır. Bu işlemin yapıldığı tepkime tanklarına/reaktörlerine “havasız çürütücü” ya da “sindirici” adları da verilmektedir. Sistemde esas olarak oluşan olay polimer maddelerin monomerlere veya daha küçük ünitelere parçalanmasıdır.


6.2--Genel olarak biyogazın içinde hacimsel olarak %60-75 oranında Metan (CH4), %20-35 oranında Karbondioksit (CO2) ve geriye kalan yaklaşık %5 oranındaki gazların içerisinde Hidrojen, Azot, Amonyak, Hidrojensülfür, Oksijen, Karbonmonoksit, uçucu yağlar ve su bulunmaktadır.


6.3--Biyogazın üretim aşamasını üç ana faza ayırabiliriz:

1--Sıvılaştırma (Likifikasyon) Evresi

2--Asitleştirme (Asidifikasyon) Evresi

3-- Gazlaştırma (Metan) Evresi


6.4--Havasız çürütücülerde anaerobik bozunmaya uğrayan karbonhidrat, protein ve yağlardan oluşan organik maddeler; asit oluşturan bakterilerin hücre dışına salgıladıkları enzimlerle hidrolize uğrarlar.


6.4.1--Bu hidroliz sonunda küçük moleküllü şekerler, amino asitler ve yağ asitleri ile gliserin meydana gelir. Anaerobik fermentasyon ortamında oluşan bu ara hidroliz ürünleri, suda çözünebildiği için bu evreye sıvılaştırma (likifikasyon) evresi denilir.


6.4.2--Bundan sonra anaerobik mikroorganizmalar, ortamda çözünen bu organik maddeleri besin olarak kullanarak ürerler. Bu sırada uzun zincirli yağ asitleri daha küçük moleküllü yağ asitlerine dönüşürler. Düşük molekül ağırlıklı alkollere ve organik asitlere dönüşüm gözlenir. Bu evreye asitlendirme (asidifikasyon) evresi adı verilir.


6.4.3--Bu evrede oluşan formik asitin (HCOOH) büyük bir kısmı dönüşüme uğrayarak ortama hidrojen ve karbondioksit gazı verir. Üçüncü evrede ise metan oluşturan bakteriler tarafından CH4 ve CO2 meydana gelmektedir.


7--Bu süreçler sonucunda oluşan biyogazın en önemli bileşeni olan Metan gazının ısıl değeri 8900 kcal/Nm3 dür. Bileşimindeki metan oranına bağlı olarak biyogazın ısıl değeri ise yaklaşık 5000– 6200 kcal/Nm3 arasında değişmektedir.

Biyogazın ısıl değeri, diğer gaz yakıtların ısıl değerleriyle karşılaştırılması.


7.1--GAZ……..ISIL DEĞER (kcal/Nm3)


METAN……...........7920 – 9450

BİYOGAZ…........…4776 – 6208 

DOĞAL GAZ…...…9289 – 19438

PROPAN……...........19438 – 22972 

BÜTAN…..............…25623 – 30041


Diğer yakıtların, 1 Nm3 biyogazın ısıl değerine karşılık gelen (ortalama 5500kcal) hacimsel oranları.


7.2--YAKIT HACİM ORANI:

DİZEL…….................0,62 

PETROL……..............0,70 

LİKİT BÜTAN….....…0,87 

DOĞAL GAZ…….......0,57


8--Metan tek başına renksiz ve kokusuzdur. Fakat biyogazın bileşiminde bulunabilen hidrojen sülfür gazı hafif çürük yumurta kokusu verir. Ancak yanma esnasında koku kaybolur. 


8.1--Üretilen biyogazın kullanılmadığı esnada, gaz taşıyıcı sistemde kaçak olup olmadığı bu kokudan kolaylıkla anlaşılır. Biyogaz is yapmayan, temiz ve mavi alevle yanar. Gün ışığında alevi görmek güçtür.


9--Anaerobik fermentasyonda bekletme süresine, atıksu ve artık maddelerin türüne, pH ile içerdikleri iyonlara ve bunlara bağımlı olarak oluşan mikroorganizmalar topluluğunun yapısına göre üç değişik sıcaklık bölgesi mevcuttur;


9.1--Psikrofilik Fermentasyon (5-25°C) : Bu bölgede çalıştırılan çürütücülerin dışarıdan ısıtılmasına gerek yoktur. Bu tür fermentasyona neden olan bakteriler hayvan gübresinde yaşayamazlar. Bu sistemlerde çürütme hızı çok yavaş olup ortalama bekletme süresi 100-300 gün arasındadır.


9.2--Mezofilik Fermentasyon (25-38°C) : En çok uygulanan sıcaklık bölgesidir. Bu tesislerde anaerobik bakteriler doğal olarak kendiliğinden ürer ve üreme hızları sıcaklıkla artar. Bu fermentasyon bölgesinde çalışan biyogaz reaktörlerinin en büyük avantajı, yaz aylarında ayrı bir ısıtma sistemine gerek duymamasıdır. Bekletme süresi 20-40 gün arasında değişir.


9.3--Termofilik Fermentasyon (50-60°C) : Fermentasyon hızı daha yüksek, dolayısıyla bekletme süresi daha kısadır. Fakat bu tip çürütücülerin, ısı değiştiricilerin yardımıyla yapay olarak ısıtılması zorunludur. Bu da biyogaz üretim maliyetlerinin yükselmesine neden olur [4].


10--Biyogaz Reaktörleri:


10.1--Biyogaz üretiminde kullanılan sistemler genel olarak iki grupta toplanmaktadır:

1--Kesikli besleme sistemleri      

2--Sürekli besleme sistemleri


10.2--Kesikli besleme sistemlerinde reaktör başlangıçta biyogaz elde edilecek malzeme ile doldurulur ve biyogaz elde edilinceye kadar beklenir. Kullanılan malzemeye ve sistem sıcaklığına bağlı olarak bekletme süresi değişmektedir. Bekletme süresi sonunda reaktör boşaltılarak yeniden doldurulur.


10.3--Sürekli beslemeli sistemde doldurulmuş olan reaktörden gaz çıkışı başladığında günlük olarak besleme yapılır. Sisteme aktarılan karışım kadar gazı alınmış çökelti sistemden dışarıya alınır. Böylece sürekli ve düzenli bir şekilde gaz elde edilmiş olur.


11--Güneş Enerjisi Destekli Biyogaz Reaktörünün Tasarımında Kullanılacak Kriterler.


11.1--Genellikle bu değer mezofilik bölgede çalışan reaktörlerde, iklim koşullarına ve reaktör malzemesine bağlı olarak günlük elde edilen biyogazın %15-30 arasında bir miktarının harcanmasına neden olmaktadır.


11.2--Hesaplanan ısı enerjisi ihtiyacına göre, bölgesel güneş ışınım şiddeti, güneşlenme süresi, kullanılacak güneş kollektörlerinin çalışma değerleri göz önüne alınarak gerekli kolektör yüzey alanı belirlenir.


11.2.1--Burada önemli olan güneş ışınımın olmadığı ve dış hava sıcaklığının en düşük düzeye indiği gece koşulları için enerjinin depolanmasıdır. Bu hesaplamada günlük ortalama ışınım şiddeti, kolektör ve ısı değiştiricisi verimi kullanılır. Isı depolama genellikle sıcak su akümülasyon tankı veya boyler ile gerçekleştirilir.


11.3--Güneş Enerjisi Destekli Biyogaz Reaktörlerinin Tasarımında Ve İşletilmesinde Karşılaşılan Sorunlar Ve Çözüm Yöntemleri


1-- Güneş Enerjisinin Süreksizliği : Bilindiği gibi güneş ışınımı gün boyunca sürekli değildir. Geceleri hiç ışınım olmamasının yanında gündüzleri de ışınım şiddeti saatlere göre değişiklik göstermektedir. Bulutluluk oranına göre de yararlanılabilen güneş ışınımında büyük dalgalanmalarla karşılaşılmaktadır. Oysa reaktör için gerekli ısı ihtiyacı süreklidir. Bu durumda güneş enerjisinin depolanması zorunlu hale gelmektedir. 


1.1--Güneş enerjisinin depolanmasında genel olarak suyla ısıl enerji depolama yöntemi kullanılır Bunun için sisteme optimum büyüklükte sıcak su akümülasyon tankı veya boyler ilave edilir. Ayrıca oluşabilecek pik yük karşılama yetersizliğine karşı yardımcı ısıtıcıların sistem tasarımında göz önüne alınması gerekmektedir. 


1.2--Genellikle bu sorunun giderilmesinde otomatik kontrol elemanlarıyla birlikte elektrikli rezistans veya ortamda bulunan bir ısı üretim ünitesi kullanılmaktadır.


2--Ani Sıcaklık Değişimi : Güneş enerjisi destekli biyogaz reaktörlerinde karşılaşılan önemli sorunlardan birisi de, reaktör ısı değiştiricisine gönderilen yüksek sıcaklıktaki akışkanın sebep olduğu ani sıcaklık değişimleridir. 


2.1--Bu değişimler metan üreten bakteriler üzerinde olumsuz etki yaratmaktadır. Özellikle ısı kayıplarının az ve güneş ışınım şiddetinin yüksek olduğu yaz aylarında akümülasyon tankında bulunan suyun sıcaklığı yükselmektedir. 


2.2--Bu sakıncanın giderilmesi için sisteme otomatik kontrol elemanlarının eklenmesi ve sistem tasarımında değişikliğe gidilmesi gereklidir. Bu sorunu giderebilecek bazı çözüm yöntemleri aşağıda verilmiştir.


2.1--Çift Akümülatör Uygulaması : Bu yöntem ile ısıl depolama kademeli olarak gerçekleştirilir. güneş enerjisi birinci akümülatörde depolanır. Burada normal koşullardaki sıcaklık artışına karşı önleyici bir mekanizma kullanılmaz. 


2.1.1--İkinci akümülatörde ise sıcaklığın reaktör sıcaklığından çok yüksek olmayacak seviyede sabit tutulması hedeflenir. Böylece reaktör ısı değiştiricisine gönderilen ısıtma suyu kontrol altına alınmış olur. Bu sistemin dezavantajlarından biri sisteme ikinci bir ısı değiştiricisinin ilave edilmesi ve değiştirici verimi yüzünden enerji kayıplarının artmasıdır. 


2.1.2--Ayrıca ısı depolama yüzeyindeki artış nedeniyle ısı kayıpları da artmaktadır. Yatırım maliyetlerinin artması da yine bu sistemin dezavantajlarından birisidir.Sistemde güneş kolektöründe bulunan boylerden 2.boylere sıcak su 1.pompa ile ,2.boylerden reaktöre sıcak su 2.pompa ile basılır.


2.2--Üç Yollu Vana Uygulaması : Sisteme oransal servo motorlu üç yollu vana ilave edilerek ani sıcaklık değişimleri önlenebilir. Sıcaklık sensörü tarafından okunan değer kontrol paneli tarafından değerlendirilerek akümülatörden gelen su, reaktörün ısı ceketinden gelen su ile belli oranda karıştırılarak reaktöre tekrar verilir. 


2.2.1--Bu sistem en sağlıklı ve en verimli çözümdür. Fakat bu sistem de yatırım maliyetlerinin artmasına neden olmaktadır.Sistemde güneş kolektörü boylerinden reakstöre giden hat üzerine önce 3 yollu vana ardına pompa konulur.


2.2.2--Reaktörden güneş kolektörü boylerine dönen hattan bir Te alınarak 3 yollu vananın 3.ucuna bağlanır.Dolayısıyla vana set edilen değerler arasında çalışır.3 yollu vanada Reaktör dönüş hattı ile gidiş hattı ılıtılarak,reaktör girişine verilir.


2.3--Frekans Konvertörlü Sirkülasyon Pompası Uygulaması : Frekans konvertörü, kontrolü istenen parametreler ışığında pompanın devrini dolayısı ile debisini kontrol etmemizi sağlamaktadır. akümülatörle reaktör ısı ceketi arasındaki sıcak su sirkülasyonunu sağlayan pompa, ∆t sıcaklık regülasyonuyla çalıştırılmaktadır. Akümülatörde bulunan suyun sıcaklığı ile reaktör sıcaklığı arasındaki fark büyük olduğunda devir/debi düşmekte, azaldığında ise artmaktadır. Bu sistemde yatırım maliyetleri yüksektir. Ayrıca frekans konvertörlü pompalar gerilim düzensizliği yüksek olan yerlerde sık arızaya geçerek sorunlara neden olmaktadır.


2.4--Manuel Debi Ayarlama Uygulaması: Yatırım maliyeti öncelikleri nedeniyle yukarıda belirtilen çözümler uygulanamadığında, akümülatör ve reaktör arasına bir by-pass hattı eklenebilir. Hat üzerindeki vanalar aracılığı ile ısıtma suyu debisi ayarlanır. Işınım şiddetinin yüksek olduğu zamanlarda A vanası açılarak B vanası kısılır. 


2.4.1--Bu sistemin dezavantajı kontrolün insan faktörüne bırakılmasıdır. Ayrıca verim bakımından diğer çözümlerden daha düzensiz bir yapıya sahiptir. Manuel debi ayarlamada,güneş kolektörü ile reaktör arasında pompalı gidiş ve direk dönüş hattı olaup,pompadan sonra gidiş ile dönüş arasınad bir hat bağlanar ve araya vana konulacaktır ayarıca,bu by pas hattınından sonra yine gidiş hattı üzerine yine bir vana konulacaktır.,dönüş hattına ise çekvalf konulacaktır.


2.5--Kabuklaşma (Kekleşme) : Isı değiştiricilerin yüzeyinde yüksek sıcaklık sebebiyle kabuklaşma oluşur. Bu durum değiştirici verimini düşürerek sistemin çalışmasını olumsuz yönde etkiler. Bu sorunun önlenmesi için mezofilik bölgede çalışan ısı değiştiricisine gönderilen suyun sıcaklığının 45-55oC arasında tutulması gerekmektedir .Bunu sağlayabilmek için alınacak önlemler, ani sıcaklık değişimine karşı alınan önlemler ile aynı olacaktır.


3--Yer Sorunu : Güneş enerjisi destekli biyogaz reaktörlerinin kurulmasında karşılaşılan sorunlardan birisi de yer sorunudur. Isı ihtiyacı hesap edildikten sonra belirlenen kolektör alanı, bazı uygulamalarda oldukça büyük olmaktadır. Özellikle verimleri düşük kolektörler ile çalışıldığında bu sorun daha da belirginleşmektedir. 


3.1--Verimleri yüksek, seçici yüzeyli güneş kollektörlerinin sistem oluşturulmasında kullanılması çözüm olarak uygulanabilir. Ancak bu tip kolektörlerin de yatırım maliyetleri daha yüksek olmaktadır.


4--Enerji Fazlalığı : Sistem tasarımı sırasında ışınım değerlerinin düşük, ısı kayıplarının yüksek olduğu kış aylarının göz önüne alınması, yaz aylarında atıl bir kapasitenin oluşmasına neden olmaktadır. 


4.1--Projelendirme sırasında ortalama değerler baz alınarak optimum kapasitenin sağlanması ile bu sorun bir derece giderilebilmektedir. Ortaya çıkan fazla enerjinin entegre başka bir ünitede değerlendirilmesi yoluna gitmek çözüm yollarından birisidir.


5--Veri Yetersizliği : Çalışma koşullarının belirlenmesinde bölgesel koşulların tümünün göz önüne alınması ve mümkünse projelendirme aşamasından önce sistemin kurulacağı yerde ölçümlerin başlatılması çözüm yöntemlerinden birisidir.


5.1--Kullanılacak güneş kolektörlerinin seçiminde, malzeme özelliklerinin ve çalışma değerlerinin bağımsız ve yetkili bir kuruluş tarafından belgelendirilmesi koşulunun aranması da hata payını en aza indirecektir. 


5.1.1--Tasarım sırasında belirli bir emniyet payının hesaplara dahil edilmesi, yatırım maliyetlerinin artmasına sebep olsa da ileride karşılaşılması muhtemel yetersizliklere karşı bir önlem olacaktır.


12--Sonuç Ve Öneriler:


12.1--Biyogaz reaktörlerinin çalışma koşullarına göre belirli sıcaklık değerlerinde sabit tutulması, biyogaz üretimi açısından önemli bir faktördür. Bunun için gerekli olan ısıl enerji girdisi, sistemden elde edilen net enerjinin düşmesine neden olmaktadır.


12.2--Ülkemizin özellikle güney ve batı bölgelerinde, bu enerjinin güneş enerjisi ile sağlanması sistem veriminin artmasını sağlayacaktır. Ege Bölgesinde güneş enerjisinin yanı sıra, jeotermal ve rüzgar enerjisinin de önemli bir potansiyele sahip olduğu bilinmektedir. Reaktörlerin tasarımında bu potansiyelden yararlanabildiğimiz ölçüde biyogaz, ülkemizde hak ettiği konuma gelecektir.


KAYNAKÇA:

1--Tesisat Mühendisliği Dergisi- Güneş Enerjisi Destekli Biyogaz Reaktörlerinin Oluşturulmasında Karşılaşılan Sorunlar Ve Çözüm Önerileri

2—Para Dergisi-18/24.01.2009-S:36





Makalenin İzlenme Sayısı : 372

Eklenme Tarihi : 21.08.2021

Önceki sayfaya geri dön.