BELEDİYE ÇÖPÜ GERİ DÖNÜŞÜMSÜZ BİLEŞENLERİNİN, FOSİL YAKITLARA ALTERNATİF YAKIT ÜRETİMİNDE GELİŞMELER ve ÇÖP SORUNUNA SÜRDÜRÜLEBİLİR ÇÖZÜM

Transkript

1 V. ULUSAL TMMOB Çevre Mühendisleri Odası ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ BELEDİYE ÇÖPÜ GERİ DÖNÜŞÜMSÜZ BİLEŞENLERİNİN, FOSİL YAKITLARA ALTERNATİF YAKIT ÜRETİMİNDE GELİŞMELER ve ÇÖP SORUNUNA SÜRDÜRÜLEBİLİR ÇÖZÜM (1), Ergün PEHLİVAN (2), Bülent HALİSDEMİR (3) ÖZET Mersin Üniv. Müh. Fak. Çevre Müh. Böl, Mersin (1) Prof. Dr., Kimya Müh., (2) Arş. Gör., Çevre Müh., (3) Arş. Gör., Çevre Müh., Çevre ve enerji sorunlarının gündemde olduğu çağımızda, belediye katı atıklar önemini daha çok korumaktadırlar. Evsel katı atıklar, genelde geri dönüşümü olan ve yeniden işlenerek kullanılabilen maddeler ile geri dönüşümsüz olmak üzere tamamen organik yapılı iki fraksiyondan oluşmaktadır. Geri dönüşümlülerin üretim ekonomisinin çok az bir kesri ile tekrar kullanılabilecek biçimde işlenerek ekonomiye katılmaktadır. Geri dönüşümsüzler ise bileşim ve yapıları açısından güneş enerjisinin doğal depolandığı ve özgün ortam koşullarında yetiştirilen organik maddelerdir. Bunların tek amaçla kullanımı olanaksızdır. Ancak yaygın olarak kullanılabilen maddelere dönüşüm sağlanarak, ülke ekonomisine katılabilir. Dünyada geri dönüşümsüzlerin yaygın kullanılan maddelere dönüşümleri ile ilgili araştırmalar sürdürülmekte ve araştırma bulgularına dayalı teknolojilerin geliştirilmeye çalışıldığı görülmektedir. Bu makalede evsel atıkların geri dönüşümsüz fraksiyonunun fosil yakıtlara karşı alternatif yakıt üretimi ile ilgili yapılan araştırmalar, katı atıklardan kaynaklanan çevresel sorunların ve bu sorunun çözümü amacıyla çağımızda bilimsel bulgulara dayalı geliştirilen enerji üretim teknolojileri anlatılmıştır. Bunların uygulanmasının getirdikleri tartışılarak Türkiye'de konu ile ilgili sürdürülebilir çözüm önerileri getirilmektedir. Anahtar Kelimeler : Belediye çöpü, fosil yakıtlar, alternatif yakıt DEVELOPMENTS ON PRODUCTION OF ALTERNATIVE FUEL FROM THE COMPENENTS OF THE MUNICIPAL WASTE TO FOSSIL FUEL AND SUSTAINABLE SOLUTION FOR THE PROBLEM OF WASTE ABSTRACT While the environmental and energy problems are current in our country, municipal solid wastes keep their significance far more. Domestic solid wastes in general are compered of two fractions recoverable and usable reproduced stuffs and as unrecoverable completely in organic structure. If joins to economy with a very little part of production economy of recoverable ones are the organic substances cultivated in particles conditions in which the sun energy is stored from the composition and structural point of view. Their usage for one purpose is not possible. As long as providing recycling to widely usable substances they can be contributed to country economy. In the world, the research works related the recycling of unrecoverable to widely usable substances are under taken and it is seen that the technology based on research works are developed. In this paper, the investigations related alternative fuel production against the fossil fuels of unrecoverable fraction of domestics wastes, the environmental problems emerged off solid wastes and energy production technologies developed based on scientific results for the purpose of the solution of this problem have been mentioned. Also the continual solution proposals as regard with subject in Turkey are offered discussed the data of the application of these. Keywords : Municipal solid waste, fossil fuels, alternative fuels

2 GİRİŞ Gıda, enerji ve yaşanabilecek sağlıklı bir ortam olan çevre; birbiriyle girişim halinde olan insanoğlunun yaşam gereçlerinin başında gelmektedir. Yaşamı sürdürmek için gıda, gıdanın yetiştirilebilmesi ve üretilebilmesi için sanayi, sanayinin çalışabilmesi için enerji ve bu olayların yürüdüğü, yaşanılan ortam yaşamın temel unsurlarıdır. Bu temel unsurlar birbirinden bağımsız değildir. Toplumlar yaşamın temel unsurlarını istenilen seviyeye getirmek üzere, bir savaşım vermektedirler. Bu savaşım daha iyi yaşam koşullarını sağlayabilmeyi amaçlar. Yaşam koşullarının en iyi sağlandığı toplumlar, gelişmiş ya da gelişmişlik sıralamasında en başlarda yer alan toplumlardır. Ülkelerin gelişmişliklerin ölçütü, gayri safi milli hasılanın (GSMH), kişi başına düşen payıdır. Gelişmiş ülkelerde ulusal gelir ve tüketilen enerji miktarı birbirleriyle yakından ilgilidir ve birbiriyle paralellik gösterir. Enerji açısından dışa bağımlı ülkeler hiç bir zaman geri kalmışlıktan ve gelişmekte olan ülke durumundan kurtulamazlar. Ancak varolan kaynaklarını kullanarak enerjide dışa bağımlılıktan kurtulan ülkeler, tüketim için gerekli enerjiyi üretip GSMH'lerini yükselterek gelişmiş ülkeler arasına girebilecektir. Türkiye gibi ulusal gelirin büyük bir kısmını tarımdan sağlayan ülkeler, tarımsal atıkları ve diğer kaynaklarını en etkin bir biçimde kullanmak durumundadırlar. Ülkemizde bu konuda neler yapılabilir? Bu soruya yanıt, ancak dünyadaki bilimsel ve uygulamalı çalışma ve gelişmelerin neler olduğunu bilmekle, bulunabilir. Ülkemiz gelişmekte olan bir ülke olup en başta gelen sorunu enerjidir. Enerji sorununa çözüm bulabilmek için mevcut enerji kaynakları ve bu kaynaklardan ülkenin yararlanma durumu ve enerji açığının giderilebilmesi için neler yapılabileceğini bilmek gerekmektedir. Günümüzde yenilenebilir enerji kaynakları ve kullanımları üzerinde durulmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynağı ve bunların kullanılabilme olanaklarının bilinmesi gerekmektedir. Makalede ülkemizde büyük potansiyele sahip ve her yıl yenilenebilen katı atıkların kaynakları, özelikleri ve miktarları verilmiştir. Dünyada geliştirilen, katı atıklardan enerji üretim sistemleri ve çağımızdaki gelişmelerle ülkemizdeki mevcut durumu ortaya konulacaktır. ENERJİ TÜRLERİ VE TÜRKİYE'DE Kİ DURUMU Yeryüzünde, gravitasyonal, nükleer, jeotermal ve güneş enerjisi insanoğlu tarafından kullanılmaktadır. En yaygın olarak kullanılan enerji türleri; elektrik enerjisi ile kömür ve petrol gibi fosil yakıtlardır. Petrol ve ürünleri; kükürt içeriklerinin düşüklüğü, ısıl değerinin yüksek oluşu, taşıma ve depolama kolaylığı ve bu türlerin kullanım sistemlerinin geliştirilip kullanılmasından dolayı, günümüzde hala en önemli enerji kaynağıdır. Petrol türevli yakıtların fiyatlarının sürekli yükselmesi ve bir gün biteceği gerçeği, ülkeleri başka enerji kaynaklarını bulmaya yönlendirmiştir. Biyokütlenin yenilenebilir enerji kaynağı olarak kullanıldığı ve uygun yakıtlara dönüşüm teknolojilerinin yaygın olarak geliştirilip kullanılması ile ilgili araştırmaların sürdürüldüğü bilinmektedir (Elliot, 1988, Huffman and et al, 1994, Bridgewater, 1993, 1996) Türkiye'de enerji tüketiminin %43,1 ini petrolün oluşturduğu, bunun da yaklaşık %80 inin dışardan satın alındığı ve tarımsal kaynaklı bitkisel ve hayvansal atıkların kullanım alanının tüketimdeki payının %4,9 dolayında olduğu rapor edilmiştir (Altaş ve diğ. 1990). Türkiye'nin tüketebileceği enerji ise 52,63 MTEP (Mega ton petrole eşdeğer) dür. Bu durumda Türkiye kendi enerji kaynaklarını en etkin biçimde kullanmak durumundadır. Atmosfere ulaşan güneş enerjisi çoğunlukla kısa ya da uzun dalga boylu radyasyonla boşluğa yansımaktadır. Yansımanın önemli kısmı atmosferin ve yeryüzünün ısıtılmasında kullanılmakta ve hidrolojik sirkülasyonu sağlamaktadır. Gelen ışının çok az kısmı fotosentezle bitki dokularının üretimi için canlı organizmalar tarafından kullanılır. Fotosentezle üreyen bitkisel maddeler, çoğunlukla toprağa ve atmosfere bozunmayla ve oksitlenmeyle geri dönmektedir. Depolanan bitkisel maddelerin çok az kısmını temsil eden fosil yakıtlar, yer kabuğunda özel koşullar altında derişip kalmaktadırlar. Sıcaklık, basınç ve süre bu maddelerin farklı şekillerde kömür, petrol katran kumu, asfaltit, doğal gaz ve diğer bazı maddelerin birikimine yol açmaktadırlar. Fosil yakıtların birikiminde depolanma prosesi 603

3 çok etkilidir. Örneğin yeryüzünde fotosentezle yılda yaklaşık 150 Gton toplam organik karbonun üretildiği hesaplanmıştır (Riley, 1944). Sadece bu karbonun oksitlenmesi sonucu sağlanacak enerjinin (4 434 Eton) 2000 yılında hesaplanan dünya enerji gereksiniminin 100 katı kadar olduğu tahmin edilmektedir. Bu hesaplama, her yıl yenilenmeyecek bitkilere ek olabilecek yenilenebilen karbonu da içermektedir. Burada bitkilerde bulunan ve yanabilen diğer elementler hesaba katılmamıştır. Bu oksitlenme her zaman gerçekten olmaktadır. Fakat çıkan enerji düşük sıcaklık enerjisi olduğundan endüstrileşmiş toplumlarda kullanılamamaktadır. Bu nedenle bitkilerde depolanan güneş enerjisinin yoğunlaştırılarak yaygın olarak kullanılabilen yakıta dönüştürülmesi gerekmektedir. Bitki üretiminde harcanan enerji, yeryüzüne ulaşan güneş enerjisinin küçük bir kesridir (%0,5-%1,5). Çağımızda insanların ve hayvanların kullandıkları bitkisel maddelerin kesri çok küçüktür. Buna rağmen, bu maddelerin miktarı, bu bitkilerin kullanımından çıkan atıkların oluşturduğu çevre sorunları açısından büyük önem taşımaktadır. Atık olarak adlandırılan organik maddeler çok çeşitlidir ve atıktan atığa değişkenlik gösterir. Bu durum çevreyi kirletmekle kalmaz, bir çok hastalıklara ve ölümlere neden olur. Son yıllarda katı atık problemlerine dikkat çekilerek, organik madde içeren katı atıkların bir enerji kaynağı olarak kullanılabileceği belirtilmiştir. Organik madde içerikli katı atık toplumda yaşayan her birey tarafından üretilmektedir. Kırsal kesimde bu; çevre problemi yaratmasa da, endüstrileşmiş büyük şehirlerdeki, endüstri merkezleri ve tarım alanlarında toplum yaşamını tehdit eder. KATI ATIKLARIN KAYNAKLARI Belediye çöpleri, tarımsal atıklar, kanalizasyon dip çamuru, endüstriyel katı atıklar ve orman ürünleri en önemli katı atık kaynaklarıdır. Atıkların bileşimi ve miktarları; çıkış kaynaklarına bağlı olarak çok değişiklik gösterir. Organik katı madde içeren atıklardan en çok üretileni, gübredir. Ülkemizde de organik kaynaklı atıkların büyük potansiyelde olduğu bilinmektedir yılı istatistiklerine göre kuru tarımsal atıklar, yaş tarımsal atıklar, hayvansal atıklar, orman ürünleri ve odun atıkları ve belediye çöpü gibi atıklardan kazanılacak enerjinin 17,2 MTEP olduğu hesaplanmıştır (Taşdemiroğlu, 1986). Tarımsal atıkların önemli bir kısmı endüstriyel bitkilerin üretiminden sağlanır. Türkiye'de yetiştirilen en önemli endüstriyel bitki bitkiler mısır, ayçiçeği, soya, tütün ve pamuktur. Pamuk lifi üretimi sonucu geriye kalan bitkiler tarlada yakılmasının dışında hiç bir amaçla kullanılmamaktadır. Ülkemizde yılda 58O Mton pamuk üretilmektedir (Agric. Struc., 1984). Üretilen pamuk bitkisindeki dal, gövde, yaprak, kök ve kabuk içeren pamuk sapının pamuğa oranı (kütlece) 6,6/1 olduğu bilinmektedir (Brown, 1938). Bu verilere göre yılda yaklaşık 3,83 Gton sap üretilmektedir. Büyük potansiyele sahip bu atığın yenilenebilir enerji kaynağı olarak kullanılması söz konusudur. KATI ATIKLARIN ENERJİ POTANSİYELİ Atık maddeler yaygın olarak kullanılan yakıtlardır.bunların bileşimi, yoğunluğu, ısıl değeri ve diğer özelikleri atıktan atığa değişmektedir. Katı atık ya da bir yakıtın enerji kaynağı olarak kullanımı, yakıtın niceliği, pazara yakınlığı gibi çok sayıda etkenlere bağlıdır. Atık ya da yakıtın değerini belirleyen en önemli etken bileşimleridir (Çizelge 1). Atıklarda oksijen ve nem oranı yüksektir, kömüre göre ise kül ve kükürt oranı düşüktür. 604

4 Çizelge 1. Bazı Atıkların Özelikleri Yaklaşık Analizi (%) Turba Odun Yonga Kamış Belediye Çöpü Dip Çamuru Fuel-oil No 2 Nem 91, ,0 43,3 23,2 2,0 UM 5,4 81,5 73,0-43,0-0,1 SC 3,0 17,5 26,0-6,7 - - Kül 1,6 1,0 1,3-7,0 10,2 - Element Analizi (kütlece %) H 5,7 6,3 5,9 6,1 8,2 7,2 14,2 C 58,0 52,0 56,2 47,3 27,2 30,9 85,0 N 1,2 0, ,7 0,5 - O 35,0 40,5 36,7 35,3 56,8 51,2 - S 0,11 - Eser - 0,1 0,2 1,0 Kül 1,6 1,0-11,3 7,0 10,2 - Isıl değeri (MJ/kg) Yaş 2,79-6,97 11,32 11,22 12,4 47,9 Kuru - 20,9 22,08 21, ,4 UM: Uçucu madde, SC: Sabit Karbon Her yıl tonlarca atık madde üretilmektedir. Bu maddelerin çoğu; organik, yanabilen sıvı ve katı maddeler içermektedir. Çizelge 2 de belediye çöpü bileşenleri verilmiştir. Bunların toplanması ve boşaltılması çok pahalı ve zordur. Mevcut bazı yöntemlerle atıklardaki organikler yakılarak ya da daha derişik hale getirilerek değerlendirilmesi yoluna gidilmektedir. Bu işlemler, yöntem geliştirme birimlerinde, pilot işletmelerde ve birkaç büyük işletmede gerçekleştirilmektedir. Organik atıkların geleceğin en değerli enerji kaynağı olacağı bir gerçektir. Nüfusun yoğun olduğu merkezlerde, bu maddelerin daha cazip kullanımına gidilecektir. Gelişmiş ülkelerde endüstri, ticaret ve tarım sektörü, bu atığın değerinin farkındadır ve direk yakma ya da atıkları yaygın kullanılan yakıta dönüştürme sistemlerinin geliştirilmesine çaba göstermektedirler. Ülkemizde 1990 istatistikleri, büyük bir enerji açığı olduğunu göstermektedir. Bu enerji açığının kapanması, mevcut sistemlerde kullanılabilecek bir yakıtın üretimi ile kısmen mümkündür. Tarımsal gelir payı fazla olan ülkelerde, her yıl yenilenebilen ve bol miktarda üretilen tarımsal atık ve organik yapıda tüm katı atıkların yaygın yakıt üretiminde kullanımı gerekmektedir. Organik yapılı katı atıklardan yaygın yakıt (sıvı,gaz ve kömür) üretimi üzerinde yapılan çalışmalar ve uygulamalar zamanımızda yoğunluk kazanmıştır Yapılan çalışmalarda katı atıkların kurutularak yakılması ve elektrik enerji üretiminde kullanılması ile ilgili işletmeler deneme aşamasında kurulmuştur Mart'ta açılışı yapılan Eindhoven, Belçika, sistemi ile ilgili veriler henüz tamamlanmamıştır. Bu sistemde kullanılan ham madde, orman ürünü atıkları ve belediye çöpüdür. Belediye çöp bileşenlerinin ayrılması ve geri dönüşümlülerin ekonomiye kazandırılması ve geri dönüşümsüzlerin değerlendirilmesine yönelik birçok teknolojinin geliştirilmesi ile ilgili çalışmalarda sürdürülmektedir. Belediye çöpünün geri dönüşümsüz bileşenleri ve organik yapılı katı atıkların değerlendirilmesinde uygulanan sistemlerin başında, enerji üretim sistemleri gelmektedir. Enerji üretiminde uygulanan prosesler; 1- Doğrudan yakma ve elektrik enerjisi üretme 2- Termokimyasal işlemle sıvı yakıt (akaryakıt) ve gaz yakıta dönüşüm 3- Biyokimyasal yöntemle sıvı yakıt (etil alkol) ve gaz (biyogaz) yakıta dönüştürmedir. 605

5 MEVCUT TEKNOLOJİLER Geliştirilen teknolojilerin amacı; çevre kirliliğini önlemek ya da azaltmak ile çeşitli kaynaklardan üretilen enerji miktarını arttırmaktır. Bu temel ilkeler doğrultusunda doğal kaynakları ve çevreyi korumak için, atık maddeleri kaynak olarak kullanıp, atıkları değerlendirerek ekolojik dengeyi bozmayacak şekilde geri döndürmeye çalışmak gerekir. Örneğin; ABD de yılda 165 Mton belediye çöpü üretildiği ve yeraltına gömüldüğü, bu çöpün yeraltında biyolojik bozunma sonucu metan gazına ve suda çözünebilen maddelere dönüştüğü ve suda çözünebilen maddelerin yeraltı su sistemlerine karışarak suların kirlenmesine yol açtığı belirtilmektedir (Tilman, 1977). Toplanan belediye çöplerinin bir çukura doldurulması da ek mali külfet gerektirmektedir. Bu nedenlerle organik yapıdaki katı atıkların yok edilmesi için yeraltına gömme uygulamasının daha büyük sorunlara yol açtığı ve hatta düzenli depolamayla bile çevreye kanserojen madde yayıldığı rapor edilmiştir (Goldberg, 1995). Düzenli depolama sistemlerinde çıkan sızıntı suları da, çözümü zor sorunlar yaratmaktadır. Katı atık depolama sahalarında; meteorolojik koşullara bağlı olarak kontrol altına alınamayacak miktarda ve nitelikte sızıntı suyu oluşmaktadır. Ayrıca düzenli ya da düzensiz deponi alanlarında biyolojik bozunma sonucu oluşan ve çok değişik yapıdaki uçucu organik maddeler difüzlenerek atmosfere yayılabilmektedirler. Sızıntı suları ve atmosfere yayılan uçucu organik maddelerin kontrolü için, çevreye zarar vermeyecek şekle dönüşecek sistemlerin kurulması gerekmektedir. Toplanan, taşınan ve kontrol edilebilen geri dönüşümsüz atıklar, değerlendirilmeyip depolamayla; kontrol edilemeyecek sistemlerle, daha tehlikeli duruma getirilmektedirler. Değerli cevher olarak nitelendirilebilen ve büyük yatırımlarla toplanabilen katı atıkların en etkin biçimde kullanımına gidilmesi, çevre sorununu ortadan kaldıracağı gibi, enerji amacıyla kullanımı da enerji sorununa çözüm getirecektir. Katı atıkların ısıl değerleri 11,6-13,9 MJ/kg dir. Bitümlü kömürün ise 25,56 MJ/kg dir. Belediye çöpünün bileşimine bağlı olarak ısıl değeri de değişmektedir. Belediye çöpü ortalama bileşimi ve bileşenlere göre ısıl değerleri verilmiştir (Tilman, 1977),(Çizelge 2). Çizelge 2. Belediye Çöpünün % Bileşimi ve Üst Isıl Değeri Atık Bileşenleri % Bileşimi Isıl Değeri (MJ/kg) Organik Madde 73,60 13,90 Kağıt 42,00 18,59 Gıda 12,00 5,81 Bağ bahçe 15,00 6,97 Odun 2,40 16,27 Lastik,kauçuk 1,60 34,86 Tekstil 0,60 16,27 İnorganik 26,40 - Demir ve metaller 8,00 - Cam 6,00 - Taş ve pislik 11,00 - Diğerleri 1,40 - Ortalama bileşimi ve ısıl değerleri verilen bu atıkların çevreye atılması sadece çevreyi kirletmekle kalmaz, aynı zamanda bu önemli enerji hammaddesinin boş yere harcanmasına neden olmaktadır. Bu sebeple, bu atıkların enerji kaynağı olarak kullanımında çok değişik sistemler geliştirilmiştir. 606

6 KATI ATIKLARDAN ENERJİ ÜRETİMİNDE GELİŞTİRİLEN SİSTEMLER Belediye çöpleri ve katı atıklar;yakma sistemlerinde, mekanik ayırma sistemlerinde, piroliz sistemlerinde ve dönüşüm sistemlerinde enerji hammaddesi olarak kullanılmaktadır. İlk üç sistem de Amerika'da çeşitli bölgelerde uygulanmaktadır. Örneğin, Massechusetts de 1200 ton/gün kapasiteli Saugus yakma sistemi General Elektrik Fabrikasına buhar üretmektedir. Chicago, Milwauke ve çok sayıda şehirlerde mekanik ayırma sistemleri kurulmuştur. Güney Charleston, Batı Virginia ve Maryland da büyük kapasiteli gaz yakıt üreten piroliz sistemleri kurulmuştur. Yakma Sistemleri Belediye çöplerinin yakılarak yok edilmesi uzun süreden beri kullanılmaktadır. Enerji kazanmaksızın yakma çok ülkede kullanılmaktadır. Enerji kazanma amacıyla çok sayıda, değişik türde sistemler kurulmuştur Örneğin, Saugus Yakma Sisteminde Von Roll Teknolojisi uygulanmıştır. Bu teknolojide belediye çöpü K sıcaklığında yakılmakta olup 50 ton atıktan 136 ton buhar (700 K ve 4,3 MPa) üretilmektedir. Sistem 215 ton/gün kapasitelidir. Ayrıca metaller de manyetik ortamda atıktan ayrılarak geri kazanılmaktadır. Wheelabrator- Frye yakma sistemi elektrik enerji sistemine bağlı olarak çalışmaktadır. Mekanik Geri Kazanma Sistemleri 1960 ların sonu ve 1970 lerin başında geri kazanma sistemleri kurulmuştur (Appell and et al,1970). EPA nın desteğiyle Union Elektrik Şirketi 325 ton/gün kapasiteli basit bir sistem geliştirilmiştir (Appell and et al,1971). Bu sistem hemen kopya edilmiştir. USBM (U.S. Bureau of Mines) kendi kolej sahasında maksimum enerji ve malzeme kazanımı için yaygın olarak uygulanan cevher zenginleştirme sistemini uygulamıştır(appell and et al, 1975). Burada uygulanan sistem düşük tenörlü cevherlerin zenginleştirilmesine benzer çok aşamalı proseslere benzemektedir. Ayırma işlemleri; yoğunluk, farklı iletkenlik, manyetik özellik ve yüzey kimyasına dayalı olarak yapılmıştır. Sistemde atık didiklenmekte, hava ile ayırıcıda hafif kağıt ve plastikler ayrılmakta ve geriye kalan manyetik ayırıcıda manyetik olanlar ayrılmaktadır. Burada ağır demirler, demir olmayan hafif metaller, çakıl, taş ve seramikler, saf cam, alüminyum, ağır organikler, kağıt ve plastikler ayrılmaktadır. Bu sistemde elde edilen hafif ve ağır organikler yakıt olarak kullanılmaktadır. Çok sayıda firma ve mühendisler çeşitli mekanik ayırma sistemleri geliştirmişlerdir. Amerikan Can Americology bu sistemlerden biridir. Bu sistemler USBM de yapılan çalışmaların uygulamalarını yansıtmaktadır. Milwauke, Wisconsin da kurulan benzer sistemde; günde 84 ton kağıt, 720 ton yakıt (kömüre karıştırılan), 84 ton demir, 60 ton cam, 6 ton Al ve 240 ton ağır organik içeren atık üretilmektedir. Yakıt, kömürle %10-15 oranında karıştırılarak yakılmaktadır. Burada kuru mekanik sistem uygulanmaktadır. Bu sisteme benzer diğer sistemler ton/d kapasiteli bir adet Monroe Country, New York ve diğeri Chicago, Illinois'de kurulmuştur. 200 ton/gün kapasiteli bir tane de Ames, Iowa da kurulmuştur. Bunlar USBM teknolojisinin aynıdır. Buna benzer çok sayıda sistemler Amerika'da çeşitli bölgelerde kurulmuştur. Black Clawson şirketinin kurduğu sistem ise yaş mekanik sistemdir. Hava yerine su kullanılmaktadır. Katı/su (hacim) oranı 3/97 dir. Sistemde, organikler, inorganiklerden ayrılmakta ve organik kısım eleklerde ve preslerde %50 nem olacak şekilde preslenerek yakıt olarak kullanılmaktadır. Bu sistemden bir tane ton/gün kapasiteli Hempstead, Long Island da kurulmuştur ve burada elektrik üretimi için buhar üretiminde yakıt olarak kullanılmaktadır. Piroliz Sistemleri Katı atıkların temiz ve uygun gaz ve sıvı yakıtlara dönüşüm sistemleridir. İlk defa Pitsburgh Enerji Araştırma Merkezinde 1960 ların sonlarına doğru uygulanmaya başlanmıştır. Burada USBM-AGA da kömürün karbanizasyonu, atık pirolizi için uygulanmıştır (Appell and et al, 1970). PERC ayrımsal damıtmanın, belediye çöpünün, temiz gaz ve sıvı yakıta, etkin bir 607

7 şekilde dönüştürülebildiğini göstermiştir. Union Carbide, Corborundum ve Mansaton Kimya gibi şirketler yaygın olarak kullanılan piroliz sistemlerini atıkların atıldığı bölgelere taşımışlardır. Occidental Petroleum ve Atomics International gibi şirketler mevcut sistemleri, bazı basamaklar ekleyerek, geliştirmişlerdir. Union Carbide Purox prosesi en gelişmiş gazlaştırma prosesi olarak bilinmektedir. Purox piroliz sistemi Tarrytown, New York daki araştırma bulgularını kullanmıştır. 5 ton/gün kapasiteli bir reaktörün başarılı çalıştığı görülmüştür. Bundan sonra ticari işletme South Charlecton West Virginia da 200 ton/gün kapasiteli olarak kurulmuştur. Bu işletmede belediye çöpü ve %20 katı içeren dip çamurları hammadde olarak kullanılmıştır (Anderson, 1975). Bu sistemde ısıl değeri (291 K) 13,04 MJ/m 3 olan bazı gaz yakıt üretilmektedir. Ayrıca yer doldurulmakta kullanılan cam, metal ve kül içeren ergimiş halde curuf ve gaz yakıtın temizlenmesinde kullanılan atık su (COD 60-70g/L) da üretilmektedir. Bu tür uygulamalar ve başarılar arasında atıklardan üretimiyle ilgili 14 adet, toplam günlük kapasitesi 8515 ton olan bir işletme kurulmuştur. Bu işletmede 2,65 Gton/yıl belediye çöpü işlenmiştir. Daha sonraları günde 9,1 kton işleyen dokuz işletme daha kurulmuştur (Molton and Demmitt, 1977). Amerika da, 1979 dan sonra, 44,3 PJ luk enerji kazanan işletmeler kurulmuştur yılları arasında toplam ton/gün kapasiteli (4,8 Gton/yıl atık işleyen ve 36,9 PJ/yıl enerji üreten) işletme kurulmuştur. Atıktan enerji üretim teknolojisi hızlı bir gelişme göstermiştir. Bunun başlıca nedenleri atıkların çevre problemi yaratması ve enerji sorununun ortaya çıkmasıdır. Bu teknolojiler gelişirken ikincil ve üçüncül üretim sistemlerinin de geliştirilmesine çalışılmıştır. Bu çalışmalar laboratuvar boyutta yapılırken, pilot ve hatta ticari işletmelerin kurulmasına da gidilmiştir. Sıvı yakıtların üretimi (Belediye çöpünde pirolitik yağ üretimi), ısıl işlemlerle doğal gaza yardımcı gaz üretimi (Sentetik gaz geri devri ile katı atıklardan gaz üretimi) ve akışkan yataklarda yakma ile enerji kazanımı sağlanan sistemler kurulmuştur. Dönüşüm Sistemleri Atıklar bu tür sistemlerle yaygın olarak kullanılan yakıtlara dönüştürülmektedir. Yaygın olarak kullanılan ve sanayinin bağımlı olduğu yakıtlardır. Bu yakıtlar gaz, alkol ve petrole benzer akar yakıtlardır. Atıklardan enerji üzerine çalışmalar 1965 den beri devam etmektedir. Bu çalışmaların biri de Lignoselülozik yapıdaki katı atıkların sulu ortamda sıvılaştırılarak ham petrole benzer akaryakıt (yağ) üretimidir. Bu üretim yöntemi sıvılaştırma işlemi olarak bilinmektedir. Katı atıkların enerji amacıyla kullanımında direk yakma, mekanik ayırma ve piroliz yöntemleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle bu sistemler belediye çöplerinin hammadde olarak kullanıldığı sistemlerdir. Organik karbon içeren katı atık kaynaklarının sadece belediye çöpü olmadığı belirtilmiştir. Endüstriyel ve tarımsal alanlarda da gerek suda çözünmüş halde organik madde ve gerekse katı halde organik madde çevreye verilmektedir. Bu maddelerin mevcut sistemlerle temiz ve uygun gaz ve sıvı yakıta dönüşümlerinde, topluma psikolojik etkileri de bulunmaktadır. Örneğin piroliz olayında kanalizasyon dip çamurlarının kullanımı çok sıkıcı olabilmektedir lerden sonra organik madde içeren atıkların uygun ve temiz yakıta dönüştürülmesi üzerindeki laboratuvar çalışmaları pilot işletmelerde uygulanmış ve daha sonra büyük işletmelerin kurulmasını sağlamıştır. Dönüşüm sistemleri şu şekilde sıralanabilir. 1-Anaerobik Sindirimlerde Metan Gazı (Biyogaz) Üretimi Katı atıklardan, havasız, özel besinlerin ve koşulların sağlandığı ortamda, fermantasyonla biyogaz üretilmektedir. Günümüzde, biyogaz üretim sistemleri de geliştirilmiştir (Tekinel ve Körükçü, 1983). 2-Ergimiş Tuz Yataklarında Düşük Isıl Değerli Gaz Üretimi Bu sistemde katı atık, 1273 K de ergimiş Sodyum Karbonat yatağının altında katı hava ile karıştırılarak yakılmakta ve CO, hidrojen, metan ve etan gibi yanıcı gaz üretilmektedir. 608

8 3-Sentetik Gaz Geri Devir Prosesi ile Gaz Üretimi. Bu yöntemde katı atık,basınçlı depolara girer. Basınçlı depolarda basınçlı metan üretme (MPR) reaktörüne verilir ve burada ters akımla gelen hidrojen içeren sentetik gazla karışır. MPR ye katı, ya serbest düşme ile girer ya da reaktör boyunca hareketli yatak ile girer. Kül (metal-cam) ve kömür karışımı buhar enjeksiyonu ile ayrılır ve buharla kömür, oksijeninin verildiği gazlaştırma kulesine verilerek sıcak sentetik gaz üretilir. Bu gaz tekrar MPR ye geri devir edilir. MPR de yüksek oranda metan içeren (% 17,2 metan, %58,6 hidrojen hacimce) gaz yakıt üretilir. Hareketli sistemde metan %24 dolayındadır. Bu sistem göstermelik deneme sistemi olarak kurulmuş ve daha sonra uygulamaya alınmıştır. 4-Belediye Çöpünden Pirolitik Yağ Üretimi Bu yöntem flaş piroliz yönteminin bir uyarlamasıdır. Belediye çöpünün parçalanmasından sonra, manyetik ayırma ve hava ile ayırma işlemi uygulanıp, geriye kalan organikler %3 neme kadar kurutularak tekrar di diklenmektedir (Elliott, 1981a). Sonra alüminyum ve cam parçaları ayrılmaktadır. Sonra organikler 14 mesh boyuta kadar düşürülerek, organik taneciklere flaş piroliz prosesi uygulanmaktadır. Bu yöntemle pirolitik yağ üretilmektedir. Belediye çöpünden elde edilen yağ, çok çeşitli maddelerin karışımından olan bir akışkandır. Bileşiminde mol kütlesi g/mol olan bileşikler bulunmaktadır. Kaynama sıcaklığı K arasındadır. Bileşiminde kütlece % 57,5 karbon içeren yakıtın ısıl değeri 24,4 MJ/kg dır. Çoğu fraksiyonunda C/O oranı 1/2 ve koyu kahve renklidir. Bu yöntemde pirolitik kok ve gaz da üretilmektedir. Kullanılan ham maddeye (Hayvan gübresi, çeltik kavuzu, saman, belediye çöpü) göre ürünlerin bileşimleri de değişmektedir. örneğin gübrede, çeltik kavuzunda, saman ve belediye çöpünde elde edilen pirolitik koktaki karbon yüzdeleri (kütlece), 34,5, 36,0, 51,0, 48,8 iken, gazın bileşiminde CO: 21,9, 28,5, 53,9, 34,9dır nin ortalarında 200ton/d kapasiteli göstermelik işletme Sandiago da işletmeye alınmıştır. 5-Organik Atıklardan Metanol Üretimi Formaldehit üretiminde kulanılan esas hammadde olmasının yanında metanolden çok sayıda kimyasal madde de üretilmektedir. Bunlar; dimetil tereftalat, metil halojenür, metil amin, metil metakrilat etilen glikol, metil ester ve asetik asittir. Çağımızda ise metanolün direk kullanıldığı alanlarda çok sayıda patent ve yayınlar bulunmaktadır. Bunlar yağ için antifiriz olarak, roket, jet ve yakma makinaları yağı incelticisi, kömür, kömür katranı, gaz ve sıvı hidrokarbon temizleyicisi, plastiklerde katalizör uzaklaştırıcı, metalürjide karbürleştirici ve katılaştırıcı ortam, tohum koruyucu, hidrolik çimento geciktirici, uranyum cevheri gösterici ajanı gibi çoğu endüstride kullanılmaktadır. Bunlardan en önemlisi iyi bir yakıttır. Metanol üretiminde kullanılan ana maddeler karbondioksit ve hidrojendir. Herhangi bir yöntemden elde edilen CO ve CO 2 gaz karışımı hidrojenasyonla metanole dönüşmektedir. Bu olayların olduğu sistemler geliştirilmiştir (Kranitch and Weiss, 1980) 6-Etil Alkol Üretimi Lignoselulozik yapıdaki tarımsal atıklar kimyasal olaylarla hidrolize uğratılarak selüloz önce glikoz birimlerine ve glikoz da biyokimyasal fermantasyonla etil alkole dönüştürülmektedir. Etil alkol direk yakıt olarak kullanıldığı gibi, petrole (benzine) enjekte edilerek gazohol denilen ve petrolün %15 inin yerini alan bir yakıt üretilmektedir (Leonard and Hasney, 1945). 7-Sıvılaştırma İle Akaryakıta Dönüşüm Organik yapılı katı atıkların, basınç altında, yüksek sıcaklıkta, sulu ortamda, çeşitli katalizörler yardımıyla yaygın olarak kullanılan gaz (% 2-10 ), kok (%5-10) ve yağ (%40) gibi akar yakıtlara dönüşmesi olayıdır. Bu dönüşümde hammaddenin kurutulması gerekmemektedir. İşlemden sonra bazı çalışmalar, hammaddeden %5 i kadar kullanılmayan bir atığın kaldığını ve yağa dönüşümün %70 dolayında olduğunu göstermiştir. Henüz gelişme aşamasında olan sıvılaştırma işleminin üzerindeki çalışmalar ve uygulamalar günümüzde 609

9 yoğunluk kazanmıştır. Konu ile ilgili çalışmalar 1920 lerin başlarında başlamış olup, bütün dünyada (Davis, 1983, Elliott and Baker, 1986, Elliott, 1981, 1981a, 1985, Houle and et al, 1976, Molton and Miller, 1978, Wilhelm,1981) ve ülkemizde (Ergun, 1980, Demirtaş, 1985, Taner, 1987) de konu ile ilgili çalışmalar sürdürülmektedir. SONUÇ Bu bilgilerin ışığında ülkemiz için enerjiyi dışa bağımlıktan kurtarmanın yolarından biri de belediye çöpü, tarımsal ve endüstriyel organik yapıdaki geri dönüşümsüz katı atıkların yaygın olarak kullanılan ve sanayinin bağımlı olduğu akar yakıt ve gaz yakıta dönüşüm sistemlerinin geliştirilmesinde ve kurulmasında çaba göstermesidir. Katı atıklar her yıl yenilenebilmekte ve insanoğlu yaşadığı sürece de varolmaktadır. Bir gün bitebileceği endişesi de bulunmamaktadır. Konuyla ilgili bilimsel ve uygulamalı araştırmaların desteklenerek çevreyi kirleten; toplama, taşıma, depolama, çevreye etkisiz duruma getirme vs. gibi çok yüksek maliyeti olan belediye çöpü ve benzeri atıkların enerji kaynağı olarak kullanımına en kısa zamanda gidilmelidir. KAYNAKLAR Agricultural Structure and Production, (1984), Prime Ministry State Inst. of Statistics, Turkey Altaş, M., Fikret, H. ve Çelebi, E., (1990), Enerji İstatistikleri, Türkiye 5. Enerji Kong., 210s, Ankara. Anderson, J. E., (1975), The oxygen Refuse Convertor- A system for producing fuel gas, oil, molten metal and slag from refuse Union Carbide Corporation. Appell, H. R.; Fu, Y. C.; Friedman, S.; Yavorsky, P. M.; Wender, I.,(1971), Conversion Organic Wastes to Oil, a Replenishable Energy, US Bureau of Mines, RI 7560 Appell, H. R.; Fu, Y. C.; Illig, E. G.; Steffgen, F. W.; Miller, R.D., (1970), Conversion of Urban Refuse to Oil, U.S. BOM, TP25 Appell, H.R.; Fu,Y.C.; Illig, E.G.; Steffgen, F.W.; Miller, R.D., (1975), US Bureau of Mines Report of Investigation RI 8013 (Washington) Bridgewater, V. and Evans, G.D., (1993), An Assessment of Thermochemical Conversion Systems for Processing Biomass and Refuse, ETSU, Harwell. Brıdgwater, V., (1996), Production of High Grade Fuels and Chemicals from Catalytic Pyrolysis of Biomass, Catalysis Today, 29, p.285. Brown, H. B., (1938), Cotton, McGraw-Hill Company Inc. pp Davis, H. G., (1983), Direct Liquefaction of Biomass, Final Report and Summary of Effort 1977, Lawrence Berkeley Labaratory, LBL Demirtaş, A.; (1985), A New Method on Wood Liquefaction, Chim. Acta Turc., Vol.13, No Elliott, D. C., (1981), Process Devolepment for Direct Liquefaction of Biomass Fuels from Biomass and Wastes, D.L. Klass and G.H. Envert, Ann Arbor Science Publishers, Inc, Ann Arbor, MI, pp Elliott, D. C., (1981a), Fuels from Biomass and Wastes, D.L. Klass and G. H. Emert, eds., Ann. Arbor Science Publishers, Inc., Ann. Arbor, MI, pp

10 Elliott, D. C., (1985), Analysis and Comparison of products from wood Liquefaction Fundementals of Thermochemical Biomass Conversion, R. Overend et al. eds. Elsevier Applied Science Publishers. Elliott, D. C., (1988), IEA Co. operative Project DI Biomass Liquefaction Test Facility Project: Vol. 4, Analysis and upgrading of Biomass Liquefaction Products, Pacific Northwest Lab., Richland, WA, p Elliott, D. C.; Baker, E. G., (1986), Hydrotreating Biomass Liquids to Produce Hydrocarbon Fuels, Symp. Energy From Biomass and Wastes X, Washington, D.C., April Ergun, S.; (1980), Biomass Liquefaction Efforts in the United States, U.S. DOE Report LBL Goldberg, M. S., Alhomsi, N., Goulet, L. ve Riberdy, H., (1995), Incidence of Cancer Among Persons Living Near a Municipal Solid Waste Landfill Site in Montreal, Guebec, Archives of Env. Health, vol 50, iss6, p Houle, E. H.; Ciriella, S. F.; Ergun, S. and Basunio, D. J.; (1976), Thechnical Evaluation of the Waste-to-Oil Pilot Plant at Albany, Oregon, by Bechtal Corp, for U.S. ERDA Contract E(04-3)-1194 Huffman, R., Graham, R. G. and Brigwater, A.V., (1994), Proc. Adv. Thermochem. Biomass Conv., p Kranitch, W. C.; Weiss, A. H., (1980), Oil and Gas from Cellulose by Catalytic Hydrogenation, Chem., J. Chem. Eng Leonard, R. H. and Hasney, G. S, (1945), Fermentation of Wood Sugars to Ethyl Alcohol, Ind. End. Chem., 37, Molton, P. M. and Demmitt, T. F.; (1977); The Mechanism of Cellulose Pyrolysis: A reviev of the Literature, Battelle-Northwest Report BNWL-2297 Odc-813.4, 23pp Molton, P. M.; Demmitt, T. F.; Donovan, J. M.; and Miller, R. K.; (1978), Mechanisms of Conversion of Cellulosic Wastes to Liquid Fuels in Alkaline Solution, Symp. Papers. energy from Biomass and Wastes, Inst. Of Gas Tech., Chicago Illionis, pp: Riley, G. A.; (1944), The Carbon Metabolism and Phatosynthetic Efficiency of the Earth as a Whole, Am. Sci. 32 (2), Taner, F.; Boztepe, H.; Kimyonsen, U.; (1987), Thermochemical Treatment of the Solid Waste Obtained from NaOH Pulp and Paper Factory with 15% Acetic Acid and for Taşdemiroğlu, E., (1986), Biomass Energy Potential in Turkey, Proc. of the 1986 Int. Cong. on Renewable Energy Sources, Madrid, Spain, May, p Tekinel, O. ve Körükçü, A, (1983), Biyogaz Ülkemizde ve Diğer Ülkelerde Uygulamamlar, Seyhan Grafik Matbaası, İstanbul. Tillman, D.A.; Anderson, L. L, (1977), Fuel From Waste, Academic Press Inc. NewYork p Wilhelm, D. J., (1981), ''Transportation Fuel from Biomass by Direct Liquefaction and Hydrotreating'', in Proceeding of Energy from Biomass and Wastes V, Lake Buena Vista, Florida, January