Biyokütle Enerjisi Nedir?

Biyokütle Nedir?

Biyokütle, bir türe veya çeşitli türlerden oluşan bir topluma ait yaşayan organizmaların belirli bir zamanda sahip olduğu toplam kütle olarak tanımlanabilir. Biyokütle aynı zamanda bir organik karbon olarak da kabul edilmektedir.

Biyokütle materyalleri işlenerek katı, sıvı ve gaz yakıtlarına dönüştürülebilirler. Bunun sonucunda biyodizel, biyoetanol, pirolitik gaz gibi ana ürünler oluştururken gübre, hidrojen gibi yan ürünler de oluştururlar.

5346 sayılı Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı Kullanımına İlişkin Kanun’da ise biyokütle şu şekilde tanımlanmaktadır: “Organik atıkların yanı sıra bitkisel yağ atıkları, tarımsal hasat atıkları dahil olmak üzere, tarım ve orman ürünlerinden ve bu ürünlerin işlenmesi sonucu ortaya çıkan yan ürünlerden elde edilen kaynaklara biyokütle denir.”

Biyokütle kaynaklarının hayatımızın hemen hemen her alanında karşımıza çıktığını görebiliriz. Örneğin; odun, ayçiçek ve soya gibi yağlı tohum bitkileri, buğday samanı, fındık kabuğu, tarımsal atıklar, çay atıkları, zeytin çekirdeği ve posası, atık kağıtlar, meyve sebze kabuğu gibi evsel organik atıklar, otlar; sap ve kök gibi diğer bitkisel atıklar, yosunlar, denizdeki algler, hayvan dışkıları, gübre ve sanayi atıkları, atık su arıtma tesisi çamurları biyokütle için kaynak oluşturmaktadır.

Biyokütle ürünleri genellikle iki başlık altında ele alınmaktadır:
a) Verimi nispeten daha düşük olan, geleneksel, birinci nesil biyokütle.
b) Daha yüksek verimli, modern, ikinci nesil biyoenerji ürünleri.

Geleneksel biyokütle kapsamında ele alınan ürünler, yoğunlukla gelişmekte olan ülkelerde kullanılan odun ve odun kömürü ve yemek pişirmede, ısıtmada ve aydınlatmada kullanılan hayvansal atıklardır.

Modern biyoenerji ürünleri ise temel olarak iki kategoride değerlendirilmektedir:
i) Biyoetanol, biyodizel gibi ulaşımda kullanılan sıvı yakıtların üretimi,
ii) Organik atıkların yakma, piroliz ve gazifikasyon gibi metodlar ile oksijen varlığında veya oksijensiz olarak yakılması ile enerji üretilmesi.

Biyokütle Enerjisi Nedir?

Biyokütlenin kimyasal içeriğinde karbonun yanı sıra hidrojen (H), oksijen (O), azot (N) ve daha küçük oranlarda alkali, alkali toprak ve ağır metaller içeren atomlar vardır. Ana bileşenleri, karbonhidrat bileşikleri olan bitkisel veya hayvansal kökenli tüm doğal maddeler biyokütle enerji kaynağı, bu kaynaklardan elde edilen enerji ise, biyokütle enerjisi olarak tanımlanır.

Biyokütle enerjisi üç temel alanda kullanılmaktadır bunlar; elektrik, ısı ve ağırlıklı olarak ulaşım amaçlı kullanılan biyoyakıt üretimidir. Biyokütleden ısı ve elektrik, yakma (geleneksel ve endüstriyel yöntemler) ve dolaylı yakma yöntemleriyle elde edilmektedir.

Biyokütle Enerjisi Pontansiyeli Atlası:

Türkiye’nin biyokütle atık potansiyelinin yaklaşık 8,6 milyon ton eşdeğer petrol (MTEP) ve üretilebilecek biyogaz miktarının 1,5-2 MTEP olduğu tahmin edilmektedir. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı’nın yapmış olduğu çalışmalar neticesinde Türkiye’nin biyokütle enerjisi belirlenmeye çalışılmıştır. Bu çalışmalar sonucunda Türkiye’nin sahip olduğu biyokütle enerjisi miktarı Biyokütle Enerjisi Potansiyeli Atlası (BEPA) ortaya konmuştur.

BEPA’ya göre Türkiye’nin toplam biyokütle enerjisi potansiyeli 20.307.069 TEP/yıl’dır. Grafikte de görüldüğü üzere en yüksek potansiyele sahip olan kaynak ise %78’lik bir oranla bitkisel atıklardır.

Toplam 811 MW’lık kurulu güce sahip biyokütle kaynaklı elektrik üretim santrallerinden, 2018 yılında 3.216 GWh elektrik üretimi gerçekleştirilmiştir.

Biyokütle Enerjisi Teknolojileri Nelerdir?

Biyokütle kaynaklarından elektrik, ısı ve yakıt üretimi birçok farklı teknoloji kullanımı ile gerçekleşebilmektedir. Enerji üretimi için seçilmiş olan kaynaklar termo-kimyasal veya biyo-kimyasal çevirim yöntemleri ile istenilen teknolojiye uygun bir enerji formuna çevrilmektedir.

1)Doğrudan Yakma Teknolojileri: iyokütle kaynaklarının doğrudan yakılması ile enerji üretimi en olgun ve yaygın teknolojidir. Kapasite olarak birkaç MW’dan 100 MW ve üzerine dek bir aralıktaki üretimlerde kullanılmaya müsaittir. Stok kullanılabilirliği ve maliyetler, projenin boyutunu ve ekonomik dengelerini büyük bir ölçüde etkilemektedir.

Doğrudan yakma işleminin ana bileşenlerini, yüksek ısıda ve basınçta buhar üreten buhar kazanı ve daha sonra bu buharı elektrik üretme sürecinde kullanan türbinleri oluşturmaktadır. Doğrudan yakma teknolojileri elektrik ve ısı üretimini aynı anda yapabildikleri için kojenerasyon sistemi prensibiyle çalışabilme seçeneğine de sahiptir.

2) Gazlaştırma: Biyokütlenin termo-kimyasal bir yöntem ile sentez gazı elde edildiği bir yöntemdir ve günümüzde en yaygın teknolojilerden biri haline gelmiştir. Bu süreçte karbon içerikli biyokütle kaynağı sınırlandırılmış oksijenin gazlaştırma odasına verilmesiyle yakılmaktadır.

Gazlaştırma sürecinde biyokütlenin sahip olduğu enerjinin yaklaşık %85’i gaza dönüştürülebilmektedir. Gazlaştırma sürecinin sonunda elde edilen gazın karışımı; karbonmonoksit (CO) ilk, hidrojen (H2) de ikinci ana komponenti oluşturmaktadır. Gazlaştırma tesisine giren atıkların özelliklerine ve kimyasal yapılarına göre de belirli miktarlarda metan (CH4), karbondioksit (CO2), sülfürdioksit (SO2) ve etilen (C2H4) gibi maddeler bulunabilmektedir. Bu alt sentez gazı komponentleri reaksiyonun ilerleyen aşamalarında yanmaktadır ve kalan atık gazlar gaz yıkama sisteminde temizlenerek atmosfere bırakılmaktadır.

Bunlarla birlikte, atıkların yanması sonrasında kalan kül de yine giren atıkların kimyasal özelliklerine göre farklılık gösterebilen bir biyokömüre (biochar) dönüşmektedir. Bu noktadan sonra üretilen gaz; yanmalı motorlarda, mikro-türbinlerde, ısı motoru (stirling motoru) veya gaz türbinlerinde kullanılarak ısı ve güç üretmektedir.

3) Piroliz: Gazlaştırma çevrim tekniklerinden biri olan piroliz biyokütle kaynağının oksijensiz bir ortamda 400°C-650°C de ısıtılarak farklı enerji formlarına dönüştürülmesidir. Bu süreç sonunda düşük maliyetli ve taşıması kolay biyoyağ (%60) üretilirken, artık olarak singaz (sentez gazı) olarak bilinen yanıcı gaz (%20) ve biyokömür (%20) oluşmaktadır. Üretilen biyoyağ üretimden sonra tekrardan işlenebilmesi, yüksek enerjisi ve taşıma kolaylığı açılarından avantajlı bir yakıttır. Her ne kadar üretilen biyoyağ ve biyokömürün elektrik ve ısı üretiminde kullanılması üzerine araştırmalar devam etse de mevcut durumda ticari olarak kullanıma geçmemiştir.

4) Anaerobik Çürütme: Biyo-kimyasal bir çeviri sistemi olan anaerobik çürütme oksijensiz bir ortamda organik maddelerin, mikro-organizmalar tarafından çürütülmesidir. Anaerobik çürütme yoğunlukla belediye katı atıklarının enerjiye çevrim sürecinde kullanılmaktadır ve elde edilen biyogazın (çöp gazın)%50 ila %65’ini metan oluştururken, geri kalan çoğunluğu da karbon dioksit oluşturmaktadır. Süreç sonunda elde edilen gaz motorları veya türbinlerinde yakılarak güç ve ısı üretimi sağlanabilmektedir.

5) Biyokütle ve Fosil Yakıtların Birlikte Yakılması (Co-firing): Kömür santrallerinin optimizasyonunu elde edebilmek için biyokütle ve kömür kaynakları birlikte kullanılabilmektedir. Bu yöntem biyokütle enerjisine dayalı teknolojilerin sunmuş olduğu en ekonomik enerji üretim çözümlerinden biridir.

Co-firing temelde belirli kömür ve biyokütle kaynaklarını kullanarak üretilen enerji sistemidir Bu yöntem kömür ve biyokütlenin birlikte karıştırılarak kullanılması şeklinde uygulanabileceği gibi aynı kazana kömürün ve biyokütlenin farklı besleme sistemleri tarafından karıştırılması ile de uygulanabilmektedir. Kömür santrallerinde teknik değişikliklere gerek duyulmadan %10 ila %20 civarında biyokütle yakıtı kullanılabilmektedir. Co-firing metodu doğrudan yakma ve gazlaştırma süreçlerinde kullanılabilmektedir.

Biyokütle çevrim sürecinden sonra elde edilen yakıtlar katı, sıvı ve gaz olmak üzere üçe ayrılmaktadır ve yatırımcılara ek gelir elde edebilme fırsatı sağlamaktadır.

Biyokütlenin mevcut yakıtlara eşdeğer alternatif katı, sıvı ve gaz biyoyakıt üretilerek enerji teknolojisinde kullanımı ise, doğrudan yakma ile veya fiziksel ve kimyasal süreçlerle sağlanmaktadır:

Biyokütle alanında “elektrik, ısı ve biyoyakıt” üretimi olarak sayılabilecek ana ürünlerin sağladığı gelirlere ilave olarak proses sırasında elde edilen yan ürünlerin pazarlanması veya bu ürünlerin prosese tekrar dahil edilmesi yatırımcılara ek gelir fırsatı sunmaktadır:

Biyokütle Enerjisinin Avantajları Nelerdir?

• Biyokütle enerjisi, hammadde olduğu sürece kesikli olmayan, üretim durumu öngörülebilir bir enerji kaynağıdır.
• Biyokütle kaynaklarından enerji elde edilmesi, fosil yakıtlara göre daha çevreci olarak gerçekleşmektedir. Daha az CO2, SOX, NOX gibi emisyon salınması sağlanır.
• Atık biyokütle kaynaklarından biyogaz eldesi veya doğrudan yakma ile de çevre sorunlarının engellenmesine katkı sağlanmaktadır.
• Biyokütle enerjisi, ülkeler için arz güvenliğini sağlayan yerli ve milli bir enerji kaynadığıdır.
• Biyokütle enerjisi santralleri (BES), pek çok enerji üretim tesisine göre daha az maliyetli olan bir tesistir.

Biyokütle Enerjisinin Dezavantajları Nelerdir?

• Biyokütle kaynakları gıda sorunu meydana getirmeyecek şekilde seçilmeli ve planlı bir şekilde üretilmeli ve kullanılmalıdır.
• Biyokütle kaynakları üretiminde eğer verimli toprak arazileri kullanılması durumu söz konusu ise bu alanın gıda üretimi için kullanılması gerekip gerekmediği tespit edilmelidir. İlk önce gıda üretimi göz önüne alınmalıdır.

Kaynaklar:
1) Deloitte, “Biyokütlenin Altın Çağı”
2) ETKB
3) http://bepa.yegm.gov.tr