Etlik Piliç Gübresinden Biyogaz ve Elektrik Üretim Potansiyeli. Üzerine Bir Araştırma

Transkript

1 Etlik Piliç Gübresinden Biyogaz ve Elektrik Üretim Potansiyeli Üzerine Bir Araştırma Kadir Erensoy*, Hakan Bayraktar, Ali Altan Ege Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Zootekni Bölümü, 35100, Bornova, İzmir *e-posta: Tel: +90 (532) Özet Hayvansal üretiminin lokomotif sektörlerinden biri olan etlik piliç üretimi istikrarlı bir büyüme ile yılda 200 milyon adetlik üretim kapasitesine ulaşmıştır. Üretim hacmindeki bu önemli artış ve yeni yasal düzenlemeler hayvan refahı, biyogüvenlik, üretim standartları ile çevresel etkiler gibi yeni sorunları da gündeme getirmiştir. Sürdürülebilir büyüme için yeni pazar arayışlarını sürdüren sektör, atık yönetimi ve enerji verimliliği konularında da yeni alternatifler üzerinde çalışmaktadır. Etlik piliç gübresinden biyogaz ve elektrik üretimi de çevresel sorunlara neden olan tavuk gübresinin değerlendirilmesine yönelik önemli bir alternatiftir. Bu çalışmada Türkiye de etlik piliç altlığının biyogaz üretiminde kullanımı ve elektrik üretim potansiyelinin saptanması amaçlanmıştır. Yılda yaklaşık 200 milyon adet etlik pilicin yetiştirildiği sektörde her yıl ortalama 432 milyon ton gübre üretildiği ve bu miktardaki gübrenin uygun şekilde bertaraf edilmediğinde yaratacağı çevresel etkiler göz önünde bulundurulduğunda konunun önemi çok daha iyi anlaşılmaktadır. Bu çalışmaya konu olan piliç kapasiteli bir etlik piliç işletmesinde yapılan analizler sonucunda dönemlik ortalama elektrik tüketiminin kw olarak gerçekleştiği bu işletmeden ortalama 54 ton gübre (altlık dahil) elde edildiği ve bu miktardaki gübreden m 3 biyogaz, bu biyogazdan da kw elektrik enerjisi üretilebileceği saptanmıştır. Bu veriler üzerinden genel bir değerlendirme yapıldığında etlik piliç sektöründeki 34.6 GW lık elektrik tüketimine karşılık, biyogazdan elektrik üretim potansiyelinin 106 GW ulaştığı söylenebilir. Bu da ülke genelinde tüketimin dört katına varan muazzam bir elektrik üretim potansiyelinin varlığına işaret etmektedir. Anahtar Kelimeler: Etlik piliç, biyogaz, enerji, elektrik, tavuk gübresi, altlık. 1

2 A Researh on Biogas and Electricity Production Potential from Broiler Manure Kadir Erensoy*, Ali Altan, Hakan Bayraktar Ege University, Faculty of Agriculture, Animal Science, 35100, Bornova, İzmir * Tel: +90 (532) Abstract This study was carried out the use of broiler manure that causing environmental problems as a waste material of biogas production and potential. Poultry industry is the locomotive of Turkey's livestock production is expanding its production volume every year (200 million). Increasing production volume along with a number of issues were brought. The most important issue is manure and electricity consumption in these. 200 million broiler generate 432 million tons manure in a year, so this amount of manure may cause to environmental problems if it isn t disposed properly. The production of biogas become a current issue in order to prevent the environmental problems induced by broiler manure. As a result of our study in a broiler farm with capacity of approximately 54 tons of manure at the and of a production period obtained including litter 8510 m 3 of biogas and also from the biogas kw of electricity is determined that the production potential. In contrast, approximately 4315 kw electricity consumption is realized in a period of this farm. When an assessment for our country broiler production corresponds to the electricity consumption of 34.6 GW via these data. When an prediction based on these data, 34.6 GW electricity consumption occurred, but besides broiler manure has 106 GW electricity production potential in all over the country. Keywords: Biogas, electricity production, broiler, electricity consumption, broiler manure. 2

3 GİRİŞ Dünya genelinde giderek artan enerji tüketimi, artan maliyetinin yanı sıra çevreye verdiği zarar ile de gündemdedir. Enerji verimliliği ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının önemini her geçen gün daha da iyi kavranmaktadır. Yenilenebilir olmasının yanında çevre koruma özellikleriyle de bir adım öne çıkan biyo kütle enerjisi, artan enerji talebinin karşılanmasında önemli bir alternatif haline gelmektedir. Tavukçuluk sektöründe önemli çevresel problemlere neden olan gübrenin enerji kaynağı olarak değerlendirilmesi ülkemizde henüz çok yenidir. Bu yüzden elektrik üretiminde biyogaz enerjisinin payı da istatistiklere yansımayacak kadar düşük kalmıştır (TEİAŞ, 2014). Ancak artan çevre endişeleri ve enerji maliyetleri biyogaz üretiminin önümüzdeki dönemde yaygınlaşabileceğini göstermektedir. Türkiye etlik piliç varlığı yıllık 2 milyon adede ulaşmıştır (TUİK, 2014). Bu rakam biyogaz üretimi için çok değerli bir ham madde olan tavuk gübresi üretim potansiyelinin de ne denli yüksek olduğunu ortaya koymaktadır. Ülkemizde elektrik üretiminin kaynaklarına göre dağılımına incelendiğinde üretimin yaklaşık %90 ının fosil yakıtlar ve hidrolik enerji kaynaklarından sağlandığı görülmektedir. Yani üretimin sadece % 10 luk bir kısmı yenilenebilir enerji kaynakları tarafından sağlanmaktadır. Ancak Türkiye ulusal yenilenebilir enerji eylem planında yer alan projeksiyon 2023 yılında yenilenebilir enerjinin elektrik üretimine katkısının % 16 lara çıkarılması yönündedir (TEİAŞ, 2014). Diğer taraftan ülkemizdeki atıkların sadece %60 ı enerji üretimi için kullanılabilir niteliktedir. Tarımsal ve hayvansal atıklardan elde edilecek enerjinin Türkiye nin yıllık enerji tüketiminin %22-27 sine eşit olduğu bilinmektedir (Doğan ve ark., 2000). Hayvan atıkları olarak da yıllık 1.5 milyon ton petrol eşdeğerine karşılık gelen bir potansiyel bulunmakta olup, bu değer ile enerji kullanımımızın yaklaşık %4.7 si karşılanabilecektir. 3

4 Biyogaz ısıtma, aydınlatma, elektrik ve mekanik enerjiye dönüştürülebilme imkanlarına sahip olması nedeniyle çok yönlü bir kaynaktır (Koçer ve ark., 2006). Voivontas et al. a (2001) göre dünya sera gazı salınımının yaklaşık %20 si tarımsal faaliyetler sonucunda meydana gelmektedir. Ülkemizde hayvansal üretimin ve hayvancılıkla uğraşan nüfusun fazla olmasından dolayı biyogaz, Türkiye için etkili bir enerji kaynağı potansiyeli taşımaktadır (Çağlayan ve ark., 2014). Etlik piliç üretimindeki artışın doğal bir sonucu olarak açığa çıkan gübre miktarı da artmıştır. Bu atıkların uygun bir şekilde bertaraf edilmesi çevre koruma açısından da önem taşımaktadır. Dışkının oluşum zamanı ve barınaktaki yerleşim sıklığı gübrenin karakteristiğini belirlemektedir. Üretim dönemi sonunda altlık dahil gübre materyalinin yoğunluğunu 400 kg/m 3 olarak bildirilmiştir (Cabral, 2009). Altan (1995) her bir etlik piliç için altlık materyali dahil gübre üretiminin 2 kg olduğunu ve %25 nem değerindeki gübrenin ağırlığı kg/m 3 değerleri arasında seyrettiğini vurgulamıştır. Bu konuda yapılan bir diğer çalışmada Fukuyama et al., (2008) ise, etlik piliç başına ortalama altlık ağırlığının 2.19 kg ulaştığını bildirilmiştir. Etlik piliç gübresinin ısıl değerinin de nem içeriği ile değişmekle beraber MJ/kg değerleri arasında olduğu ve kömürün ısıl değerinin yaklaşık yarısı düzeyinde olduğu bilinmektedir (Sordi et al., 2004; Lucas et al., 2000). Yapılan çalışmalarda tavuk gübresinin biyogaz potansiyelinin m 3 /kg, ısıl değerinin ise 6.21 kwh/m 3 olduğu ve biyogazın elektrik enerjisine %25 lik bir verimlilik ile dönüştürülebildiğini saptanmıştır (Catarino et al, 2009). Yukarıda belirtilen literatür ışığında etlik piliç sektörünün biyogaz üretim potansiyelinin hesaplanabilmesi ve geleceğe yönelik projeksiyonların yapılması olasıdır. Bu tip çalışmalar gerek üreticilere, gerekse yatırımcılara yol gösterici olması açısından da oldukça önemlidir. Bu çalışma ülkemizde yapılan etlik piliç üretiminde atık materyal 4

5 olarak çevresel sorunlara neden olan tavuk gübresinin, biyogaz üretiminde kullanımı ve potansiyelini ortaya koymak amacıyla yapılmıştır. Materyal ve Yöntem Bu araştırma etlik piliç üretiminin yoğun olarak yapıldığı Balıkesir ilinin Bandırma ilçesinde saha çalışması olarak yürütülmüştür. Çalışmadaki veriler tam çevre denetimli, 70x12 boyutlarında 2 adet kümesin bulunduğu bir işletmeden elde edilmiştir. Her biri 42 gün olan üretim dönemleri boyunca 15 piliç/m 2 yerleşim sıklığı uygulanmış ve kümeslerdeki ortalama kapasite piliç olarak gerçekleşmiştir. Yıl boyunca yaklaşık 6 dönem üretim yapılmıştır. Deneme boyunca, her bir üretim dönemi için ortalama elektrik tüketiminin 4401 kw olarak gerçekleştiği ve ortalama elektrik giderinin TL olduğu saptanmıştır. İşletmede altlık materyali olarak çeltik kavuzu kullanılmış ve üretim dönemi sonunda arta kalan gübrenin taşınmasında kasa hacmi 24 m 3 olan bir kamyon kullanılmıştır. İşletmeden sevk edilen gübre miktarları kayır altına alınmıştır. Tavuk gübresinin biyogaz potansiyelinin hesaplanmasında, bu konuda yapılan çalışmalardan yola çıkılarak her 1 kg gübreden m 3 biyogaz üretileceği varsayılmıştır. Gübrenin ısıl değerine yönelik hesaplamalarda ise her literatürdeki MJ/kg değerlerin ortalaması olan MJ/kg değeri esas alınmıştır. Oluşan gübre miktarının hesaplanmasında aşağıdaki eşitlikten (1) yararlanılmıştır (Oliviera et al., 2012): B = n. V. P. Pb (1) B: Biyogaz Miktarı (m 3 ), n: Kamyon sayısı, V: Kamyonun kasa hacmi (m 3 ), P: Gübrenin hacim ağırlığı (kg/m 3 ), Pb: Biyogaz potansiyeli (m 3 /kg). 5

6 Gübrenin ısıl değerinin 6.21 kwh/m 3 olmasına karşın, jeneratörler yardımıyla elektriğe çevrildiğinde elektrik verimliliği yaklaşık %25 düzeyinde gerçekleşmektedir (1.55 kwh/m 3 ). Üretilecek biyogazın elektrik üretim potansiyelinin hesaplanması amacıyla Oliviera et al. (2012) nın da yararlanmış olduğu numaralı eşitlik (2) kullanılmıştır: E = B x Pcr (2) E: Elektrik üretimi (kwh), B: Biyogaz miktarı (m 3 ), Pcr: Isıl değer (kwh/m 3 ) Bulgular ve Tartışma Bu çalışmaya konu olan ve her biri piliç kapasiteli kümeslerden elde edilen, bir dönemlik atık gübrenin uzaklaştırılmasında 24 m 3 lük yük taşıma kapasitesine sahip bir kamyon ile ortalama 4.5 sefer yapılmıştır. Buradan hesapla bu işletmeden elde edilen atık gübre miktarının yaklaşık kg/dönem olduğu saptanmıştır. Her bir etlik piliç için altlık materyali dahil ortalama atık gübre üretiminin ise 2.16 kg olduğu belirlenmiştir. Bu değer Altan (1995) ve Fukuyama et al. nın (2008) bildirişleri ile uyumludur. Üretilen gübrenin hacim ağırlığı da 500 kg/m 3 olarak tespit edilmiştir. Bu bulgu Cabral ın (2009) sonucundan yüksek olmakla birlikte Altan (1995) ile benzerdir. Çalışma yapılan kümese ait parametreler ve değerler Çizelge 1 de sunulmuştur. Bu işletmeden elde edilebilecek biyogaz miktarı 1 numaralı eşitlik yardımıyla hesaplanmış ve m 3 olarak bulunmuştur. Elde edilen biyogazın da elektrik üretim kapasitesinin saptanmasında ise 2 numaralı formülden yararlanılmış ve elektrik üretim potansiyelinin kw olduğu belirlenmiştir. Ancak işletmeler arasında kullanılan altlık miktarı ve kesim yaşı gibi farklılıklar nedeniyle teoriye dayalı olarak hesaplanan bu değerlerin bütün işletmeler için benzer olması da beklenmemelidir. Küçük işletme ölçeğinde yapılan bu değerlendirmelerin yanında, ülkemiz tavukçuluğunun biyogaz üretim potansiyeli ve bu 6

7 biyogazdan elde edilebilecek elektrik enerjisine ilişkin değerler Çizelge 2 de verilmiştir. Ülkemizde yoğun olarak yapılan etlik piliç üretiminin doğal bir sonucu olarak ortaya çıkan gübrenin (432 milyon ton/yıl) tamamının biyogaz üretimi ile elektriğe dönüştürülebileceği varsayımından hareket ile yapılan bu çalışma sonucunda etlik piliç sektörün sahip olduğu elektrik üretim potansiyelinin ne denli yüksek rakamlara ulaşabileceği görülmektedir. Çizelge 1. Bir üretim dönemde biyogazdan elde edilebilecek elektrik enerjisi potansiyeli ( kapasiteli etlik piliç üretim işletmesinde) Parametreler Birimler Değerler Hayvan sayısı adet/dönem Gübre miktarı kg/dönem Biyogaz potansiyeli m 3 /kg Toplam biyogaz potansiyeli m 3 /yıl Biyogazın ısıl değeri kwh/m Jeneratör etkinliği % 25 Elektrik enerjisi potansiyeli kw/yıl Biyogazın sadece %25 verimlilikle dahi elektrik enerjisine dönüştürülebilmesi ile sektörde yıllık 106 GW lık bir elektrik üretimi gerçekleştirilebilecektir (Çizelge 2). Çalışmanın yapıldığı işletmede bir üretim dönemde 1000 hayvan için elektrik tüketiminin yaklaşık 176 kw olduğundan hareketle sektörde tüketilen yıllık elektrik miktarının ortalama 35.2 GW a ulaştığı, buna karşın sektörün henüz kullanamadığı 106 GW lık bir elektrik üretim kapasitesinin var olduğu görülmektedir. Etlik piliç kümeslerinde sadece biyogaz ile elektrik üretim potansiyelinin, tüketimin 3 katından daha fazla olduğu anlaşılmaktadır. 7

8 Çizelge 2. Bir yıllık üretim sürecinde biyogazdan elde edilebilecek elektrik enerjisi potansiyeli (Türkiye deki tüm etlik piliç işletmelerinde) Parametreler Birimler Değerler Hayvan sayısı adet/yıl Gübre miktarı kg/yıl Biyogaz potansiyeli m 3 /kg Toplam biyogaz potansiyeli m 3 /yıl Biyogazın ısıl değeri kwh/m Jeneratör etkinliği % 25 Elektrik enerjisi potansiyeli kw/yıl GW/yıl Sonuç ve öneriler Biyogaz üretimi etlik piliç sektörünün en önemli sorunlarından biri olan atık gübrenin değerlendirilmesi amacıyla kullanılabilecek önemli alternatiflerdendir. Yöntem uygun şekilde bertaraf edilmeyen gübrelerin çevreye verdiği zararların önüne geçilmesi bakımından da oldukça büyük bir önem arz etmektedir. Ancak bu konuda daha ayrıntılı çalışmalara gereksinim duyulmaktadır. İşletmeler ve bölgeler düzeyinde verilerin toplanması, araştırma ve tip projelerin yapılması ve sonuçlarının yayımlanması biyogaz yönteminin potansiyelinin ortaya konulması adına önemli aşamalardandır. İşletmeler için önemli bir yatırımı da gerektiren bu yöntemin kullanımı ve yaygınlaştırılmasının önündeki sorunların aşılması durumunda enerjinin geri kazanımı ve çevresel risklerin azaltılması ile sektöre önemli kazanımlar da sağlanabilecektir. Bu konuda kamu ve özel sektördeki çalışmalarının sürdürülmesi ve yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelim noktasındaki teşviklerin yaygınlaştırılmasında yarar vardır. Üretilecek her bir metreküp biyogazın ülkemizin enerji ithalatını azaltarak ve enerji maliyetlerini düşürerek milli ekonomiye önemli katkılar sağlayacağı unutulmamalıdır. 8

9 Kaynaklar Altan, A Tavuk yetiştiriciliğinde standartlar ve öneriler. Ege üniversitesi basımevi, Bornova, İzmir s. Cabral, L.V Anaerobic Digestion of Litter of Broiler Associated with the Fertilizer Obtained Manure from Pigs: Biogas Production and Quality of Fertilizer. Master Thesys, pp. 89, State University Paulista, Brazil. Catarino, R.P., González, A. P. N., Oliveira, L. R. P Optimization of methane production from chicken manure bed. I International Symposium on Animal Waste Management. Çağlayan, G.H., Koçer, N.N Muş ilinde hayvan potansiyelinin değerlendirilerek biyogaz üretiminin araştırılması. Muş Alparslan Ünı versı tesı Fen Bilimleri Dergisi. Cilt:2 Sayı:1. Doğan, M Enerji kaynakları. Çevre sorunları ve çevre dostu alternatif enerji kaynakları standart dergisi, 39/468, Fukayama, E.H Quantitative and qualitative characteristics of the litter of broiler under different reuses: Effect in the production of biogas and organic fertilizer. Doctoral thesis, State University Paulista, Brazil, pp. 99. Koçer, N.N., Öner, C., Sugözü, İ Türkiye de hayvancılık potansiyeli ve biyogaz üretimi. Muş Alparslan Ünı versı tesı Fen Bilimleri Dergisi. Lucas, J., Tânia, M.B Aproveitamento de resíduos de indústria avícola para produção de biogás. Simpósio sobre resíduos da produção avícola, Statal University Paulista, São Paulo, Brazil, pp

10 Sordi, et al Estimativa do potencial de geração de energia elétrica proveniente do uso dos resíduos da avicultura de corte na mesorregião oeste do Paraná. Revista Engenharia na Agricultura, Viçosa, v. 12, n. 4, pp TEİAŞ Türkiye ulusal yenilenebilir enerji eylem planı. TÜİK ( ). Voivontas, D., Assimacopoulos, D., Koukios, E.G Assessment of biomass potencial of power production: a GIS based method. Biomass and Bioenergy, Elsevier Science B.V., vol. 20, pp