Köşe Yazısı-Gökhan Türker

Yaşayan ya da yakın zamanda yaşamış biyolojik maddelerin tamamı biyokütle olarak tanımlanabilir.  Biyokütle, daha çok farklı faaliyetler sonucu oluşan organik atıklar olarak karşımıza çıkmaktadır. Özellikle en sık rastlanan organik atıklar hayvancılık sebebiyle oluşan hayvan dışkıları, tarım faaliyetleri sonucu oluşan zirai atıklar, günlük hayatımızda oluşturduğumuz evsel katı atıklar, çeşitli sanayi kollarında oluşan endüstriyel atıklar (bkz. mezbaha, gıda sanayi vs.) ve evsel atık suyun arıtılması sürecinde oluşan aktif çamurdur.

Bu kapsamda enerji üretimi için kullanılan başlıca biyokütle türleri aşağıdaki gibidir:

Tablo 1: Biyokütleden Enerji Üretimini Sağlayan Hammadde Kaynakları

Organik atıklar biyolojik çürümeye yatkın olduklarından doğada kontrolsüz yok olmaları ciddi çevre ve sağlık problemleri yaratabilmektedir. Hem doğal kaynakları (yeraltı ve yerüstü suları) kirletmeleri hem de insan sağlığı için hastalık riski oluşturması sebebiyle bu atıkların uygun yöntemlerle çevreye en az zarar verecek şekilde bertarafı gerekli olmaktan ziyade zorunludur.

Biyokütle türleri özellikle nem oranına göre iki farklı yöntemle enerjiye çevrilebilir. Nem oranı yüksek (%70-%95) biyokütleler havasız çürütme ile biyogaz üretimi yöntemiyle enerjiye dönüştürülürken, nem oranı düşük (%5-%40) biyokütleler ise termal yöntemlerle (gazlaştırma, piroliz, akışkan yataklı yakma) enerji dönüştürülürler.

BİYOGAZ TEKNOLOJİSİ

Organik atıklardan enerji elde edilmesinde kullanılan en önde gelen teknolojilerden biri biyogaz teknolojisidir. Organik bileşiklerin oksijensiz ortamda bozunması sonucu ortaya çıkan gaza biyogaz denmektedir. Biyogazın yanıcılığı içinde bulunan metan gazından gelir. Metan gazı orta düzeyde kalorifik değeri olan yanıcı bir gazdır. Bir biyogaz tesisinde gelen atıklar çeşitli ön işlemlerden geçtikten sonra fermentasyon tankına alınır ve burada metan üretimi sağlanır. Üretilen metan, biyogaz motorlarında yakılarak elektrik üretilir.

Yaygın olarak bir biyogaz tesisine getirilecek olan biyokütle, genellikle hayvan çiftliklerine ait katı ve sıvı gübreden oluşmaktadır. Lakin yiyecek endüstrisi atıklar, mezbaha atıkları gibi organik içeriği yüksek her türlü atık hammadde olarak kullanılmaya uygundur.  Bir biyogaz tesisinin işleyişi kısaca aşağıdaki gibi özetlenebilir:

-Tesise getirilen atıklar atık kabul havuzlarına alınarak hem karışması hem de beslemenin düzgün yapılması için şartlandırılması yapılır. Daha sonra uygun tipteki pompalarla fermantasyon tanklarına nakledilir. Bu aşamada farklı atık tipleri için farklı ön uygulamalar yapılabilir/yapılması gereklidir. Bu noktada katı madde en önemli kıstas olarak kabul edilebilir.

– Fermantasyon tankı olarak iki farklı teknoloji Türkiye’de kullanılmaktadır. Bunlardan ilki Tayland Tipi adıyla da anılan anaerobik lagün teknolojisidir.  Bu teknolojide atıklar derinliği 8-10 metre olan büyük lagünlerde fermantasyona tabi tutulur. Bu sistemin kendine göre avantaj ve dezavantajları vardır. Kısaca bahsetmek gerekirse yüksek hacme bağlı yüksek bekleme süresi, ucuz maliyet ve düşük teknoloji seviyesi avantajlar arasında yer alırken; yüksek alan ihtiyacı (100 dönüm civarı), karıştırma ve ısıtma sorunları ve inşaat bazlı teknoloji durumu dezavantajları arasındadır. Diğer teknoloji ise daha yaygın olan ve Alman Tipi adıyla anılan silo teknolojisidir. Bu sistemde fermantasyon dikey kule tipi silolarda yapılır. Az yer ihtiyacı, yüksek kontrollü sistem ve etkin ısıtma/ karıştırma avantajları arasında yer alırken, optimum bekleme süresi, yüksek teknolojiye bağlı kurulum ve işletme maliyeti ise dezavantajları arasındadır.

– Fermantasyon tanklarında oksijensiz fermantasyon işleminin gerçekleşebilmesi için belirli bir ısı gerekmektedir. Bu ısı ile kontrollü bir şekilde oksijensiz fermantasyona maruz kalan atıklar biyolojik olarak bozunmaya başlarlar. Biyokütlenin içindeki organik kısım parçalanırken, polimerler monomerlere, karbondioksite ve uçucu yağ asitlerine dönüşürler. CO2 ve uçucu yağ asitlerinin oluşmasının ardından metanojenik arkeler vasıtasıyla ara (uçucu yağ asitleri ve CO2) ürünler CH4 (metan) gazına dönüşürler ve biyogaz oluşumu başlar. Biyogaz oluşurken aynı zamanda sistemin sıcaklığı ve oluşan tepkimeler sonucunda nem ve H2S gibi istenmeyen gazlar da oluşur. Belirli bir ısıda ve belli usuller uygulanarak gerçekleştirilen oksijensiz fermantasyon işlemi sonucu organik madde %20 – %50 oranında biyogaza dönüşür.

-Elde edilen biyogazın içindeki nem ve H2S gibi safsızlıklar, gaz temizleme sistemleri vasıtasıyla biyogazdan uzaklaştırılır. Temiz metan olarak biyotemizleyiciden çıkan gaz, belli basınç ve sıcaklığa sabitlenerek motor odasına gönderilir. Biyogaz motorları içten yanmalı motorlardır ve biyogazı yakarak elektrik üretirler. Üretilen elektrik, orta gerilim hattına verilerek devlete satışı gerçekleştirilir. Yakılan biyogaz sonucunda ısıl enerji de açığa çıkar. Buradaki atık ısı, kojenerasyon sistemi sayesinde biyoreaktörün sabit bir sıcaklıkta tutulmasında kullanılır.

-Günlük toplam katı atığın %10’u biyogaza dönüştürüldükten sonra kalan kısmı gübre olarak değerlendirilir. Çıkan kısımda katı sıvı faz ayrımı yapılarak sıvı gübre ile katı gübrenin ayrılması sağlanır. Elde edilen katı gübre susuzlaştırma ve kurutma işlemlerinin ardından gübre paketleme ünitesinde paketlenerek piyasaya arz edilir. Sıvı gübre ise isteğe bağlı olarak katı atıkların seyreltilmesi için prosese geri verilebileceği gibi, sıvı gübre olarak piyasaya da sunulabilir.

Biyogaz tesisinin ana bileşenleri şu şekilde listelenebilir:

  1. Atık Kabul Havuzları
  2. Fermantasyon Tankları
  3. Biyogaz Temizleme Üniteleri
  4. Kojenerasyon Sistemi ve Elektrik Bağlantı Ekipmanları
  5. Atık Isı Kazanı
  6. Gübre Tesisi
Şekil 1: Biyogaz Tesisinin Ana Bileşenleri

Kullanılan Substratlar

İçeriğinde karbonhidrat, protein, yağ, selüloz ve hemiselüloz gibi ana bileşenleri bulunduran biyokütle biyogaz tesislerinde hammadde olarak kullanılabilir.

  • Hayvan atıkları (dışkı, kesimhane),
  • Zirai atıklar,
  • Yenilenebilir hammaddeler,
  • Orman ve endüstriyel atıklar,
  • Deri ve tekstil endüstrisi atıkları,
  • Kâğıt endüstrisi atıkları,
  • Gıda endüstrisi atıkları,
  • Sebze, meyve, tahıl ve yağ endüstrisi atıkları,
  • Bahçe atıkları,
  • Yemek atıkları,
  • Şeker endüstrisi atıkları,
  • Evsel katı atıklar,
  • Atıksu arıtma tesisi çamurları.

Biyogaz tesislerinde kullanılabilen hammaddeler ve bunların sürdürülebilir döngüsü aşağıdaki şekilde verilmiştir:

Şekil 2: Biyogazın Sürdürülebilir Döngüsü

Dr. Gökhan Türker

Çevre ve Yenilenebilir Enerjiler Uzmanı

turkergokhan@gmail.com