Yazı İçeriği
Biyokütle Enerjisi Nedir?
Biyokütle, bir türe veya çeşitli türlerden oluşan bir topluma ait yaşayan organizmaların belirli bir zamanda sahip olduğu toplam kütle olarak tanımlanabilir. Ana bileşenleri karbohidrat bileşikleri olan bitkisel ve hayvansal kökenli tüm organik maddeler biyokütle enerji kaynağı, bu kaynaklardan elde edilen enerji ise biyokütle enerjisi olarak tanımlanır.
Biyokütleye örnek olarak, ağaçları, mısır, buğday gibi özel olarak yetiştirilen bitkileri otları, yosunları, denizdeki algleri, evlerden atılan meyve ve sebze artığı gibi tüm organik çöpler, hayvan dışkılarını, gübre ve sanayi atıkları verilebilir. Kömür, petrol ve doğal gaz gibi yakıtlarda, yine canlı varlıkların milyonlarca yıl yer altında kalması milyonlarca yıl ile oluşan fosil biyokütle olarak anılabilirler. Bu milyonlarca yılda oluşan bu birikimin kısa süre içinde yakılması hava da ki karbon dioksit dengesinin bozulmasına yol açmış, bunun sonucu olarak da küresel ısınma potansiyeli artmıştır.
Biyokütlenin Avantajları
- Hemen her yerde yetiştirilebilmesi
- Üretim ve çevrim teknolojilerinin iyi bilinmesi
- Her ölçekte enerji verimi için uygun olması
- Düşük ışık şiddetlerinin yeterli olması
- Depolanabilir olması
- 5–35° C arasında sıcaklık gerektirmesi
- Sosyo-ekonomik gelişmelerde önemli olması
- Çevre kirliliği oluşturmaması
- Sera etkisi oluşturmaması
- Asit yağmurlarına yol açmaması
Biyokütlenin Dezavantajları
- Düşük çevrim verimine sahip olması
- Tarım alanları için rekabet oluşturması
- Su içeriğinin fazla olması
Biyokütlenin Elde Edilme Yöntemleri ve Kullanım Çeşitleri
Elde edilen verim ve özelliklerine göre biyokütle 2 grup altında ele alabiliriz. Birinci nesil ve ikinci nesil biyokütle olarak adlandırılan bu gruplarda verim, ayırıcı etkendir. Bu kaynaklardan elde edilen enerji, ısınma, ısı, elektrik ve ulaşımda kullanılan biyoyakıt olarak günümüzde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Halen elde edilmekte olan biyokütle enerjisinin;
- Tarımsal Kökenli
- Bitkisel Kökenli
- Yağlı tohum bitkileri: Kolza, Ayçiçek, soya vb.
- Karbonhidrat bitkileri: Patates, buğday, mısır, pancar vb.
- Elyaf bitkileri: Keten, kenaf, kenevir, sorgum, miscanthus vb.
- Protein bitkileri: Bezelye, fasulye, buğday vb.
- Bitkisel artıklar: Dal, sap, saman, kök, kabuk vb.
- Hayvansal Kökenli
- Sığır, at, koyun, tavuk vb. dışkıları
- Mezbahane atıkları
- Bitkisel Kökenli
- Ormansal Kökenli (Enerji ormanları)
- Endüstriyel Ve Kentsel Kökenli (Çöpler) olarak üretilmektedir.
Biyokütleden enerji üretimi için kullanılacak teknoloji doğrudan atığın fiziksel ve kimyasal özelliklerine bağlıdır. Yüksek organik oran, havasız çürütme gibi biyolojik süreçler için gereklidir. Ayrıca nem miktarı da bir diğer önemli özelliktir. Yüksek nem biyogaz üretimi için avantajlı iken termokimyasal süreçler olan gazifikasyon ve akışkan kazanlı yakma ise yüksek katı oranına (>%60) ihtiyaç duyar.
Şekil 2.1’de biyokütle çevrim çeşitleri görülmektedir. Burada gazifikasyon, organik atıkların az oksijenli ortamda yüksek sıcaklıklara çıkarılarak kalorifikdeğeri yüksek olan sentez gazının oluşması sürecidir. Oluşan bu sentez gazının ana bileşenleri hidrojen, karbonmonoksit, metan ve karbondioksittir. Sentez gazı, toplanarak temizlenir ve sentez gazı motorlarında yakılmak üzere şartlandırılır. Üretilen sentez gazından elektrik üretilirken süreç sonunda kalan organik atıklara ise Biyokömür (Biochar) adı verilir. Biyokömür içerdiği yüksek alkali içeriği nedeniyle mükemmel kalitede bir toprak düzenleyicidir. Özellikle tarım topraklarının asitleşme sorunu olduğu düşünüldüğünde biyokömür son derece yararlı ve gerekli bir üründür.
Piroliz ise gazifikasyona çok benzemekle beraber daha düşük sıcaklıklarda (5000 ºC) gerçekleşir. Düşük sıcaklık sebebiyle gaz oluşumu daha az, yan ürün oluşumu daha yüksektir. Piroliz sürecinde biyokömür ve sentez gazı yanında biyoyakıt ve diğer bazı öncü maddeler elde edilir. Akışkan yataklı yanma özellikle odunsu materyallerden enerji üretimi için yaygın olarak kullanılan bir teknolojidir. Yüksek katı oranına sahip atıklar yüksek oksijenli ortamda yanarak ısı üretir; bu ısı da buhar türbinleri vasıtasıyla elektrik üretmek için kullanılır.
Yakma teknolojisi yıllar içinde gelişerek akışkan yataklı yakmaya evrilmiştir. Bu teknolojide, kireçtaşı ve kum gibi etkisiz materyaller kazan içinde yüksek sıcaklıklara erişmek ve bu sıcaklığı korumak için kullanılır. Bu materyaller genellikle yatak olarak anılır ve sıcak hava ile kazan içinde uçuştukları için akışkan yatak adını alırlar. Akışkan yataklı kazanlar ısı transferini maksimize ederek yakıtın yüksek performansla yanmasına imkân verir. Uçan ve ağır kül ise toplanarak farklı endüstriler için hammadde olarak satılabilir.
Biyogaz Üretimi
Biyokütleden enerji üretimi süreçleri içinde havasız çürütme çok yönlülüğü ile öne çıkmaktadır. Biyogaz üretimi yüzyıllardır kullanılan bir yöntemdir ve biyogaz birçok şekilde enerjiye dönüştürülebilir. Basitçe yakılarak doğrudan enerjiye dönüştürülebileceği gibi kojenerasyon motorlarında elektrik ve ısı üretimi içinde kullanılabilir. Biyogaz depolanarak saklanabilir ya da biyometana yükseltilerek doğalgaz hattına pompalanabilir. Ayrıca yan ürün olarak organik gübre üretilir.
Biyogaz üretimi son derece karmaşık olmakla beraber aslında çok basittir. Biyogaz, organik maddenin oksijensiz ortamda oluşan gaz ürünüdür. Bu süreç halihazırda bataklık, deniz dibi ya da gübre çukurları gibi doğal ortamlarda kendiliğinden oluşmaktadır. Biyogazın ana bileşeni metan ve karbondioksit olmakla beraber farklı safsızlıklar da içerir. Tipik bir biyogazın %55-70’i metan iken , %30-45’i karbondioksit ve geri kalanı da hidrojen, hidrojen sülfit, karbon monoksit ve azot gazı gibi safsızlıklardır. Organik maddenin çürütülmesi hidroliz, asidojenez, asetojenez ve metanojenez isimli farklı aşamalarla gerçekleşir.
İlk aşama olan hidroliz, büyük yapılı organik maddelerin (karbonhidratlar, albümin, yağ asitleri vb.) suda çözünen basit organik yapılara (aminoasit, şeker, yağ asitleri vb.) dönüşmesi sürecidir. Hidrolitik bateriler materyallerin yapısını bozan enzimler üretir. Kompleks yapılı bileşenler hidroliz edildikten sonra farklı bakteri türleri bu basit bileşenleri farklı basit asitlere, hidrojen ve karbondioksite dönüştürür. Bu aşamaya asidojenez adı verilir. Burada üretilen bileşikler tamamen mikrobiyal türlere ve çevresel koşullara bağlıdır. Üçüncü aşama olan asetojenezde ise bir önceki aşamada oluşan basit asitler asetik asit gibi daha az karbonlu asitlere, karbondioksit ve hidrojene dönüştürülür. Son aşama olan metanojenezde ise bu asetik asitler, hidrojen ve karbondioksit metanojen arkeleri tarafından metana dönüştürülür
Türkiye’de Biyokütle Enerjisisin Durumu
Türkiye’ye yönelik yapılan araştırmalardada Türkiye’de biyokütle enerji potansiyeli yıllık 20.307.069 TEP’tir. Böylesine yüksek bir potansiyelin oluşmasında en önemli katkıyı ise bitkisel atıklar ve hayvan türleridir.
Türkiye’de buğday sapı, tahıl tozu, fındıkkabuğu gibi çeşitli tarımsal artıklar biyokütle enerjisi kaynaklarıdır. Türkiye’nin enerji ormancılığı amacıyla düzenlenebilecek 5 milyon hektar orman arazisi vardır. Bu miktarının 2,6 Mha’lık kısmı yakacak odun yapılan verimli ormanlardır. Kalan 2,4 Mha’lık kısmının ürünü ise düşük kalitelidir. Tarımsal artıklardaki kuru kaynaklardan hesaplanmış toplam artık miktarı yaklaşık olarak 54,4 milyon tondur. Tarımsal artıkların yıllık enerji eşiti 15,5 MTEP olarak belirlenmektedir.
Türkiye İstatistik Kurumu‘ndan elde edilen sonuçlara göre hayvan türleri içinde en önemli tür sığırdır. Sığır alttürleri içinde ise kültür sığır türü en fazla biyokütle potansiyeline sahiptir. Büyükbaşlara ait toplam potansiyel 10.668.319 MWh olarak hesaplanmıştır. Büyükbaş hayvanlar içinde kültür sığır türüne ait potansiyel enerji ise 6.502.552,8 MWh tir.
Hayvansal kaynaklı potansiyel enerji hesaplamasında üç önemli parametre bulunmaktadır. Bunlar üretim miktarı, hayvan başına atık miktarı ve birim atık başına düşen enerji miktarıdır. Tablo 3.1’ de Türkiye biyokütle enerjisi potansiyeli atlasında kullanılan atık üretim miktarları ve atıkların birim enerji değerleri verilmiştir. Buna göre melez sığır ve kültür sığır türlerinin ürettikleri yıllık atık miktarları, deve ve manda göz ardı edildiğinde tabloda en fazla atık üreten türdür. Bu iki sığır türü aynı zamanda Türkiye’de yetiştirilen büyükbaş hayvan sayısının çoğunluğunu oluşturmaktadır.
| Türler | Atık (ton/yıl) | Enerji (kWh/ton) | Türler | Atık (ton/yıl) | Enerji (kWh/ton) |
| YerliSığır | 5,475 | 72,106 | Eşek | 2,737 | 43,031 |
| MelezSığır | 6,570 | 87,225 | Koyun | 1,095 | 32,564 |
| KültürSığır | 9,125 | 108,159 | Keçi | 0,730 | 22,097 |
| Manda | 7,300 | 101,181 | Etlik Tavuk | 0,027 | 326,803 |
| At | 5,475 | 72,106 | Yumurtalık Tavuk | 0,055 | 326,803 |
| Katır | 4,380 | 56,987 | Hindi | 0,038 | 326,803 |
| Domuz | 0,730 | 108,159 | Kaz | 0,047 | 326,803 |
| Deve | 10,220 | 108,159 | Ördek | 0,047 | 326,803 |
Potansiyel Biyokütle Enerjisinin Kullanılabilirliği
Türkiye’de yetiştirilen hayvan türlerine bağlı enerji potansiyelleri aşağıdaki grafikte verilmiştir. Ayrıca hayvansal, bitkisel ve belediye kaynaklı değerler de Tablo 4.1’ten görülmektedir. Yapılan analiz sonucunda büyükbaş kaynaklı biyokütle enerji potansiyeli 10.668.319 MWhtir. Küçükbaş üretimi kaynaklı potansiyel enerji 1.271.690,5 ve kanatlı üretimi kaynaklı potansiyel 3.957.868,1’dir.
Şekil 4.1. Hayvansal Atıkların Enerji Eşdeğeri (TEP/yıl) Şekil 4.2. Hayvansal Atık Miktarı (Ton/yıl)
Türkiye’nin biyokütle enerji potansiyeli yüksek olsa da halihazırda halen çok sayıda proje bulunmamaktadır.Türkiye’de kurulu olarak yaklaşık 120 adet biyogaz, biyokütle, atık ısı ve pirolitik yağ enerji santrali bulunmaktadır. Bu tesislerin toplam kurulu ve işletmedeki güçleri ise sırasıyla 714 MWe ve 517 MWe olmaktadır. Türkiye’de çöp gazı projeleri biyokütle enerjisinin çoğunluğunu oluşturmaktadır. Kurulu gücün %40’ı ve işletmedeki kurulu gücün %45’i çöpgazı tesislerine aittir. Termal biyokütle teknolojileri olanyakma ve gazifikasyon tesisleri kurulu ve işletmedeki gücün sırasıyla diğer büyük yüzdeleri olan %39 ve %33’ü oluşturmaktadır. Hayvansal dışkı ve tarım atıkları gibi katı atıklardan biyogaz yoluyla enerji üretimi son beş yılda artış göstermiştir. Atıksu arıtımı yapan atıksu artıma tesisi kaynaklı biyogaz santralleri ise kurulu ve işletmedeki güçte sırasıyla %2 ve %3 gibi bir oranda bulunmaktadır. Yıllık bazda ise toplam elektrik üretimi 2.27 Gigawattı bulmaktadır. Biyogazdan üretilen bu güç günümüzde Türkiye’nin elektrik ihtiyacının %0,9’ı karşılamaktadır.