BİYOGAZ YAKITLI MİKRO KOJENERASYON UYGULAMALARI

Transkript

1 BİYOGAZ YAKITLI MİKRO KOJENERASYON UYGULAMALARI Dünya nüfusunun hızlı bir şekilde artmaya devam etmesi, sanayileşmenin yeni boyutlar kazanması ve insanoğlunun geleneksel yaşam şartlarından kurtularak yaşama standardını yükseltmek istemesi, enerji ihtiyacını hızlı bir şekilde artırmaktadır. Bu nedenle, yeni enerji kaynaklarının bulunması, enerji teknolojisinin geliştirilmesi gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde çalışmaların yoğunlaştığı alanlar olmuştur. Bugün dünyada nükleer enerjinin yanı sıra yeni ve temiz enerji kaynakları olarak adlandırılan jeotermal, güneş, rüzgar ve biyogaz enerjileri son yıllarda üzerinde en çok durulan ve araştırılan konuları oluşturmaktadır. Hayvansal ve bitkisel gıda artıklarının temiz enerji olarak geri dönüşümü çevre kirliliği ve enerji kaynaklarının geliştirilmesi açısından önemlidir. Elde edilen bu temiz enerji, gıda artıklarının oksijensiz ortamda metan gazına dönüşümü ile mümkündür. Geriye kalan kısım ise zenginleştirilmiş bir gübre kaynağı olmaktadır. 1. BİYOGAZ NEDİR? Biyogaz organik maddelerin anaerobik (oksijensiz) ortamda, farklı mikroorganizma gruplarının varlığında, biyometanlaştırma süreçleri (havasız bozunma- biyolojik bozunma - mikrobiyal bozunma - anaerobik fermentasyonun kontrollü süreci) ile elde edilen bir gaz karışımıdır. Biyogaza Bataklık Gazı, Gübre Gazı, Gobar Gaz gibi isimler de verilmektedir. Biyogaz; renksiz, yanıcı, ana bileşenleri metan ve karbondioksit olan, az miktarda hidrojen sülfür, azot, oksijen ve karbonmonoksit içeren bir gazdır. Genellikle organik maddenin %40-%60 kadarı biyogaza dönüştürülür. Biyogazın genel bileşimi %60 CH 4 ve %40 CO 2 den oluşmakta ve ısıl değeri MJ/m 3 tür. Geri kalan artık ise kokusuz, gübre olarak kullanmaya uygun bir katı veya sıvı atıktır. 2. BİYOGAZ NASIL OLUŞUR? Havyan gübresi içindeki organik maddelerin anaerobik şartlarda mikroorganizmalar vasıtasıyla sindirilerek metan üretimi 3 kademede gerçekleşmektedir.

2 Organik maddelerin anaerobik (oksijensiz) şartlarda sindirilmesi. Anaerobik Çürüme Kademeleri 2.1 Birinci Kademe: Hidroliz Birinci kademede çamur içindeki çözünür olmayan organik maddeler mikroorganizmaların salgıladığı ekstra selular enzimlerle çözünür hale dönüştürülür. Bakteriler; uzun zincirli kompleks karbon hidratları, proteinleri, yağları ve lipitleri kısa zincirli yapıya dönüştürürler. Bazı liftli organik maddeler çözünür hale dönüştürülemez. Dolayısıyla bu maddeler bioreaktörde birikebilir veya reaktörden bozunmadan çıkabilir. Su ve inorganik maddeler bioreaktörde değişmeden birikebilir veya reaktörden çıkabilir. Sindirilmemiş organik maddeler koku problemi oluşturur.

3 Uzun zincirli polisakkaritler mono sakkkaritlere, proteinler peptidlere ve amino asitlere dönüşürler. Proteinlerin, karbon hidratların ve lipidlerin daha basit organiklere dönüşümü aşağıda gösterilmiştir... Selülöz ve lignin gibi kompleks maddeler zor hidrolize olurlar veya hiç hidrolize olmazlar. Bu tür maddelerin bozunma reaksiyon hızı çok düşüktür. Kompleks organik maddelerin basit organik maddelere dönüşmesi. 2.2 İkinci Kademe : Asit Oluşturma Asit oluşturucu bakteriler, çözünür hale dönüşmüş organik maddeleri asetik asit başta olmak üzere uçucu yağ asitleri, hidrojen (H 2 ) ve karbondioksit (CO 2 ) gibi daha küçük yapılı maddelere dönüştürürler. Bu bakteriler anaerobiktir. Asidik şartlarda büyürler. Asetik asit gibi uçucu yağ asit bakterilerinin büyümesi ve çoğalması için oksijene ve karbona ihtiyaçları vardır. Bakteriler çözeltideki bağlı haldeki oksijeni kullanarak sağlarlar. Asit oluşturucu bakteriler metan oluşturucu bakteriler için anaerobik şartlar oluştururlar. Uçucu yağ asitlerden başka asit bakterileri organik bileşikleri daha düşük moleküllü alkollere, organik asitlere, amino asitlere, karbon dioksite, hidrojen sülfüre ve esas miktarda metana dönüştürürler. Havasız reaktörlerin işletmeye alınması safhasında uçucu yağ asidi konsantrasyonun mghac/lt den fazla olması istenmez. Asit üretim hızı metan üretim hızına göre daha büyüktür. Organik madde konsantrasyonundaki ani artışlar asit üretiminin artmasına ve ph düşmesine neden olur. Buda metan bakterileri üzerinde inhibasyon etkisi yapar. 2.3 Üçüncü Kademe : Metan Oluşumu Metan oluşturucu bakteriler, asetik asitlerini parçalayarak ve/veya hidrojen (H 2 ) ile karbon dioksit (CO 2 ) nin sentezi sonucu biogaza dönüştürürler. Havasız şartlarda üretilen metanın yaklaşık %30 u hidrojen gazı ile karbondioksit gazından, %70 i ise asetik asit in

4 parçalanmasından oluşur. Tüm uçucu organik asitler ve çözünen organik bileşikler biogaza dönüşmez. Bazı organik maddeler arıtılmadan deşarj olur. Metan üretim süreci yavaştır. Havasız arıtmada hız sınırlayıcı safha olarak kabul edilmektedir. Metan oluşturucu bakterilerin kullanılabilecekleri besin maddeleri oldukça sınırlı olup bunlar asetik asit, hidrojen (H 2 ) ve tek karbonlu bileşiklerdir. Sulu ortamlardaki dip çamurları ve evsel çamur, çürütme tesislerindeki CH 4 in %70 ı, asetik asitin metil grubundan, geri kalanı ise CO 2 + H 2 den üretilmektedir. Metan oluşturucu bakteriler asidojenik ve asetojenik bakterilerin aksine çevresel şartlara karşı çok hassastırlar. 2.4 Biyogaz Üretiminde Kullanılabilecek Atıklar Atık su arıtma tesisi atıkları Bahçe atıkları Deri ve tekstil endüstrisi atıkları Evsel katı atıklar Gıda endüstrisi atıkları (çikolata, maya, süt, içeçek üretimi ) Hayvancılık atıkları Hayvan gübreleri ( büyükbaş hayvancılık, küçükbaş hayvancılık, tavukçuluk) Kağıt endüstrisi atıkları Orman endüstrisi atıkları Sebze, meyve, tahıl ve yağ endüstrisi atıkları Şeker endüstrisi atıkları Yemek atıkları Zirai atıklar

5 ÇEŞİTLİ KAYNAKLARDAN ELDE EDİLEBİLECEK BİYOGAZ VERİMLERİ VE BİYOGAZDAKİ METAN MİKTARLARI KAYNAKLAR BİYOGAZ VERİMİ (l/kg) METAN ORANI (Hac.% si) Sığır Gübresi Kanatlı Gübresi Domuz Gübresi Buğday Samanı Çavdar Samanı Arpa Samanı Mısır Sapları ve Artıkları Keten Kenevir Çimen Sebze Atıkları Değişken Ziraat Atıkları Yerfıstığı Kabuğu Dökülmüş Ağaç Yaprakları Alg Atık Su Çamuru Ülkemizde hayvansal ve bitkisel atıklar, çoğunlukla ya doğrudan doğruya yakılmakta veya tarım topraklarına gübre olarak verilmektedir. Ancak atıkların yakılarak ısı üretiminde kullanılması daha yaygın olarak görülmektedir. Bu şekilde istenilen özellikte ısı üretilemediği gibi, ısı üretiminden sonra atıkların gübre olarak kullanılması da mümkün olmamaktadır. Biyogaz teknolojisi ise organik kökenli atıklardan hem enerji eldesine hem de atıkların toprağa kazandırılmasına imkan vermektedir. 3. BİYOGAZ ÜRETİMİNİN YARARLARI Hayvansal ve bitkisel organik atık/artık maddeler, çoğunlukla ya doğrudan doğruya yakılmakta veya tarım topraklarına gübre olarak verilmektedir. Bu tür atıkların özellikle yakılarak ısı üretiminde kullanılması daha yaygın olarak görülmektedir. Bu şekilde istenilen özellikte ısı üretilemediği gibi, ısı üretiminden sonra atıkların gübre olarak kullanılması da mümkün olmamaktadır. Biyogaz teknolojisi ise organik kökenli

6 atık/artık maddelerden hem enerji eldesine hem de atıkların toprağa kazandırılmasına imkan vermektedir. Genel Olarak Biyogaz; Ucuz - çevre dostu bir enerji ve gübre kaynağıdır. Atık geri kazanımı sağlar. Biyogaz üretimi sonucu hayvan gübresinde bulunabilecek yabancı ot tohumları çimlenme özelliğini kaybeder. Biyogaz üretimi sonucunda hayvan gübresinin kokusu hissedilmeyecek ölçüde yok olmaktadır. Hayvan gübrelerinden kaynaklanan insan sağlığını ve yeraltı sularını tehdit eden hastalık etmenlerinin büyük oranda etkinliğinin kaybolmasını sağlamaktadır. Biyogaz üretiminden sonra atıklar yok olmamakta üstelik çok daha değerli bir organik gübre haline dönüşmektedir 4. ÖRNEK MİKROKOJENERASYON UYGULAMASI : İzmir ilinde bulunan bir besi çiftliğinde mikro-kojenerasyon uygulaması çalışmaları devam etmeketdir. Projeye Ege Üniversitesi teknik ve bilimsel destek vermektedir. Çiftlikte toplam 150 adet büyükbaş hayvan bulunmaktadır. Her gün elde edilen 2,3 ton yaş gübre sürekli besleme tekniğiyle anaerobik fermantasyon tankına beslenmektedir. Ortaya çıkan biyogazın metan oranı %50-55 seviyesindedir. Kullanılan özel bir ayrıştırma tekniğiyle metan oranı %75-85 seviyesine çıkarılmaktadır. Elde edilen m3/gün kapasiteli biyogaz, %85,0 toplam verime sahip bir mikrokojenerasyon ünitesinde değerlendirilecektir. Kojenerasyon ünitesinin elektrik üretimi 17 kwe, ısı üretimi 38 kw tır. Üretilecek elektriğin bir kısmı tesisin ihitiyaçlarını karşılamak üzere kullanılacak, kalanı şebekeye verilecektir. Üretilecek elektriğin değeri ticari tarife üzerinden YTL/yıl dır. Üretilecek ısının bir kısmı çürüme sürecinin kontrol edilmesi amacıyla fermantasyon tankının ısıtılmasında kullanılacaktır. Isının kalan kısmı ise kurulacak küçük ölçekli seranın ısıtılmasında değerlendirilecektir. Üretilecek ısının değeri, konutlarda kullanılan propan esaslı LPG yakıtı cinsinden YTL/yıl dır ( kg/yıl).

7 Tüm prosesler sonunda arta kalan gübre, organik tarımda doğrudan kullanılabilecek zararlı bileşenlerinden ayrıştırılmış zengin içerikli bir üründür. Tarımsal amaçlı biyogaz üretimi çevrimi. 5. SONUÇ : Günümüzde Türkiye de 12 milyon büyükbaş, 39 milyon küçükbaş ve 244 milyon kümes hayvanı olmak üzere toplam 293 milyon besi hayvanı bulunmaktadır. Bu hayvanların atıklarından elde edilebilecek biyogaz potansiyeli m3/yıl olup enerjisi 2,4 milyon ton taşkömürüne eşdeğerdir. Bu potansiyelin elektrik enerjisine dönüştürülmesi halinde üretilecek elektrik miktarı MWh/yıl olup değeri yaklaşık 450 milyon YTL dir. Biyogaz üretimi sonrası geriye kalan katı atıklar gübre olarak tarımsal alanda kullanılabilir niteliktedir. Benzer şekilde ince kıyılmış sap, saman, mısır artıkları, şeker pancarı yaprakları gibi bitkilerin işlenmeyen kısımları ile bitkisel ürünlerin işlenmesi sırasında ortaya çıkan bitkisel atıklar da biyogaz potansiyeline sahiptir. Türkiye nin sahip olduğu bitkisel ve hayvansal atıkların biyogaz potasiyelinin ekonomiye kazandırılması; Yenilenebilir enerji kaynakların değerlendirilmesi ve fosil yakıtların açığa çıkardıkları karbondioksit salınımlarının azaltılması açısında büyük önem taşımaktadır. 6. KAYNAKÇA : [1] Prof.Dr.M.ÖZTÜRK Hayvan Gübresinden Biyogaz Üretimi, Ankara, [2] Doç.Dr.F.KARAOSMANOĞLU, Biyogaz ve Türkiye, Biyogaz Üretiminde Kullanılabilecek Atıklar, İstanbul, [3] Y.Doç.Dr.A.Coşkun DALKILIÇ, Biyogaz Uygulamaları, Gaziantep, Özay KAS Mak.Yük.Müh. Arke Enerji Sistemleri