YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARINDAN BİYOGAZ ÜRETİMİ

1. YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARINDAN BİYOGAZ ÜRETİMİ TAVUK DIŞKILARINDAN ENERJİ VE ORGANİK GÜBRE ÜRETİMİ MUSTAFA SACİT BAŞOL

2. HAYVANSAL ATIKLAR VE ÇEVRE • Hayvansal katı atıklar, gübre olarak veya kurutulduktan sonra yakıt kaynağı şeklinde tarih boyunca kullanılmıştır. • Geçtiğimiz yıllardaki çiftlik kapasitelerinde ve dolayısıyla gübre miktarlarındaki büyük artışlar nedeniyle gübreden kaynaklanan çevre problemleri gündeme gelmiştir.  

3. HAYVANSAL ATIKLAR VE ÇEVRE • Hayvansal atıklardan kaynaklanan çevre sağlığı sorunları, bazı endüstriyel atıklar dolayısıyla oluşan problemler kadar zararlı olabilmektedir.  Özellikle yüzey sularının alıcı ortama drenajı, tarımdan dönen sular ve hayvan atıklarının nihai depolama alanı olarak kullanılan araziler su kirliliğinin başlıca kaynakları olarak ortaya çıkmaktadır.

4. KANATLI ATIKLARI VE ÇEVRE • Ortalama olarak 1 adet kümes hayvanından 0,022 ton/yıl dışkı oluştuğu kabul edildiğinde; • Türkiye’de yılda yaklaşık 7 milyon ton civarındaki kanatlı dışkısının çevre sorunu yaratan atık olmaktan çıkarılıp, tarımsal gübre, ekonomik değer haline getirilmesi gerektiği anlaşılmaktadır.

5. Artık Kimse Kötü Kokuyu İstemiyor • Atıklardaki nitrat, taban sularına karışarak içme sularının kirlenmesine, kokular ve gübre üzerinde üreyen sinekler de çevre kirliliğine neden olmaktadır. • Diğer taraftan, yıllık yedi milyon ton atık sorunu yaşayan tavukçuluk sektörü, 2012 yılı başında yürürlüğe girmiş olan‚ “Koku Yönetmeliği” nedeniyle de cezai yaptırımlarla karşı karşıya kalmış bulunmaktadır.

6. Mevzuata göre… • Mevzuat uyarınca, atık ve koku sorunu nedeniyle, tavukçuluk işletmelerinin, yerleşim yerine en az 500 metre, ormana ise 150 metre uzaklıkta kurulması gerekmektedir. • Bir işletme, kötü kokular nedeniyle şikayet edilmesi halinde, görevlilerin yapacağı ölçümler sonucunda, bu işletmelere, 24 bin liraya kadar idari para cezası verilebilecek, Üçüncü şikayette ise işletme kapatılabilecektir.

7. Ya Doğa ceza keserse… • Tavuk dışkısının, çevreye yaydığı anormal pis kokunun ötesinde, asit yağmurlarına neden olarak önemli çevresel sorunlara yol açabileceği bildirilmektedir. • Rüzgarlar ile dışkıda bulunan hastalık etmeni mikro-organizmaların daha da geniş alanlara yayılabildiği dikkate alındığında, tavuk dışkısının evsel atıklara göre çevreyi 50 kat daha fazla kirlettiği unutulmamalıdır.

8. HAYVANSAL ATIKLAR VE ÇEVRE • Fosil yakıtların azalması dolayısıyla karşılaşılması olası enerji krizi, hayvansal atıklardan kaynaklanan çevre problemleri ile birlikte düşünüldüğünde, her iki olgunun ileriye yönelik olarak birlikte ele alınması, avantajlı olacaktır.

9. HAYVANSAL ATIKLAR VE ÇEVRE • Hayvansal atıklar için çevresel açıdan kabul edilebilir bertaraf yöntemleri büyük ölçekte biyokütle-enerji dönüşüm sistemi olarak dikkate alındığında bu atıklardan enerji elde edilmesi ve ayrıca yan ürün şeklinde besin değeri olan gübre elde edilmesi de mümkün olmaktadır.  

10. BİYOKÜTLE – ENERJİ DÖNÜŞÜM SİSTEMLERİ • Biyokütle ve diğer organik atıkların enerji amaçlı kullanılması için çeşitli dönüşüm yöntemleri kullanılmaktadır. • Ön işlemden geçirilmiş atıkların elektrik, ısı ve ışık ihtiyacı olarak kullanılması durumunda uygulanan teknolojiler başlıca üç grupta toplanır: Termokimyasal dönüşüm, fizikokimyasal dönüşüm ve biyokimyasal dönüşüm.

11. BİYOKÜTLE – ENERJİ DÖNÜŞÜM SİSTEMLERİ • Bu sunumun konusu, biyokütle – enerji dönüşüm sistemlerinden Biyokimyasal Dönüşüm, yani Anaerobik Parçalanmadır. • Anaerobik Parçalanma (fermentasyon) sonucu, BİYOGAZ, enerji (elektrik ve ısı olarak) ve ORGANİK GÜBRE elde edilmektedir.

12. BİYOGAZ NEDİR • Biyogaz, hayvansal ve bitkisel atıkların oksijensiz ortamda ayrışması sonucu ortaya çıkan bir gaz karışımıdır. • Bileşiminde % 60-70 metan, % 30-40 karbon dioksit, % 0-2 hidrojen sülfür ile çok az miktarda azot ve hidrojen bulunmaktadır.

13. BİYOGAZ ÜRETİLEBİLEN ATIKLAR HAYVANSAL ATIKLAR • Sığır, at, koyun, tavuk gibi hayvanların dışkıları, insan dışkısı, atıksu arıtma çamurları, mezbaha atıkları ve hayvansal ürünlerin işlenmesi sırasında ortaya çıkan atıklar

14. BİYOGAZ ÜRETİLEBİLEN ATIKLAR BİTKİSEL ATIKLAR İnce kıyılmış sap, saman, mısır atıkları, ağaç yaprakları, kesilmiş çimler, şeker pancarı küspesi ve yaprakları gibi bitkilerin işlenmeyen kısımları, evsel katı atıklar, bitkisel ürünlerin işlenmesi sırasında ortaya çıkan atıklar

15. BİYOGAZ ÜRETİLEBİLEN ATIKLAR • BU ATIKLAR TEK BAŞINA KULLANILABİLECEĞİ GİBİ BELLİ ESASLAR DOĞRULTUSUNDA KARIŞTIRILARAK DA KULLANILABİLİR

16. BİYOGAZIN ÖZELLİKLERİ • Temiz ve ısıl değeri yüksek bir enerji kaynağıdır. • Temiz ve mavi bir alevle yanar. • Genellikle gaz halinde kullanılır. • Sıvılaştırılması çok pahallıdır. Bu nedenle gaz tüplerinde depolanması ekonomik değildir.

17. BİYOGAZ ÜRETİMİ • Biyogaz üretiminden sonra atıklar yok olmamakta, üstelik çok daha verimli bir organik gübre haline dönüşmektedir. • Üretim sonucu, hayvan dışkısında bulunabilecek yabancı ot tohumları, çimlenme özelliğini kaybetmektedir.

18. BİYOGAZ ÜRETİMİ BİYOGAZ ÜRETİMİ SONUCUNDA • Hayvan gübresinin kokusu hissedilmeyecek ölçüde yok olmaktadır. • İnsan sağlığını tehdit eden hastalık etmenleri büyük oranda etkinliğini kaybetmektedir.

19. KAYNAKLARA GÖRE BİYOGAZ VERİMİ

20. BİYOGAZ - DOĞALGAZ

21. 1 m3 BİYOGAZIN ISIL EŞDEĞERİ

22. HAYVANSAL KAYNAKLARDAN ÇIKAN YILLIK DIŞKI MİKTARLARI • 1 ADET BÜYÜKBAŞ HAYVAN: 3,6 TON/YIL • 1 ADET KÜÇÜKBAŞ HAYVAN: 0,7 TON/YIL • 1 ADET KÜMES HAYVAN: 0,022 TON/YIL

23. HAYVANSAL KAYNAKLARDAN BİYOGAZ • 1 TON SIĞIR DIŞKISI: 33 m3 /yıl • 1 TON KOYUN DIŞKISI: 58 m3/YIL • 1 TON KÜMES HAYVANI DIŞKISI: 78 m3/YIL

24. BİYOGAZ VE TÜRKİYE • ÜLKEMİZDE HALEN ÖZELLİKLE KIRSAL KESİMDE BÜYÜK ORANDA ISINMA YAKITI OLARAK TEZEK VE ODUN KULANILMAKTADIR. • TEZEĞİN YAKIT OLARAK KULLANILMASI, TOPRAKLARIMIZIN İHTİYACI OLAN ORGANİK MADDENİN KÜLE DÖNÜŞTÜRÜLMESİNE SEBEP OLMAKTA; • ODUNUN YAKIT OLARAK KULLANILMASI DA ZATEN YETERSİZ ORMANLARIMIZI GİDEREK AZALTMAKTADIR.

25. BİYOGAZ VE TÜRKİYE • ÜLKEMİZDE BİYOGAZ ÇALIŞMALARI, 1957 YILINDA, TOPRAK VE GÜBRE ARAŞTIRMA ENSTİTÜSÜNDE BAŞLATILMIŞ, KÖY HİZMETLERİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜNCE DEVAM ETTİRİLMİŞ; • ANCAK BAZI TEKNİK EKSİKLİKLER NEDENİYLE OLUMLU SONUÇLAR ALINAMAMIŞTIR.

26. BİYOGAZ VE TÜRKİYE • 8. BEŞ YILLIK KALKINMA PLANI KAPSAMINDA 15 GWh BİYOGAZ ÜRETİMİ ÖNGÖRÜLMÜŞTÜR. • ÜLKEMİZİN BİYOGAZ POTANSİYELİ, 2,5-4,0 MİLYAR m3 VEYA YAKLAŞIK 25 MİLYON kWh OLARAK BELİRTİLMEKTEDİR.

27. BİYOGAZ VE TÜRKİYE • 29.12.2010 TARİHİNDE KABUL EDİLEN 6094 SAYILI “YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARININ ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETİMİ AMAÇLI KULLANIMINA İLİŞKİN KANUNDADEĞİŞİKLİK YAPILMASINA DAİR KANUN” İLE GETİRİLEN TEŞVİK, YETERLİ OLMASA DA, BİYOGAZ TESİSLERİNİN KURULMASI FAALİYETLERİNİ HIZLANDIRMIŞTIR.

28. ÜLKEMİZİN BİYOGAZ POTANSİYELİ(2007 istatistiklerine göre) • 12 milyon b.baş. hayvan x 2 m3/gün x 365 gün = 8,76 Milyar m3 biyogaz /yıl 6 kWh x 8,76 Milyar m3 biyogaz/yıl ≈ 53 milyar kWh/yıl • 28 Milyon koyun x (2/15) m3/gün x 365 gün = 1,36 milyar m3 biyogaz/yıl 6 kWh x 1,36 milyar m3 biyogaz/yıl ≈ 8 milyar kWh/yıl • 280 Milyon tavuk x (2/230) m3/gün x 365 gün = 888 milyon m3 biyogaz/yıl 6 kWh x 888 milyon m3 biyogaz/yıl ≈ 5 milyar kWh/yıl

29. ÜLKEMİZİN BİYOGAZ POTANSİYELİ Peynir Altı Suyunun reel biyogaz potansiyeli : • 100 milyon ton süt/yıl x 0,30 x 0,7 =21 milyon ton peynir altı suyu • 21 milyon ton peynir altı suyu x 23 m3 biyogaz/ton = 483 milyon m3 biyogaz/yıl 6 kWh x 483 milyon m3 biyogaz ≈ 3 milyar kWh/yılda • (Elde edilen sütün % 30’u peynir üretiminde kullanıldığı, peynir üretimi sonrası ise yaklaşık %70 ile %90 arası peynir altı suyu kaldığı dikkate alınmıştır)

30. ÜLKEMİZİN BİYOGAZ POTANSİYELİ Arıtma tesisi sularının biyogaz potansiyeli : • 30 milyon kişinin (Türkiye’de Istanbul, Ankara, Izmir, Adana, Bursa, Kocaeli ve Kayseri’de yaşayanların yaklaşık olarak nüfusu) atığından • Günde 433.300 m3, • Yılda, yaklaşık 950 milyon kWh/yıl enerjiye eşdeğer,158 milyon m3 biyogaz elde edilebilir.

31. BİYOGAZ VE AVRUPA BİRLİĞİ • AB ÇEVRE KOMİSYONU, “YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARININ KULLANILMASI VE GELİŞTİRİLMESİ”KONUSUNA BÜYÜK ÖNEM VERMEKTEDİR. BU NEDENLE, ÖZELLİKLE ALMANYA VE AVUSTURYA’DA KURULAN TESİSLERİN SAYISI, VERİLEN TEŞVİKLERLE HIZLA ARTMAKTADIR.

32. BİYOGAZ TESİSİ TASARIMINDA DİKKAT EDİLECEK PARAMETRELER

33. BİYOGAZ TESİSİ TÜRLERİ • AİLE TİPİ (6-12 m3) • ÇİFTLİK TİPİ (50-150 m3) • KÖY TİPİ (100-200 m3) • SANAYİ TİPİ (1000-10.000 m3)

34. BİYOGAZ ÜRETİM SİSTEMLERİ • KESİKLİ FERMENTASYON: Doldurulan fermentör, biyogaz oluşum süresi tamamlandıktan sonra boşaltılır ve yeniden doldurulur. • BESLEMELİ-KESİKLİ FERMENTASYON: Önce kısmi doldurma yapılır; geri kalan ham madde günlük miktarlarda eklenir; biyogaz oluşum süresi tamamlandıktan sonra boşaltılarak yeniden doldurulur.

35. SÜREKLİ FERMENTASYON • Bu fermentasyon şeklinde fermentörden gaz çıkışı başladığından itibaren günlük olarak besleme yapılır. Sisteme aktarılan ham madde kadar, gazı alınmış organik gübre dışarıya alınır.Böylece, günlük beslemelerle, sürekli biyogaz üretimi sağlanmaktadır.

36. FOTOSENTEZ ZİRAİ ATIKLAR HAYVAN DIŞKILARI ORGANİK GÜBRE BİYOGAZ ORGANİK ATIKLAR ELEKTRİK VE ISI ÜRETİMİ ANAEROBİK ÇÜRÜTME

37. BİYOGAZ TESİSİ ÜNİTELERİ • Ham Madde Deposu • Otomatik Yükleme Tankı • Besleme Pompası • Fermentör • Isıtıcılar • Karıştırıcılar • Gaz Deposu • Kojeneratör, Trafo, Şebeke Bağlantısı • Separatör • Gübre İşleme ve Depolama

39. BİYOGAZ ÜRETİMİNİN MİKROBİYOLOJİSİ Oksijensiz (anaerobik) ortamda organik maddelerin biyolojik olarak parçalanıp metan ve karbon dioksite dönüşmesi, karışık mikrobiyolojik flora (çeşitli bakteriler) tarafından üç aşamada gerçekleştirilir.

40. 1. AŞAMA: HİDROLİZ veya ÖN ASİTLENDİRME Fermantatif ve Hidrolitik Bakteriler, Karbon Hidratları, Proteinleri ve Yağları, Karbon Dioksit, Asetik Asit ve Uçucu Organik Maddelere dönüştürürler. Uçucu Organik Maddelerin çoğunluğu, yağ asitleri olduğu için bu aşamaya “Ön Asitlendirme” adı verilir.

41. 2. AŞAMA: ASETİK ASİT OLUŞUMU Asetojenik Bakteriler, yağ asitlerini, asetik asit ve hidrojene dönüştürürler. Diğer bir kısım asetojenik bakteri gurubu ise ortamda oluşmuş bulunan Karbon Dioksit ve Hidrojeni birleştirerek asetik asit oluştururlar.

42. 3. AŞAMA: METAN OLUŞUMU Bu aşamada Metan Bakterileri; 1. Asetik Asitten, Metan ve Karbon Dioksit oluştururlar. 2. Karbon Dioksit ve Hidrojenden, Metan oluştururlar.

43. METAN BAKTERİ TÜRLERİ • Sakrofilik Bakteriler: Optimum faaliyet sıcaklığı: 5-25 oC. • Mezofilik Bakteriler: Optimum faaliyet sıcaklığı: 25-38 oC. • Termofilik Bakteriler: Optimum faaliyet sıcaklığı: 50-60 oC.

44. METAN BAKTERİ TÜRLERİ • Sakrofilik Bakteriler, deniz ve göl diplerindeki tortular ve bataklıklarda; • Termofilik Bakteriler, Jeotermal ve volkanik bataklıklarda bulunurlar. • Sığır Dışkısında yalnızca Mezofilik Bakteriler mavcuttur. Bu nedenle, sığır dışkısının kullanılması durumunda, Mezofilik Fermentasyon uygulanır.

45. METAN GAZI VERİMİ • Biyogaz üretimi, oldukça önemli bir biyolojik süreçtir. • Bu nedenle tüm şartların eksiksiz sağlanması gerekir. • Aksi durumda verimli gaz üretimi olmaz. • Üretilen biyogazın metan verimi, bir çok faktöre bağlıdır:

46. METAN VERİMİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER • Ortam Sıcaklığı • Hammaddenin türü ve miktarı • Ortam Asitliği (pH) • Partikül Büyüklüğü • Fermantasyon Süresi • Karbon/Azot Oranı (C/N) • Tesis Tipi • Kuru Madde Miktarı

47. METAN VERİMİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER • Ortam sıcaklığı, metan gazı oluşumundaki en önemli faktördür. • Metan Bakterileri, ani sıcaklık değişimlerinden çabuk etkilenmektedir. • Bu nedenle biyogaz tesisleri sıcak bölgelerde daha verimli çalışır. • Soğuk bölgelerde ise ısı izolasyonunun çok iyi yapılması gerekir.

48. METAN VERİMİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER • Anaerobik Bakterilerin en önemli besin maddeleri Karbon ve Azot’tur. • Mikro-organizma, Karbonu, enerji kaynağı olarak kullanırken, Azotu, yeni hücrelerin oluşturulmasında yapı taşı olarak değerlendirir. • Karbon, Azota nazaran 20-30 kat fazla kullanılır. • İdeal Karbon Azot oranı 30/1 dir.

49. METAN VERİMİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER • Karbon Azot oranları: • Samanda: 87/1 • Mısır Sapında: 53/1 • Hayvan Dışkısında: 29/1 dir. • Bu nedenle biyogaz üretiminde hammadde olarak uygun karışımlar seçilmelidir.

50. BİYOGAZ TESİSİ ÇIKTILARI • FERMENTÖRDEN BİYOGAZ VE % 6-8 KM İÇEREN SIVI ÜRÜN ELDE EDİLİR. • BİYOGAZ, KOJENERATÖRDE YAKILARAK ELEKTRİK VE ISI ENERJİSİ ELDE EDİLİR. • SIVI ÜRÜN, DEKANTÖRDEN GEÇİRİLEREK, %25 KM İÇEREN KATI ORGANİK GÜBRE VE %2-3 KM İÇEREN SIVI ORGANİK GÜBREYE DÖNÜŞTÜRÜLÜR.