25, Şub 2024
Yayınlayan Beste GÜRNAL
Biyogaz Biyokütle Fermantasyon organik

Günümüzde güneş, rüzgar ve biyokütle gibi alternatif enerji kaynaklarının kullanımı günden güne artarak devam etmektedir. Bu nedenle, biyogaz elde etmek için kullanılabilen materyaller ve biyogazın kullanım alanları, özellikle son yıllarda araştırma ve uygulama konusu olmuştur. (1980 - 86 yılları arasında Türkiye'de Toprak-Su araştırma enstitüleri tarafından yoğun olarak araştırılmıştır.) İnsanların enerji ihtiyacı, gelişen teknoloji ve hızla artan nüfusla birlikte dünyada her yıl artmaktadır. Dünyada fosil yakıt rezervlerinin bitme noktasına ulaşması, üretim maliyetlerinin artması ve küresel ısınmanın da getirdiği etkilerle, insanlığın alternatif enerji kaynaklarına yönelmesi zorunluluk haline gelmiştir. Özellikle çevreye katkıları dolayısıyla yenilenebilir enerji kaynakları her zaman daha sürdürülebilir ve ekosisteme daha faydalıdır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri de biyokütleden elde edilen biyogazdır.

Biyogaz, organik atıkların çeşitli kaynaklarından elde edilir; bunlar arasında atık su arıtma tesislerinden gelen çamur, organik çiftlik atıkları, gıda atıkları; bazı katı atıklar, hayvansal gübreler ve bitkisel artıklar bulunur. Biyogaz, biyokütlenin havasız ortamda çeşitli bakteri gruplarının ortak faaliyetleri sonucunda çürütülmesi(fermantasyonu) sırasında ortaya çıkan ve ağırlıklı olarak metan (CH4) ve karbondioksit (CO2) içeren bir gazdır. Bu gazların yanında az miktarda hidrojen sülfür(H2S), amonyak (NH3) ve eser miktarda H2, N2, CO, O2, aromatikler, halojenli bileşikler (klorürler, florürler vb.) ve silikonlar içerir.

Yineleyecek olursak biyogaz üretebilmek için hayvansal atıklar; bitkisel atıklar, organik evsel katı atıklar vb. kullanılabilmektedir. Biyogaz ile elektrik enerjisi ve ısı enerjisi üretilir.

Anaerobik fermantasyon ile biyogaz üretimi konusunda yapılan ilk çalışmalarda çiftlik gübresi kullanılmıştır. Zaman içerisinde meydana gelen gelişmelerle, fermantasyon işleminde farklı atık türleri gübre ile birlikte kullanılmıştır.

Biyokütle enerji kaynağı olarak, ana bileşenleri karbonhidrat bileşikleri olan bitkisel ve hayvansal kökenli tüm organik maddeler kullanılabilmektedir. Bu enerji kaynakları içerisinde mikroalgler, yüksek fotosentetik etkinlikleri, yüksek biyokütle üretimleri ve hızlı çoğalmaları gibi avantajlarıyla biyoyakıt üretimi için umut verici görülmektedir. Mikroalglerden, biyokimyasal yöntemler ile elektrik, etanol, hidrojen, metan ve biyodizel üretilebildiği gibi termokimyasal yöntemler kullanılarak da sentez gazı, biyolojik kömür, biyodizel ve elektrik üretilebilmektedir.

Biyogaz nasıl oluşur?

Hidroliz, asit oluşturma ve metan oluşumu olmak üzere birbirini takip eden 3 evreden meydana gelir. İlk olarak atıklar, mikroorganizmaların salgıladığı çeşitli enzimlerle çözünür hale getirilir. Sonra çözünür hale gelen bu maddeler; asit oluşturucu bakteriler aracılığıyla asetik asit, hidrojen ve karbondioksit gibi küçük yapılı bileşenlere dönüştürülür. Son aşamada bu maddeler, metan oluşturucu bakteriler tarafından biyogaza dönüştürürler.

Bilgi

Metan, biyogazın ana enerji kaynağıdır ve yakıldığında ısı ve enerji üretir. Gaz bileşimi sabit olmayıp ortam sıcaklığına, su miktarına, asiditesine (pH) ve kullanılan gübrenin bileşimine göre değişiklik gösterir.

Bilgi

Metan üretimi diğer süreçlere göre daha yavaş işleyen bir süreçtir. Metan oluşumunda etkili olan bakteriler çevre koşullarından fazlaca etkilenirler.

kaynak: biyogaz

Bilgi: Fermente olmuş gübrenin fermante olmamışa göre, yetiştirilen bitki türü ve toprak özelliklerine bağlı olarak, ürün veriminin %10-30 oranında artırdığı rapor edilmiştir.

Biyogaz nerelerde kullanılır?

Biyogaz, enerji üretiminde ve ısınma sistemlerinde kullanılır. Ayrıca elektrik ve ısı üreten biyogaz santralleri kurularak elektrik enerjisi üretiminde de kullanılabilir. Biyogazın üretimi aynı zamanda organik atıkların değerlendirilmesine ve çevresel sürdürülebilirliğe katkıda bulunur. Bu şekilde atıkların zararlı etkileri azaltılırken bir yandan yenilenebilir enerji kaynağı elde edilir.

Biyogaz sistemleri, kullanıcılar için oldukça faydalı ve avantajlı bir yöntemdir. Biyogaz sistemlerini kullananlar bu sistemleri organik gübre ve enerji üretiminin doğal bir kaynağı olarak görmelidirler. Birçokları tarafından, biyogaz üniteleri enerji üreten sistemler olarak görülür. Bu yaklaşım doğrudur; ancak bir biyogaz sisteminden elde edilen en önemli ürün enerji değil, organik gübredir.

Bilgi

Biyogaz ile güç(elektrik) üretimi ve ısı enerjisi kullanımının yanında soğutma sistemlerine entegre edildiğinde, trijenerasyon üniteleri ortaya çıkmaktadır. Trijenerasyon sayesinde özellikle ısı enerjisi ihtiyacının düşük olduğu, soğutma ihtiyacının yüksek olduğu yaz aylarında sistem daha verimli kullanılabilmekte dolayısıyla toplam verim artmaktadır. Fakat böyle bir sistemin bu amaçla kullanımı ekipman maliyeti fazla olduğundan çok tercih edilmemektedir.

Biyogazdan Enerji Üretimi

Biyokütlenin elektrik enerjisi üretiminde kullanılması, termik santrallere benzer bir sistemle organik maddelerin doğrudan yakılmasıyla oluşturulan ısıdan buhar elde edilerek türbinleri döndürmesi ve jeneratörlerden elektrik üretilmesi şeklinde olabilmektedir. Ayrıca, farklı tekniklerle biyokütleden elde edilen biyogazın kullanımı ile kombine çevrim gaz santrallerine benzer bir sistemle elektrik üretilebilmektedir. Kentsel atıklardan, çöplerin çürümesi ve anaerobik fermantasyonu (oksijensiz ortamda değişimi/ oksijensiz solunum ile mayalanma) sonucu ortaya çıkan yanıcı biyogaz olan metan gazının kullanımı ile çöp termik santralleri çalıştırılmaktadır. Böylece hem kentsel atıkların enerji üretiminde kullanılması mümkün olmakta hem de atıkların depolanması sorununa çözüm getirilmektedir.

Şehir katı atıkları iyi bir biyokütle enerji kaynağıdır, ama doğası gereği şehir çöplerinde organik ve inorganik maddelerin karışık olması nedeniyle ayırma işlemi yapılmalıdır.

Biyogaz Üretimine Etki Eden Faktörler

Sıcaklığın biyogaz üretimine etkileri:
Metanojenik bakteriler çok yüksek ya da çok düşük sıcaklıklarda inaktif olmaktadır. Bu yüzden biyogaz üretiminin gerçekleşeceği reaktör sıcaklığı, biyogazın üretimine ve hızına direkt olarak etki eder. Bu bakteriler sıcaklık değişimlerine karşı da oldukça hassastırlar.

pH'nın biyogaz üretimine etkileri:
Biyoreaktörde pH düştüğü zaman iki yaklaşım söz konusudur.
Birinci yaklaşımda organik madde beslemesi kesilmelidir. Böylece ortamda metanojenik mikroorganizmaların konsantrasyonunu artırarak yağ asidi konsantrasyonu azaltılabilir. pH normal seviyeye (pH:6.8 gibi) geldiğinde tekrar hammadde beslemesine devam edilir.
İkinci yaklaşım pH’i yükseltmek ve tamponlama kapasitesini arttırmak için ortama kimyasal maddeler ilave edilir

Toksisitenin biyogaz üretimine etkileri
Mineral iyonları, ağır metaller ile deterjan gibi kimyasal maddeler bakterilerin gelişimi üzerinde olumsuz etkiler oluşturur. Bu faktörler üretimin yavaşlaması hatta durmasına neden olabilir. Örneğin hayvan yemlerine karıştırılan antibiyotikler, metan oluşturucu bakteriler üzerinde olumsuz etki yapar.

C/N oranınin biyogaz üretimine etkileri:
Anaerobik bakteriler karbonu enerji elde etmek için kullanmaktadırlar. Azot ise bakterilerin büyümesi ve çoğalması için gerekli olan diğer maddedir. C/N oranı biyogaz elde edilecek olan atık için uygun değerlerde olmalıdır. Oran 23/1 düzeyinden fazla ya da 10/1 oranından az olmamalıdır. Azot oranının fazla olması amonyak oluşumuna yol açtığından biyogaz üretimini olumsuz yönde etkiler.

Gaziantep'te Bir Biyogaz Tesisi

Biyogazın Avantajları

Yenilenebilir enerji kaynağı olmasıyla çevresel sürdürülebilirlik açısından faydalıdır.
Üretim için gereken ekipmanlar yani hammaddeler basit ve maliyetsiz olan hayvansal, bitkisel, endüstriyel atıklar ve kanalizasyondur.
Doğada kirliliği önleyici niteliğe sahip bir uygulamadır.
Ucuz bir teknolojidir. Biyogazların kurulumu kolay olduğundan büyük ölçekli yatırımlara ihtiyaç duymaz.
Depolama alanlarında üretilen gazları enerjiye dönüştürerek sera gazı emisyonunu da azaltır.
Atıkların çevreye verdiği zararı azaltarak atık yönetimi sağlar.

Biyogazın Dezavantajları

Biyogaz, rafine etme süreçleri yerine getirildikten sonra birtakım kirlilikleri getirir.
Biyogazın büyük çapta kullanılması ekonomik açıdan uygulanabilir değildir. Biyogaz sistemlerinin etkinliğini arttırmak çok zordur.
Biyogaz kararsız yapıda olduğundan, metan oksijenle temas ederse ve doğada yanıcı hale gelirse patlamalara sebebiyet verebilir.

Dezavantajları olsa da, dünya ülkeleri biyogazın çeşitli alanlardaki kullanımlarını uygulamaya başlamıştır. Şu anda ülkemizde fazla yaygın olmasa da üretim yapan biyogaz tesisleri mevcuttur. Önemli olan, bu işin profesyonelce yapılması açısından eğitim ve donanıma ihtiyaç olduğudur. Maalesef çoğu konuda olduğu gibi ülkemizde, bu konuda yeterli bilgiye sahip kişilerin bulunmasıyla ilgili sorunlar mevcuttur.

Bakıldığında ülkemizde biyogaz üretimi için gerekli hayvansal ve bitkisel atıklar oldukça fazla, dolayısıyla nüfus artışı ve gelişen teknoloji ile birlikte enerji ihtiyacını karşılayabilmek ise önemlidir. Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan atıkların çevreyi kirletmesinin önüne geçerek enerji üretimine olanak sağlayan biyogazın ülkemizde yaygınlaşması, kaynakların çok yönlü değerlendirilmesi ve atıl kalmaması, çevresel faydaları da hesaba katıldığında dünyamız için güzel bir gelişme yaratır.

Biyogazın tesis oranlarına bakıldığında dünyadaki tesislerin %80'i Çin'de %10'u Hindistan’da, Nepal ve Tayland'da bulunur. Uygulamaların katkısına güzel birer örnek verecek olursak; Hindistan’da fermente gübrenin kullanımı kimyasal gübre kullanımını %30-35 oranında düşürmüştür (Kocar ve Eryasar, 2004; Kocar vd., 2007). Ve Çin'de de kömüre alternatif olarak biyogaz kullanımının yaygınlaşması hedeflenmiştir.

Söylediklerimizden özetle biyogaz üretiminin temel amacı, çevreye zarar vermeden ısı ve elektrik enerjisi üretmektir. Ayrıca önemli bir amacı da organik atıkların kontrollü koşullarda depolanmasının sağlanması, arıtma etkisinin bulunması, organik atıklardan kaynaklanan koku sorununu büyük ölçüde çözmesi ve tarımda organik gübre kullanımını kolaylaştırmasıdır.