298 Türkiye Tarımsal Artık Potansiyeli ve Alternatif Kullanım Olanakları Tayfun KORUCU 1, Fatih MENGELOĞLU 2 1 K.S.Ü., Ziraat Fakültesi, Tarım Makinaları Bölümü, Kahramanmaraş 2 K.S.Ü., Orman Fakültesi, Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü, Kahramanmaraş e-posta: tkorucu@ksu.edu.tr Özet: Hızlı nüfus artışına paralel olarak artan ihtiyaçlar, orman ürünlerine olan talebin artmasına sebep olmakta ve mevcut orman kaynaklarımızın bu ihtiyaca cevap verememesi yeni alternatifler bulunmasını zorunluluk haline getirmektedir. Yapılabilecekler arasında mevcut hammaddenin rasyonel bir şekilde değerlendirilmesi, geri dönüşüm projelerinin gerçekleştirilmesi ve en önemlisi yeni hammadde kaynaklarının bulunması sayılabilir. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte orman ürünlerinin rasyonel bir şekilde değerlendirildiği, her boyuttaki ağaçların üretimde kullanıldığı ve bazı geri dönüşüm projelerini gerçekleştirildiği düşünülecek olursa, üretimde kullanılacak alternatif hammaddelerin bulunmasının ne derece önemli olduğu anlaşılacaktır. Ülkemizde mevcut bulunan ve tarlada yakılarak yok edilen ya da sürülerek toprağa gömülen tarımsal artıklar orman ürünlerine alternatif hammadde olarak çeşitli sahalarda kullanılabilme potansiyeline sahiptir. Ülkemizde bu amaçla kullanılabilecek yaklaşık 47 milyon ton tarımsal atığın bulunması bu potansiyelin ne derece gerçekçi olduğunu ortaya koymaktadır. Bu çalışmada, Türkiye de tarımsal artıklara ilişkin üretim miktarı belirlenerek tarımsal artıkların yakılması ya da toprağa gömülmesi yerine üretimde kullanılması konusunda alternatif çözümler sunulmuştur. Bu kullanım alanları arasında kâğıt ve karton sanayi, kompozit levha üretimi ve katı yakıt maddesi olarak kullanımı sayılabilir. Bu uygulama çiftçimize ve ülke ekonomisine olumlu bir katkı sağlayacaktır. Anahtar Kelimeler: Tarımsal artık, anız, kâğıt ve karton sanayi, kompozit Potentials of Agricultural Residues as Raw Materials and Their Alternative Usage Possibilities in Turkey Abstract: Parallel to the population growth, demand for forest products such as lumber, furniture, paper and paperboard, composite panels, etc. increased drastically. Since our existing forest recourses can not fully compensate the demands, finding alternative raw materials is obligatory. The optimal usage of available raw materials, reuse and recycling of used materials, and finding new raw materials can be listed as viable options. With the help of advance technology, wood in any size can be utilized successfully in forest product industry and some reuse and recycling projects are underway in Turkey. It is obvious that we still need to find new raw materials for this industry. Agricultural residue, which is greatly available in Turkey and mostly ploughed into soil or burned on the field, has a great potential to be utilized as raw materials. Considering available nearly forty seven million-tons of agricultural residues, this is a realistic option. In this article, amount of available agricultural residues in Turkey was determined and alternative usage possibilities were discussed. Pulping and paperboard, composite panel manufacturing, and residue burning can be listed among the possible utilization areas. Finding new usage field for agricultural residues could be beneficial for both the local economy and the farmers. Keywords: Agricultural residue, pulping, composites, panels, raw materials GİRİŞ Artan nüfus oranına paralel olarak orman ürünlerinin kullanımı da her geçen gün artmaktadır. Orman kaynaklarımızın kısa sürede yenilenememesi ve kullanım miktarındaki artış, doğanın dengesini olumsuz yönde etkilemektedir. Her yıl yenilenebilir olması ve lifsi yapıya sahip olmaları nedeniyle orman ürünlerinin kullanıldığı bir çok alanda hammadde olarak kullanım olanaklarının bulunması, tarımsal artıklara olan ilginin artmasına ve yukarda bahsedilen olumsuzluğun kısmen de olsa giderilmesine imkan sağlamaktadır.
299 Anız, bir tarımsal artık olarak biçilen ekinin tarlada kalan kısmına verilen isimdir. Genellikle çiftçilerimiz ürünlerini hasat ettikten sonra tarlada kalan artıkların bir kısmını hayvanlarının beslenmesi amacıyla toplamakta, bir kısmını toprak işleme uygulamaları ile toprağa karıştırmakta, büyük bir kısmını ise yakarak tarladan uzaklaştırmaktadır. Oysa ki, tarımsal artıkların yakılması sorunu, bu eylemi gerçekleştirenler tarafından kısa sürede faydalı olduğu iddia edilecek kadar düşünülmeden yapılan gerçek bir çevre sorunudur. Ülkemizde tarımsal artıkların yakılma konusu makinalı tarıma geçişin ardından ikinci ürün yetiştirme olanağının ortaya çıkması ile çok yakın geçmişte başlamıştır. Üreticiler buğday anızını, toprak işlemede kolaylık sağlaması, hastalık ve zararlılarla mücadele edilmesi, daha yüksek verim alınması ve hasat sonrası bitkisel artıkların ekonomik bir değer taşımadığı düşünceleri ile oluşan yanlış bir alışkanlık sonucu yakmaktadır. Böylece hasat artığı sap ve köklerin doğal yollardan toprağa karışması veya çürüyerek humusa dönüşmesi için gereken süre ortadan kaldırılmak istenmektedir. Anızı yakma neticesinde özellikle topraktaki organik madde miktarı azalmakta, mikrobiyolojik aktivite gerilemekte, toprak canlıları yok olmakta, su tutma kapasitesi azalmakta, biyolojik denge bozulmakta ve erozyon riski yükselmektedir. Sayılan bu olumsuzlukların yanı sıra; orman yangınları, telefon ve enerji iletim hatlarının yanması, sis oluşumu ile trafik kazalarına sebep olunması, hasat edilmemiş komşu tarlalara yangının sıçraması, yakın köylerdeki hayvan barınaklarının ve yerleşim birimlerinin yanması gibi bir çok çevresel riskleri de beraberinde getirmektedir (Cerit, 2001; Avşar ve Kamburoğlu, 1996). Anız yakma ayrıca, hammadde olarak kullanımı mümkün olan tarımsal artıkların yok olmasına sebep olmaktadır. Oysa ki, her yıl üretilen milyonlarca ton tarımsal artığın kullanımı, orman kaynaklarına olan bağımlılığı azaltarak yeşil alanların yok olmasını engelleyecektir. Diğer yandan, tarımsal artıkların uygun bir şekilde değerlendirilmesiyle üreticilerimiz fazladan gelir sağlayabilecektir. Tarımsal atıklar hayvan yemi olarak kullanılmakta, ya da toprak üzerinde bırakılarak, toprağın organik madde içeriğini artırmakta ve böylece erozyon kontrol örtüsü olarak toprağın korunmasına neden olmaktadır. Diğer yandan, bu artıkların endüstride değişik alanlarda kullanımı da söz konusudur. Son yıllarda dünya da kişi başına düşen orman alanı miktarının azalması, alternatif kaynakların kullanımını gündeme getirmiştir. Ürün artıkları, ağacın hammadde olarak kullanıldığı birçok alanda önemli bir yere sahiptir. Tarımsal artıkların hammadde olarak kâğıt ve karton sanayinde, kompozit malzeme üretiminde ve katı yakıt maddesi olarak birçok alanda kullanımı da yaygınlaşmaktadır. Ülkemizde ise, tarımsal artıkların sanayide kullanımı çok yaygın değildir. Sadece yaklaşık 500.000 ton/yıl buğday sapı hammadde olarak kağıt sanayinde kullanılmaktadır (Eroğlu ve Tutuş, 2004). Yaklaşık 18 milyon ha alanda tahıl üretiminin yapıldığı ülkemizde üretilen milyonlarca ton tarımsal artıktan böylesine düşük bir miktarın değerlendiriliyor olması oldukça düşündürücüdür. Bu çalışmada, ülkemizde geniş alanlarda üretimi yapılan bazı tahıl ürünlerine ilişkin tarımsal artık üretim miktarlarının belirlenmesi ve sanayide alternatif kullanım olanaklarının araştırılması amaçlanmıştır. Bu anlamda araştırma kapsamında hasat sonrası tarla yüzeyinde bırakılan ürün artıklarının (anızın) hammadde olarak kâğıt ve karton sanayindeki kompozit malzeme üretiminde ve katı yakıt maddesi olarak birçok alandaki kullanım olanakları detaylı bir şekilde incelenmiştir.
300 TÜRKİYE NİN TARIMSAL ARTIK POTANSİYELİ Ülkemizin tarım ve orman alanlarının % 44,3 nü ormanlar, % 37,6 lük kısmını ekili tarım alanları, % 10,6 nü nadas alanları ve geriye kalan % 7,5 lik kısmını ise meyve ve sebze alanları oluşturmaktadır. Ekili alanlarımızın % 78,1 gibi oldukça büyük bir kısmında ise tahıl üretimi gerçekleştirilmektedir. Tahıl üretiminin toplam üretimdeki payı ise % 55 dir (DİE, 2003). Büyük oranlarda tahıl üretiminin yapıldığı ülkemizde tarımdan elde edilen ürün veriminin yanı sıra tarımsal artıkların da alternatif enerji kaynağı veya hammadde olarak değerlendirilmesiyle ülke ekonomimize büyük katkı sağlanacaktır. Tarımsal ürünler hasat edildikten sonra tarlada kalan anız miktarı; ürün çeşidine, toprak tipine ve hava koşullarına bağlı olarak değişim göstermektedir. Bahsedilen bu koşullar hem ürün verimi hem de artık miktarı üzerinde de oldukça etkilidir. Bitki çeşidine bağlı olarak ürün verimi ile artık miktarı arasında Çizelge 1 de görüldüğü gibi bir ilişki bulunmaktadır. Çizelge 1 Artık miktarı ile ürün verimi arasındaki ilişki Ürünler Buğday Arpa Yulaf (Anonim, 2007a) Artık miktarı / Ürün verimi (k) en az - en çok Ortalama 1,0 3,1 2,05 0,8 1,3 1,05 0,9 1,7 1,30 alandan hammadde olarak kullanılabilecek anız miktarı aşağıdaki eşitlikler yardımıyla hesaplanabilir. Burada; A k V (1) S 1 A 0,2 (%20 kavuz) (2) S 2 A 0,2 (%20 anız) (3) M A S1 S2 C (4) A : Toplam artık miktarı V : Ürün verimi k : Artık miktarı / Ürün verimi oranı S 1 : Artık içerisindeki kavuz miktarı S 2 : Artık içerisindeki anız miktarı M : Hammadde olarak kullanılabilir artık miktarı C : Toprağı korumak için gerekli anız miktar (S 1 dahil 1500 kg/ha) Alternatif enerji kaynağı ve hammadde olarak kullanılacak toplam anız miktarının hesaplanmasında toprağın su ve rüzgar erozyonuna karşı korunması için gerekli olan ön bitkiye ait ürün artığının kavuz da (S 1 ) dahil olmak üzere toplam 1500 kg olduğu dikkate alınmıştır (Anonim, 1998a). Yukarıdaki eşitlikler kullanılarak buğday, arpa ve yulaf bitkilerine ait tarımsal artık üretim verileri Türkiye geneli ve en çok üretimin yapıldığı ilk üç il için Çizelge 2 de verilmiştir. Çizelge 2 incelendiğinde Türkiye de 2003 istatistiklerine göre yıllık 9.053.398 ha lık alanda buğday, 3.381.582 ha lık alanda arpa ve 128.889 ha lık alanda ise arpa ekimi yapıldığı görülmektedir. Alternatif enerji ve hammadde kaynağı olarak kullanılması düşünülen ürün artık miktarı hesaplanırken toplam artık miktarının %20 sinin kavuz (tahıl dış kabuğu) ve % 20 sinin de anız olduğu varsayılmaktadır (Anonim, 1998a). Bununla birlikte hesaplamalarda tarım topraklarının rüzgar ve su erozyonuna karşı korunması amacıyla ön bitkiye ait anız miktarının en az %30 nun veya yaklaşık 1100 kg/ha lık kısmının toprak yüzeyinde bırakılması gerektiği de dikkate alınmalıdır (Korucu, 2002). Buna göre toplam ürün veriminden yola çıkarak hammadde olarak kullanım amacıyla birim
301 Ürün Buğday Arpa Yulaf Şehirler Hasat edilen alan (ha)* Ürün Verimi * Çizelge 2 Anız üretim miktarı Toplam verim (kg) A S 1 S 2 M Toplam A (ton) Toplam M (ton) Adana 308.843 3.421 1.056.551.903 7.013 1.403 1.403 4.110 2.165.847 1.269.481 Konya 700.881 2.006 1.405.967.286 4.112 822 822 1.790 2.882.233 1.254.465 Ankara 511.354 2.168 1.108.615.472 4.444 889 889 2.056 2.272.662 1.051.098 Türkiye 9.053.398 2.007 18.171.958.112 4.115 823 823 1.792 38.992.847 17.614.181 Ankara 258.167 2.505 646.708.335 2.630 526 526 604 679.044 155.985 Şanlıurfa 247.763 2.479 614.204.477 2.603 521 521 582 644.915 144.287 Konya 359.292 2.256 810.562.752 2.369 474 474 395 851.091 141.935 Türkiye 3.381.582 2.278 7.703.744.771 2.392 478 478 414 8.488.342 1.822.295 Kocaeli 16.609 2.262 37.569.558 2.941 588 588 852 48.840 14.159 Çanakkale 8.170 2.335 19.076.950 3.036 607 607 928 24.800 7.585 İstanbul 5.443 2.736 14.892.048 3.557 711 711 1.345 19.360 7.323 Türkiye 128.889 1.400 180.506.658 1.821 364 364 350.983 89.534 * DİE, 2003 TOPLAM 47.832.172 19.526.010 seviyede olmadığı göz önüne alınarak bu illerdeki Şekil 1, 2 ve 3 de bölgeler bazında tarımsal artık üretim miktarları verilmiştir. Veriler hazırlanırken veriler hammadde miktarı belirlenirken dikkate alınmamıştır. özellikle arpa ve yulaf veriminin düşük olmasından dolayı birçok ilimizde üretilen artık miktarının yeterli Küzeydoğu Anadolu Ortadoğu Anadolu 279.405 327.811 Karadeniz Ege 1.499.830 1.652.077 Güneydoğu Anadolu Akdeniz Marmara İç Anadolu 2.840.981 3.092.964 3.609.634 Buğday artık miktarı (ton) 4.311.479 Şekil 1 Türkiye de bölgelere göre ortalama buğday artık miktarı Küzeydoğu Anadolu Ortadoğu Anadolu Karadeniz 12.979 27.465 71.508 Akdeniz 158.682 Marmara 234.280 Ege 298.945 Güneydoğu Anadolu 447.625 İç Anadolu Arpa artık miktarı (ton) 570.810 Şekil 2 Türkiye de bölgelere göre ortalama arpa artık miktarı
302 Güneydoğu Anadolu Ortadoğu Anadolu Küzeydoğu Anadolu 0 53 337 Karadeniz Ege Akdeniz 3.596 3.855 5.742 İç Anadolu Marmara 20.878 Yulaf artık miktarı (ton) 55.073 Şekil 3 Türkiye de bölgelere göre ortalama yulaf artık miktarı Şekil 1, 2 ve 3 incelendiğinde, buğday anızının en çok üretildiği bölgenin yaklaşık 4,5 milyon ton ile İç Anadolu bölgesi olduğu, bunu yaklaşık 3,6 ve 3,1 milyon ton ile Marmara ve Akdeniz bölgelerinin izlediği görülmektedir. Arpa anızın en çok üretildiği bölge yaklaşık 570 bin ton la İç Anadolu bölgesi, yulaf anızının en çok üretildiği bölge ise yaklaşık 55 bin ton la Marmara bölgesidir. Bu değerler açıkça göstermektedir ki tarımsal artıklar içerisinde en büyük potansiyel buğday saplarında mevcuttur ve bu sebeple bir çok araştırma bu bitki artıkları üzerinde yoğunlaşmıştır. TARIMSAL ARTIKLARIN LİF YAPISI VE KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Tarımsal artıkların lif yapısı ve kimyasının, bu hammaddelerin kompozit malzeme üretimi esnasında işlenmesi ve üretilen levhanın özellikleri üzerinde önemli etkisi vardır. Tarımsal artıkların lif yapıları ve kimyasal özellikleri Çizelge 3 de verilmiştir. Tarımsal artıklar içerisinde miktar olarak en fazla üretime sahip olan buğday sapları %70-75 oranında holoselüloz içermektedir. Bunun yaklaşık olarak yarısı (yada %35) alfa-selülozdur. Holoselüloz, bitki dokularındaki suda çözünmeyen karbonhidratlar olarak tanımlanırlar ve alfa-selüloz (selüloz) ve hemiselüloz dan oluşurlar. Selüloz bulunduğu bitkiye bağlı olmaksızın aynı kimyasal yapıya sahiptir (D-glucopyranose ünitelerinin lineer polimerleri). Hemiselüloz ise genelde birden fazla tek tip şeker ünitelerini (heksoz ve pentozanlar) içinde bulunduran, çoğunlukla dallanmış polimerlerdir. Hemiselülozlar ısı ve alkalilere karşı selülozdan daha hassastırlar (Bostancı, 1987; Atchison,1997). Çizelge 3. Seçilmiş odun ve odun olmayan hammaddelerin lif uzunlukları ve kimyasal özellikleri (Atchison, 1993; Atchison, 1997; Mabee ve Roy, 1999) Lif Uzunluğu Selüloz Lignin Hemiselüloz Kül Silikat Lif Kaynakları (mm) (%) (%) (%) (%) (%) Buğday Sapı 1,5 50-52 16-20 26-30 5-10 4-8 Arpa Sapı - 47-48 14-15 24-29 5-7 3-6 Yulaf Sapı - 44-53 16-19 27-38 6-8 4-6,5 Buğday saplarındaki lignin miktarı ise yaklaşık olarak %20 dir. Ligninler son derece karmaşık, şekillenmemiş (amorphous) ve fenolik gruplardan oluşmuş doğal polimerlerdir. İğne yapraklı ağaçlarda, yapraklı ağaçlarda ve tarımsal bitkilerde bulunan lignin bazı kimyasal farklılıklar gösterir. Tarımsal bitki dokularında, lignin selüloz lif duvarları arasında ve içerisinde sertliğin oluşmasını sağlayan madde görevini
303 üstlenir. Bitki bezlerindeki organik olmayan maddeler, kül (ash) olarak anılırlar ve küller bitkinin 575 C de yakıldıktan sonra geride kalan mineral kalıntılarıdır. İşlenmemiş saplardaki kül miktarı %4-8 arasında olup, bunların çoğunu silikatlar (%3-7) oluşturmaktadır (Atchison, 1997). Buğday sapları nötr çözücülerle uzaklaştırılabilen düşük molekül ağırlıklı maddeler de içerir. Bunlar arasında fenoller, yağlar, yağ asitleri ve balmumu (wax) gibi farklı grup maddeler sayılabilir ve ekstraktif maddeler olarak adlandırılırlar. Ekstraktifler, içerisinde bulundukları dokuya özel karakterler kazandırırlar (renk, su itici özellik, buffer kapasitesi, vb.). Buğday saplarındaki suda çözülebilen ekstraktif madde miktarı %8 civarındadır. Literatürdeki bilgiler, sapların dokusundaki balmumu gibi maddelerin (özellikle epidermis dokudaki) liflerin üre formaldehit (UF) tutkallarıyla yapışmasını zayıflattığını bildirmektedir (Berns ve Caesar, 1999). Ancak liflerin yada sap parçacıklarının pmdi (polymeric 4-4 diphenyl-methane diisocyanate) tutkallarıyla yapıştırılması başarılı bir şekilde yapılabilmektedir (Mengeloğlu ve Alma, 2002). TARIMSAL ARTIKLARIN ENDÜSTRİDE KULLANIM ALANLARI Yer küremizde üretilen buğday sapı miktarının yaklaşık olarak 800 milyon ton civarında olduğu tahmin edilmektedir (Backiel, 1995; Mengeloğlu ve Alma, 2002). Bunun içerisine arpa ve yulaf tarımından oluşacak artıklarda eklendiğinde yaklaşık 1 milyar ton artığın bulunduğu görülmektedir. Tarımsal artıklar farklı endüstri kollarında kullanılma potansiyeline sahiptir. Bunlarda en önemlisi orman endüstri kollarıdır. Bu sanayi kolunda tarımsal artıklardan elde edilen lifler ya da yongalar odundan elde edilen lif ya da yongaların yerine kullanılabilmektedir. Bu üretim kolları arasında kâğıt karton üretimi ve kompozit levha üretimi sayılabilir. Tarımsal artıklar aynı zamanda yakacak olarak kullanılarak enerji üretiminde kullanılma potansiyeline de sahiptir. Tarımsal artıkların orman endüstrisinde kullanılma olanakları çok yüksek olup bu tip üretimlerin sağlayacağı avantajlar ve dezavantajlar mevcuttur (Mengeloğlu ve Alma, 2002). Tarımsal artıkların orman endüstrisinde kullanılmasının avantajları; 1. Hammadde olarak çok büyük bir potansiyele sahiptir. Tarımsal artıkların 1/3 ünün endüstride kullanıma elverişli durumda olmasına rağmen (Bach, 1999), bu miktar kompozit üretiminde kullanılan bütün odun liflerinin yerini hacimsel olarak doldurabilecek kapasitededir. 2. Tarımsal artıklarının endüstride değerlendirilmesi, sapların tarlada yakılmasını azaltarak çevresel bir fayda sağlayabilir. 3. Tarlada tarımsal artık saplarının yakılmasının engellenmesi, ülkemizdeki yangın yoluyla kaybettiğimiz ormanlarımızın miktarlarını azaltabilir. Ülkemizdeki yangınla kaybedilen ağaçların %15 inin ve yanan alanların ise %14 ünün tarlalardaki sapların yakılması sonucunda oluştuğu unutulmamalıdır (Anonim, 1998b). Tarımsal artıkların orman endüstrisinde kullanılmasının dezavantajları ise şu şekilde sıralanabilir: 1. Tarımsal artıkların dağınık yapıları, düşük hacim yoğunluğuna sahip olmaları ve hasat zamanlarının kısa olması (4-6 hafta). 2. Toplanma şekli ve toplanma zamanında, desteler haline getirilmesinde ve depolanmasında dikkatli olunması ve hammaddenin yangın ve biyolojik bozulmaya karşı korunması gerekmektedir. 3. Bitkisel artıkların üre formaldehit tutkalıyla yapıştırılmasında zorluklar yaşanmaktadır ancak bu sakıncalar farklı tutkallar kullanılarak giderilebilmektedir.
304 4. Buğday sapları ve diğer çoğu tarımsal artıklar yüksek silika oranına sahiptir. Bu ise kâğıt üretiminde eleklerin tıkanmasına sebep olmaktadır. Kompozit üretiminde yüksek vaks oranı genelde yapıştırma problemleri yaratmaktadır ve genelde uzun süreli preslemeyi gerektirir (Dalen, 1999). 5. Odun liflerine göre daha heterojen yapıya sahip oldukları için tarımsal artıklardan elde edilen yongalarda elek kayıpları fazla olmaktadır. Tarımsal artıkların endüstrisinde kullanılma potansiyeline sahip olduğu kollarla ilgili çalışmalar ve imkânlar sırasıyla aşağıda verilmiştir. Kâğıt ve Karton Üretiminde Kullanımı Ağaç, kendisinden üretilen kâğıdın kalitesi ve kullanım olanakları dolayısıyla kâğıt hamuru üretiminde en çok tercih edilen hammaddedir. Çevresel ve nüfus artışının oluşturmuş olduğu baskılar orman endüstrisi ve kâğıt ve kâğıt hamuru üretimi için kullanılacak ağaçların kesiminde azalmalar meydana getirmiştir. Bu durum alternatif lif kaynaklarının kullanımını zorunlu hale getirmiştir. Her ne kadar geride kalan 50 yıl içerisinde Avrupa ve Kuzey Amerika da düşük maliyetli odun liflerinin artması dolayısıyla odun dışı kaynaklardan elde edilen liflerin kullanımında azalma gözlemlenmiş olsa da, dünyanın bir çok kesiminde orman emvalinde ki azalma dolayısıyla odun dışı lif kaynaklarına ilgi artmıştır. Odun dışı lif kaynaklarının başında ise tarımsal artıklar gelmektedir. Bilindiği üzere kâğıdın ana hammaddesi selülozdur. Saman, pamuk ve keten gibi tarımsal artıklardan elde edilen liflerden de selülozun elde edilebiliyor olması bu artıkların kâğıt sanayinde kullanım imkânını sağlamaktadır. Kimyasal ve morfolojik yapı bakımından yapraklı ağaçlara benzerlik gösteren, poroz ve gözenekli yapısı nedeniyle pişirme çözeltisinin penetrasyon problemi olmayan tarımsal artıklar ve özellikle buğday sapları ülkemiz için önemli bir hammadde kaynağıdır. Dünya üzerinde kâğıt hamuru üretiminde buğday saplarının kullanımı ülkelere göre büyük değişim göstermekte, özellikle orman kaynakları sınırlı ve yetersiz olan ülkeler tarafından önemli bir hammadde kaynağı durumundadır (Kırcı ve ark., 1996). Dünyadaki kâğıt üretiminin yaklaşık % 3 ü buğday sapları kullanılarak üretilmektedir. Tarımsal artıklardan elde edilen liflerin kâğıt ve karton üretiminde kullanılması uzun bir geçmişe sahiptir. Dünya kâğıt hamuru ve kâğıt üretiminin yarıya yakınını Çin sağlamakta ve bunun büyük bir çoğunluğunu tarımsal artıklardan üretmektedir. Ülkemizdeki tarımsal artık potansiyeli düşünüldüğünde bu yöndeki yatırımların ve çalışmaların artması gerektiği ortadadır. Şu anda ülkemizde tarımsal artıkların hammadde olarak kullanıldığı fabrika ve kapasiteleri Çizelge 4 de verilmiştir. Çizelge 4 Türkiye de tarımsal artık kullanan kâğıt fabrikaları (Eroğlu ve Tutuş, 2004) No Fabrika Adı Kapasitesi Hamur Üretimi Hammadde (ton/yıl) (ton/yıl) 1 Gürsoylar (Çorum) 30.000 Buğday Sapı 9.000 2 Kahramanmaraş Kağıt Sanayi 55.000 Buğday Sapı 33.000 3 Modern Karton (Tekirdağ) 340.000 Buğday Sapı 33.000 4 Tasköprü (Kastamonu) 14.000 Kenevir 8.000 5 Afyon Fabrikası 65.000 Buğday Sapı ve Kamış 60.000 6 Marmara Kağıt Fabrikası 50.000 Buğday Sapı 10.000 7 Pehlivanoğlu Kağıt Fabrikası 10.000 Buğday Sapı 3.000
305 Toplamda yaklaşık olarak 600.000 ton tarımsal artık kağıt endüstrisi tarafından kullanılmaktadır bu ise mevcut artık miktarımız (47.832.172 ton) içerisinde yaklaşık yüzde bir gibi son derece küçük bir kısmı oluşturmaktadır. Tarımsal artıkların kâğıt ve karton sanayide kullanılmalarında bazı problemler mevcuttur. Küçük lif boyutlarına sahip olan tarımsal artıklardan üretilen kağıtların direnç değerleri daha düşük olup bu lifler üretim makinelerinin hızını olumsuz yönde etkileyebilmektedir. Aynı zamanda tahıl artıklarındaki yüksek inorganik madde miktarı kimyasal geri kazanım ünitelerinde problemler yaratmaktadır. Tahıl saplarının geri dönüşüm kâğıtlarla ya da odundan elde edilen hamurlarla karıştırılarak kullanılması bu problemleri belli ölçüde azaltabilmekte ve iyi kalitede kâğıt üretimini sağlamaktadır. Bu konulardaki çalışmaların artırılarak bu hammaddelerin kâğıt ve karton sanayinde kullanımlarının artırılması gerekmektedir. Son yıllarda çevre bilincinin artması ile ağacın hammadde olarak kullanıldığı alanlarda alternatif kaynakların kullanımı giderek önem kazanmaya başlamıştır. Ağaç lifinin elde edilme kısıtlılığı ve masrafların yüksek olmasından dolayı ağaçtan üretilen kâğıt hamurlarının yerini tarımsal kâğıt hamuru düşüncesi almıştır. Ancak kalite yönünden buğday saplarından elde edilen kâğıt hamurlarının ağaçtan yapılan kâğıt hamurlarının yerini alması mümkün değildir. Burada temel amaç ürün artıklarının bilinçsiz olarak yok edilmelerindense hammadde olarak kullanılarak ekonomiye katkı sağlamasıdır. Kompozit Malzeme Üretiminde Kullanımı İki ya da daha fazla materyalin bir araya getirilmesiyle oluşan ve çoğu zaman kendilerini oluşturan materyalden daha faydalı özelliklere sahip malzemelere kompozit malzeme denmektedir (Mengeloğlu ve ark. 2002). Tarımsal artıklarla polimerlerin bir araya getirilmesiyle oluşan malzemelere de odun-polimer kompozitler denilmektedir. Polimer olarak termoplastikler ya da termosetler kompozit üretiminde kullanılabilirler. Termoplastik esaslı kompozitler Termoplastikler doğrusal veya dallanmış yapıya sahip olan, ısıtılarak yumuşatılıp soğutularak katılaştırılabilen polimerlerdir. Bu özellikleri dolayısıyla yeniden kullanılabilme (geri dönüşüm) özelliğine sahiptirler. Bu tip polimerlere örnek olarak polietilen (PE), polipropilen (PP), polivinil klorür (PVC), polistiren (PS), akrilik ve naylon verilebilir (Mengeloglu ve ark, 2000). Termoplastiklerin içerisine malzemeyi güçlendirmek ya da maliyeti azaltmak amacıyla lignoselülozik yapıya sahip odun ve diğer organik maddeler kullanılmaya başlanmıştır. Fakat ülkemizde faaliyet gösteren plastik endüstrisinde organik dolgu maddelerinin (odun unu, tarımsal artık unu vb.) henüz kullanılmadığı görülmektedir. Yapısı itibarıyla tarımsal atıklarında plastik sektöründe kullanılma potansiyeli vardır (Mengeloglu ve ark., 2002). Termoset esaslı kompozitler Termosetler çapraz-bağ (cross-linked) yapıya sahip olup ısı yoluyla katılaşan polimerlerdir. Bunlar genellikle sentetik tutkallar ve sert plastikler olarak bilinirler. Termosetler, katalizör veya ısı etkisiyle katılaşırlar ve bozunmadan tekrar sıvılaştırılmaları ya da yumuşatılmaları imkansızdır (Fried, 1995). Fenolikler, melamin, epoksi, poliüretan ve üre formaldehit bu gruptaki plastiklerdendir. Bunlardan fenolikler ve üreformaldehitler en yaygın kullanılanlardır (Maloney, 1993). Dünyada tarımsal artıklardan termoset esaslı kompozit üretimine örnekler mevcuttur. Bu ürünlere örnek olarak buğday saplarından üretilen ISOBOARD ve DURRA panel verilebilir. Üretilen bu levhalar piyasadaki rakiplerine (alçı levha, çimentolu levha, yonga levha, lif levha vb.) karşı bazı avantajlara sahiptir. Örnek olarak Dura panel alçı levhaya oranla
306 10 kat daha dirençlidir. Ayrıca bu ürünün alçı levhalara nazaran 11 kat ve çimentolu levhalara nazaran iki kat daha yüksek darbe dayanımına sahip olduğu bilinmektedir. Bu levhalar aynı zamanda son derece iyi ses yalıtımı ve gürültü azaltıcı özelliğe sahiptir. Bu yüzden hava alanları, oteller, sinema, tiyatro ve spor salonları için son derece uygundur (Anonim, 2007a). Buğday saplarından üretilen levhaların her santimi doğal ve geri dönüşüme uygundur. Bu malzemenin üretiminde kullanılacak buğday sapları, yaklaşık 80 km yarıçapındaki alan içerisindeki çiftçiler tarafından sağlanmaktadır. Yaklaşık olarak 185 metre karelik bir binanın yapımında bu malzeme kullanılırsa malzemelerin üretimi için 73 dönümlük araziden biçilen buğday saplarının kullanılması gerekmektedir (Anonim, 2007a). Buğday sapları her yıl yeniden yetiştirilebildiği için son derece ekonomiktir. Aynı binayı yapmak için eğer ağaç malzeme kullanılacak olsaydı 4 dönümlük orman arazisinin tıraşlama kesimi yapılması gerekmekte idi ki bu orman emvalinin yeniden yetiştirilmesi onlarca yıl alacaktı. Bu örnek bu tip ürünlerin kullanımının çevreye sağlayabileceği faydaları göstermesi açısından son derece önemlidir. Bütün bu ürünleri ve ülkemizdeki tarımsal artık potansiyelini düşündüğümüzde bu konuda çalışma yapmanın zorunluluğu daha açık bir şekilde görülmektedir. Ülkemizde bu tip bir malzemenin üretimi için son derece yüksek bir potansiyel bulunmaktadır. Normalde 19 mm kalınlığında ve 7,5 milyon metrekare levha üretme kapasiteli bir fabrikanın yıl boyu çalışması için yaklaşık olarak 110.000 ton buğday sapına ihtiyaç duyulmaktadır. Üretilen tarımsal artık miktarının 1/3 ünün endüstride kullanıma elverişli olduğu göz önünde bulundurulduğunda bir levha üretim fabrikasının ihtiyaç duyduğu yıllık 110.000 ton luk buğday anızı sapına karşılayabilecek illerimize ait bilgiler Çizelge 5 de verilmiştir. İl Çizelge 5 Artık üretim miktarının 1/3 ü 110.000 ton un üzerinde olan illerimiz Hasat edilen alan (ha) Ürün verim Toplam verimi (kg) A S 1 S 2 M Toplam M (ton) Adana 308.843 3.421 1.056.551.903 7.013 1.403 1.403 4.110 1.269.481 423.160 Konya 700.881 2.006 1.405.967.286 4.112 822 822 1.790 1.254.465 418.155 Ankara 511.354 2.168 1.108.615.472 4.444 889 889 2.056 1.051.098 350.366 Şanlıurfa 364.483 2.539 925.422.337 5.205 1.041 1.041 2.664 970.968 323.656 Diyarbakır 303.087 2.302 697.706.274 4.719 944 944 2.275 689.608 229.869 Tekirdağ 189.474 3.057 579.222.018 6.267 1.253 1.253 3.513 665.713 221.904 Edirne 187.994 2.724 512.095.656 5.584 1.117 1.117 2.967 557.846 185.949 Balıkesir 168.937 2.556 431.802.972 5.240 1.048 1.048 2.692 454.751 151.584 Afyon 195.599 2.282 446.356.918 4.678 936 936 2.242 438.627 146.209 K.Maraş 203.539 2.168 441.272.552 4.444 889 889 2.056 418.378 139.459 Kırklareli 140.676 2.622 368.852.472 5.375 1.075 1.075 2.800 393.904 131.301 Yozgat 326.991 1.640 536.265.240 3.362 672 672 1.190 388.988 129.663 Eskişehir 163.976 2.310 378.784.560 4.736 947 947 2.288 375.243 125.081 Gaziantep 94.202 3.289 309.830.378 6.742 1.348 1.348 3.894 366.819 122.273 Kütahya 160.999 2.253 362.730.747 4.619 924 924 2.195 353.380 117.793 Samsun 125.487 2.594 325.513.278 5.318 1.064 1.064 2.754 345.611 115.204 Mardin 130.878 2.514 329.027.292 5.154 1.031 1.031 2.623 343.288 114.429 Osmaniye 89.507 3.230 289.107.610 6.622 1.324 1.324 3.797 339.876 113.292 1/3 M (ton)
307 Çizelge 5 incelendiğinde ülkemizde yaklaşık 18 ilimizin her birinde üretilen tarımsal artık miktarının bir levha üretim fabrikasının yıllık hammadde ihtiyacını karşılayabilecek durumda olduğu görülmektedir. Bu illerimizde kurulacak kompozit ve kağıt fabrikalarının hammadde ihtiyacının karşılanmasında herhangi bir sorun olmayacaktır. Biyokütle Enerji Kaynağı Olarak Kullanımı Tarımda samanın yakacak olarak kullanımı, çiftliğin akaryakıta ve elektriğe olan bağımlılığını ve bunlarla ilgili masrafların azalmasına yardım ettiği ve anızın yanmasına alternatif olarak pratik ve çevresel bir uygunluk sağladığı için popülaritesini artırmaktadır. Bütün samanların birim ağırlık başına sahip oldukları miktarlar eşittir. Bununla birlikte bazı samanlar bu enerjiyi diğerlerine göre kolay bir şekilde serbest bırakırlar. Keten samanı yakıt için en ideal samandır. Kuru keten samanı, ağaca göre birim ağırlık başına daha fazla ısı üretir (Anonim 2007b). SONUÇ Tarımsal artıklar, orman endüstrisinin ihtiyaç duyduğu ağaç malzemelere alternatif hammadde kaynağı olarak kullanılma potansiyeline sahiptir. Tarımsal artıkların çevresel faydalarının yanı sıra her yıl yenilenebilir olmaları, ucuz ve kullanımlarının ekonomik olması tarımsal artıklara olan ilginin artmasına sebep olmaktadır. Ülkemizdeki tarımsal artık miktarı gerek bölgesel gerekse iller bazında anızı hammadde olarak kullanan fabrikaların ihtiyacını karşılayabilecek durumdadır. Ürün artıklarının tarladan fabrikaya kadar taşınmasındaki masrafların yüksek olmasından dolayı, artık üretim miktarı yeterli olan bölgelere veya illere fabrikaların kurulması çok daha uygun olacaktır. Tarımsal artıklarının kullanımına bağlı olarak elde edilecek kazanımlar aşağıda sıralanmıştır. Tarımsal artık (saman) potansiyeli oldukça yüksek olan ülkemizde kaynakların hammadde olarak endüstride değerlendirilmesi halinde ormana olan baskılar azalacaktır. Eğer tarımsal artıklar sanayide hammadde olarak kullanılmaya başlar ise çitçilerimiz anızı yakmaktansa toplayıp satma eğiliminde olacaklardır. Böylece hem çiftçilerimize bir ek gelir sağlanmış hem de ülke ekonomisine katkı sağlanmış olacaktır. Ayrıca tarımsal artıkların sanayide kullanılması ile çiftçilerimiz daha fazla tarımsal artık elde etmek amacıyla ürünlerini daha dipten biçecekler böylece tarlanın sürülmesi sırasında gerekli olan güç gereksinimi ve buna bağlı olarak yakıt tüketimi azaltılmış olacaktır. Tarımsal artıkların ısıtıcı madde olarak kullanımı sonucunda tarımla uğraşan kesimin bir bölümü ısınma için gereksinim duydukları yakacağın bir kısmını buradan karşılayacak ve böylece yakacak konusundaki dışa bağımlılığımız azalacaktır. Tarımsal artıkların yakılmaması ile orman yangınları, yerleşim yerlerinin ve hayvan barınaklarının yanması vb. birçok çevre problemleri önlenmiş olacak. Yine artıkların yakılmaması sonucunda toprağın biyolojik yapısında meydana gelen bozulmalar, organik madde miktarında azalma, mikrobiyolojik aktivitelerin olumsuz yönde etkilenmesi gibi problemlerde ortadan kaldırılmış olacaktır. Ayrıca toprak yüzeyinde kalan anız toprağın rüzgar ve su erozyonuna karşı korunmasını sağlayacaktır. TEŞEKKÜR Bu çalışma TÜBİTAK (TOVAG 106 O 179 Nolu Proje) tarafından desteklenmiştir. Türkiye Bilimsel ve Teknik Araştırma Kurumuna desteklerinden dolayı teşekkür ederiz.
308 LİTERATÜR LİSTESİ Anonim, 1998a. Alternative Straw Use Industry. http://www.agric.gov.ac/agdex/100/1083001.html, Erişim: 1998 Anonim, 1998b. Orman Yangınları ile Mücadele Faaliyetlerini Değerlendirme, Ankara. Anonim, 2007a. Durra Wall System. http://www.mav.asn.au/ecobuyfiles/product/ortech%20 wall%20board%20.pdf, Erişim: Mart 2007 Anonim, 2007b. Using Straw as a Farm Heating Fuel. http://www1.agric.gov.ab.ca/$department/deptdocs.nsf/a ll/eng3127, Erişim: Mart 2007 Atchison, J.E., 1993. World Wide Capacities For Non-Wood Plant Fiber Pulping-Increasing Faster Than Wood Pulping Capacities. Nonwood Plant Fiber, Progress Report No. 19. TAPPI, 1, 1991. Atchison, J.E., 1997. Data On Non-Wood Plant Fibers: In: Pulp and Paper Manufacture. (Ed. M.J. Kocurek and C.F.B. Stevens), CPPA, Montreal, Canada. P. 157-169. Avşar, F., İ. Kanburoğlu, 1996. Meriç Havzası Eğimli Tarım Arazilerinde Anız Yakmanın Su Erozyonuna ve Ürün Verimine Etkisi. Tarım-Çevre İlişkileri Sempozyumu Bildiriler Kitabı, 184-193, Mersin. Bach, L., 1999. Structural Board Manufactured From Split Straw. The Meeting of the Eastern Canadian Section of the Forest Products Society (May 19-20), Winnipeg, Manitoba, Canada. Backiel, A., 1995. The fiber Side of the Equation in Proc. Wood fiber-plastic Composites. p. 3-7. Berns, J., C. Ceaser, 1999. Practical Experiences In The Production Of Panels Using Agricultural Based Fibers. The Meeting of the Eastern Canadian Section of the Forest Products Society (May 19-20), Winnipeg, Manitoba, Canada. Bostancı, Ş., 1987. Kağıt Hamuru Üretim Teknolojisi, KTÜ, Ders notları, Trabzon, Cerit, İ., 2001. İkinci Ürün Yetiştiriciliğinde Buğday Anızının Yakılmasına Alternatif Olabilecek Bazı Toprak İşleme Yöntemlerinin Mısır Bitkisinde Tane Verimi ve Tarımsal Özelliklere Etkisi. Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi, Adana, Türkiye Dalen, H., 1999. Factors to Take Into Consideration When Producing Particleboard From Straw. The Meeting of the Eastern Canadian Section of the Forest Products Society (May 19-20), Winnipeg, Manitoba, Canada. DİE, 2003. Tarımsal Yapı (Üretim, Fiyat, Değer). T.C. Başbakanlık Devlet İstatistik Enstitüsü Eroğlu, H., A. Tutuş, 2004. The History and Current Status of the Paper and paperboard Industry in Turkey. Appita Journal, Vol.57, No: 4. p. 268-273. Fried, J. R., 1995. Introduction to Polymer Science in Polymer Science and Technology. p. 1-18. Prentice Hall PTR, Englewood Cliffs, New Jersey. Kırcı, H., Ş. Bosatancı, M. Usta, 1996. Buğday saplarından (triticum aestivum L.) organosolv pişirme yöntemiyle kâğıt hamuru üretimi. Türk Tarım ve Ormancılık Dergisi, Cilt :20, Sayı :2, Sayfa:127-132. Korucu, T., 2002. Çukurova Bölgesinde İkinci Ürün Mısırın Doğrudan Ekim Olanaklarının Araştırılması. (Yayınlanmamış Doktora Tezi). Ç.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü. Kod No:662. Adana, Türkiye. Mabee, W.E., D.N. Roy, 1999. The Use of Non-Wood Fibers in the Pulp and Paper Industry. Faculty of Forestry, University of Toronto, Canada. Maloney, T.M., 1993. Modern Particleboard & Dry Process Fiberboard Manufacturing. pp. 680. Miller Freeman Inc. San Francisco. Mengeloglu F., M.H. Alma, 2002. Buğday Saplarının Kompozit Levha Üretiminde Kullanılması. KSÜ Fen ve Mühendislik Dergisi. Cilt:5, Sayı:2, Sayfa: 37-48. Mengeloğlu, F., M.H. Alma, N.S. Çetin. 2002. Plastik Endüstrisinde Buğday Sapı Ununun Kullanılabilirliği. Gazi Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi. Cilt:2, No:2, Sayfa: 57-65. Mengeloğlu, F., L.M. Matuana, J. King, 2000. Effect of Impact Modifiers on the Properties of Rigid PVC/Wood-Fiber Composites. Journal of Vinyl&Additive Technology, Vol. 6, No: 3.