1 Doç.Dr. Yahya ULUSOY Uludağ Üniversitesi
BİYOKÜTLENİN ÖNEMİ 2 Yenilenebilir enerji kaynakları arasında en büyük teknik potansiyele Biyokütle (Biomas) sahiptir. Odun (enerji ormanları, çeşitli ağaçlar) Yağlı tohum bitkileri (kanola, ayçicek, palm, soya, jatrofa) Karbonhidrat bitkileri (patates, buğday,mısır,pancar,enginar v.b.) Elyaf bitkileri (keten, kenevir,sorgum,miskantusv v.b.) Protein bitkileri (bezelye,fasulye,buğday v.b.) Bitkisel atıklar (dal,sap,saman,kök,kabuk v.b.) Hayvansal atıklar Şehirsel ve endüstrisel atıklar (arıtma tesisleri) Biyokütle kökenli en önemli dizel motoru alternatif yakıtı biyodizel dir. 2
BĠYOGAZ NEDĠR? Biyogaz organik bazlı atık ve artıkların oksijensiz ortamda (anaeorobik fermantasyon) parçalanması sonucu ortaya çıkan renksiz, kokusuz, havadan hafif bir gazdır. %50-75 Metan (CH4) %25-45 Karbondioksit (CO2) %0-2 Hidrojen sülfür Az miktarda azot ve hidrojen Organik maddelerden oksijensiz ortamda metan üretimi ilk kez 18. Y. Volta tarafından tamamlanmıştır. İlk biyogaz üretimi 1895 yılında İngiltere de gerçekleşmiştir. 3 3
Biogaz: Anoerobik Fermantasyon Organik bazlı atık ve artıkların oksijensiz ortamda parçalanması sonunu ortaya çıkan bir gazdır. Atıklar Organik maddeler Anorganik maddeler Yağlar Şeker Protein Seliloz Mineraller Biyogaz Methan and Karbondioksit (CH 4 ve CO 2 ) Son ürün (Gübre) N,P,K 4 4
Hayvan Gübresi Anaerobik Reaktör Proses Akışı Enerji Metan (CH 4 ) Karbon Dioksit (CO 2 ) H 2 S Tarımsal Atıklar Makro Besinler Değişken Organik Maddeler Anaerobik Reaksiyon Biyolojik Proses Organik Gübre +Patojenlerden arındırılmış +Besince zengin 5 +Kokusu azaltılmış
Temel Parametreler 1. Fermantasyon sıcaklığı (Ortam sıcaklığı) 2. Hammaddenin cinsi ve miktarı 3. Tesis tipi 4. Fermantasyon süresi 5. Kuru madde miktarı 6. Partikül büyüklüğü 7. Ortam asitliği (PH) 6
1. FERMANTASYON SICAKLIĞI Fermantasyon hızı ve üretilen Biyogaz miktarını etkileyen en önemli etmenlerden birisi fermantasyon sıcaklığıdır. Sıcaklığa bağlı olarak bunlar üç grupta incelenmektedir. Metan üretimi işlemi sıcaklık değişimlerine karşı çok hassastır. Biyogaz tesisleri için geçerli olan fermantasyon türleri ve optimum sıcaklık istemleri şöyledir: 1- Psychrophilic (Sakrofilik)Bakteriler Optimum faaliyet sıcaklığı: 5-25 C 2- Mezophilic (Mezofilik)Bakteriler Optimum faaliyet sıcaklığı: 25-38 C 3- Thermophilic (Termofilik)Bakteriler Optimum faaliyet sıcaklığı: 50-60 C 7
Biyogazda Kullanılacak Hammadde Kaynakları Bitkisel atıklar : Ġnce kıyılmış sap, saman, mısır silaj, seker pancarı atıkları, küspe atıkları v.s. Hayvansal atıklar: Ġnek, domuz, kümes hayvanları gübresi Gıda sektörü atıkları: Yulaf posası(bira sektörü), Bisküvi ve çikolata, Peynir altı suyu, Zeytin yağı değirmen suyu, Zeytin küspesi, Meyve posası (Meşrubat sektörü), Meyve ve sebze atıkları, biyolojik mutfak atıkları 8 Endüstri atıkları: Arıtma çamuru, gliserin 8
2. Hammadde Cinsi Sulu Sığır Gübresi; 25 Sulu Domuz Gübresi; 30 Peynir Altı Suyu; 35 Kuru Sığır Gübresi; 45 Pancar Yaprakları; 70 Patates ve Atıkları; 74 Tavuk Gübresi; 80 Şeker Pancarı; 90 Bira Posası; 120 Yeşil Atıklar; 175 Mısır Sılajı; 190 Çavdar Sılajı; 195 Mezbaha Atıkları; 250 Yemek Atıkları; 265 Şeker Pekmezi; 315 Bayat Ekmek; 500 Kanola Küspesi; 600 Pastahane Atıkları; 714 Eski Yağlar; 961 9 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 XXX
BĠYOGAZ ÜRETĠMĠ MĠKROBĠOLOJĠSĠ Hidroliz: Çözünemeyen koplex organik moleküllerin çözünebilen organik moleküllere enzimler tarafından dönüşümü. Fermantasyon: Organik asit ve alkollerin, asetat, CO 2 ve H 2 ne dönüşümleri. Asetik Asidin oluşumu: Çözünebilen organik moleküllerin asit üreten mikroorganizmalar tarafından alkol ve organik asitlere dönüşümü. Metan gazinin oluşumu Bu dört aşamalı metan gazinin üretimini etkileyecek bir çok parametre vardır. En yüksek metan üretim verimliliğinin, ortam sıcaklığı için 40-42 o C ihtiyaç vardır. 10 10
3. Tesis tipi Biyogaz üretiminde kullanılan sistemler 11 1. Kesikli (Batch) Fermantasyon 2. Beslemeli - Kesikli Fermantasyon 3. Sürekli Fermantasyon Fermantörden gaz çıkışı başladığında günlük olarak besleme yapılır. Sisteme aktarılan karışım kadar gazı alınmış çökelti sistemden dışarıya alınır. Organik madde fermantöre her gün belirli miktarlarda verilmekte, alıkoyma süresi kadar bekletilmekte ve aynı oranlarda fermente olmuş materyal günlük olarak fermantörden alınmaktadır. Böylece günlük beslemelerle sürekli biyogaz üretimi sağlanmaktadır.
12 Almanya dan Bir Tesis
Bir Tesiste Bulunması Gereken Üniteler 2. Reaktör - Typ COCCUS Son gübre deposu Typ SULA Kati hammadde dep Typ PASCO 13 Ana reaktör Typ EUCO Teknik binasi ve jeneratör- - Ön Cukur CALIX
Gübre deposu Calix Ön depo: Silo suyu, Gübre, Pernir suyu, posalar vs. 14 14
Katı hammadde doldurucusu (Mısır, Buğday) Pasco Katı hammadde doldurucusu: (Pasco) Depo kazanı (Günlük hacim) + taşıyıcı raylar 15 15
Karıştırıcı fermantör EUCO Fermantör: mayalanma deposu, Hammadde burada bakterilestiriliyor ve biyogaz olusuyor. 16 16
2. Fermantör COCCUS Nachgärer: 2. Mayalanma deposu. Buraya yeni Hammadde konulmuyor. Fermantörden buraya aktariliyor. Bakterilstirilmeye devam ediliyor. 17 17
Son depo Sula Son depo: Buraya gazi cikmis, tarlaya gübre olarak kullanilabilecek, biogaz atigi geliyor. Bu substrat kokusuzdur. 18 18
Sistemdeki merkez Pompalar 19 Hammadde (Gübre)dagiticisi: Merkezi pompa sistemi. Bütün Tanklar (Ana Reaktör,2.Reaktör,Öncukur)bu pompa sistemine bagli. Sistem icerisinde tanklar arasi degisik yönlerde pompalama mümkün 19
Jeneratör Yanma sistemli jeneratör. Hem ısı hemde elektrik üretilmekte 20 20
Teknik cihazların bulunduğu oda 21 Teknik odası : bu odada Hammadde dağıtım sistemi, merkezi kontrol ve ıstma sistemi yerlestirilmistir 21
Diğer üniteler Sterilizasyon Gaz bacasi teknik arizalarda fazla olan gaz yakilmakta Gaz bacasi Sterilizasyon birçok zararlı bakterileri ve virüsleri, mantar virüsleri zararsız hale getirmektedir. Separatorler sıvıdan katı maddeleri ayırmaktalar 22 Separator 22
Option: AIO (All in One) - Container 23 23
MODERN BĠR BĠYOGAZ SĠSTEMĠNĠN ANA ÜNĠTELERĠ Fermantör: Bu kısım hava almayacak şekilde tasarlanan ve içerisinde bir karıştırıcı olan tanktır. Devamlı 40-42 o C derecede sıcak tutulur. Gaz deposu: Gazı depolama, basınç sabitleştirme ve kullanıma yönlendirme ünitesi. Organik madde deposu: Ham maddenin depolandığı yer, Bitkisel hammadde(misir SILAJ) işletmede üzerine bir branda örtülerek depolanmakta 24 24
DĠĞER OLMASI GEREKENLER ÜNĠTELER Gaz boruları - valfleri Bağlantı ekipmanları Isıtma sistemleri Pompalar Karıştırıcılar Isı transfer elemanları Elektrik dönüşümü için jeneratör 25 25
Almanya'da Biyogaz 2006 da 1 Milyar EUR Biyogaz tesislerine yatırım yapılmıştır. Bu rakam Biyogazın tarım ve yenilenebilir enerji sektörü içersindeki önemi göstermektedir. 2006 2020 Tesis sayısı 3.500 --- Elektrik gücü 1.100 MW 9.500 MW Artış (2005 e göre) +%70 Tesis satış cirosu 1 Milyar EUR 7,6 Milyar EUR Elektrik üretimi >5 Milyar kwh 76 Milyar kwh Almanya'daki elektrik Üretim payı >%1 %17 İstihdam 10.000 85.000 CO 2 Emisyon azalımı >5 Milyon t/yıl 103 Milyon t/yıl 26 26
Alman Şirketinin Biyogaz İşletmesi ile ilgili Yapabildikleri Projelestirme ve tesis kurma Servis ve Teknik hizmet Kendi tesislerimiz Ciftciler Enerji Cifcisi yetistirme Mikrobiolojik hizmet Teknik Servis Kendi tesislerimizin yönetimi Profesyonel Enerjieüretimi Enerji üreticileri, Belediyeler und özel isletmeler " FIT FOR BIOGAS " Hammadde analizesi Prosesanalize Mayaanalize Sonuclarin degerlendirilme si daimi kontroller Teknik Inspeksiyon Bakim Tamir Ariza yönetimi Tesis isletimi Hammadde alimi Lojistik Tesisin otonom isletmesi Kazanilan ürünlerin degerlendirilmesi: Yenilenebilir Enerji Yasasinin optimum degerlendirilmesi (EEG u.a.) Yatirimcilar Fon, Tüzel ve özel yatirimcilar Betriebsführung/ Gesamtanlagenmanagement Desantral tesisleri biraraya bagliyarak büyük enerji santrali olusturmak ve en kaliteli elektrik satimi Leistungsumfang wie im Geschäftsfeld "Eigenbetrieb" Direkt Biyogaz satimi - Dogalgaz kalitesinde gaz üretimi Ana ugrasimiz Planda olan ugrasilarimiz 27 27
ÖRNEK HESAPLAMA / Yıl 1.000 Ton Tavuk Gübresi 12.000 Ton Mısır sılajı 200 Ton Tahıl (Buğday) = 700 KW Tesis = 5,5 Milyon KWh/Yıl Elektrik + 5,5 Milyon KWh Termik/ Yıl ısı enerjisi 28 1.000 Ton Tavuk Gübresi 12.000 Ton Mısır sılajı 200 Ton Tahıl (Bugday) 7.000 Ton Gliserin (işlenmemis Biyodizel yan ürünü) = 3,2 MW Tesis = 21 Milyon KWh/Yıl Elektrik + 18 Milyon KWh/Yıl Isı enerjisi 28
ÖRNEK HESAPLAMA / Yıl 1 36.500 Ton Sığır Gübresi 3.000 Ton Mısır sılajı = 350 KW Tesis = 1.4 milyon m 3 /yıl Biyogaz üretilmekte (%55 CH 4 ) Bundan da; 2,45 Milyon KWh / Yıl Elektrik + 2,35 Milyon KWh / Yıl ısı enerjisi 29 29
ÖRNEK HESAPLAMA / Yıl 2 36.500 Ton Sığır Gübresi 6.000 Ton Mısır sılajı = 500 KW Tesis = 2 milyon m 3 /yıl Biyogaz üretilmekte (%55 CH 4 ) Bundan da; 3,65 Milyon KWh/Yıl Elektrik + 2,93 Milyon KWh/ Yıl Isı enerjisi 30 30
ÖRNEK HESAPLAMA / YIL 5.200 m³ 1.800 Ton 2.500 Ton 1.100 Ton 1.300 m³ İnek gübresi Tavuk gübresi Mısır silajı Patates Papates posası = 320 kw = 2,5 Milyon kwh/ Yıl Elektrik 31
ÖRNEK HESAPLAMA- SADECE ENERJI BİTKİSİ/YIL 12.500 ton/yil MISIR SILAJ = 640 kw Tesis = 4.760.000 kwh elektrik = 4.540.000 kwh ISI 55.000 ton/yil MISIR SILAJ = 3 MW Tesis = 21.600.000 kwh elektrik = 19.800.000 kwh ISI (Rakkamlar Net: kendi elektrik ve ısı ihtiyacı + trafo kaybı v.s çıktıktan sonra) 32
33 Danimarka'da Biyogaz
34
35
36
37
38
ÖRNEK HESAPLAMA / Yıl 40 m 3 Gübre den 33 m 3 Temiz Su 1 m 3 Amonyum Konsantrasyonu 5 m 3 Potasyum ve Nitrat Konsantrasyonu 1 m 3 Kompost Gübre 800 m 3 Biyogaz Bundan da; 1500 kwh Elektrik 2700 kwh ısı enerjisi 39 39
40 Türkiye'den Örnek
41 Türkiye'den Örnek
42
43 Sera Atıkları
44 Dönüşüm Şeması
45 Tesis verileri
46
Örnek Tablo Posa miktarı 1 ton posadan Metan gazı üretimi miktarı (m 3 ) Metan gazı Üretimi (m 3 ) Elektrik Üretimi 1.75 kwh) Isı Üretimi 1.68 (kwh) Bezelye 5000 82 410000 717 500 688 800 Diğer 5000 20 100000 175 000 168 000 Toplam 10000 510000 892 500 856 800 47
Alternatif Öneri Miktar (Ton) Metan gazı üretimi (m 3 /ton) Metan gazı miktarı (m 3 ) Elektrik Üretimi (kwh) Isı Üretimi (kwh) Mısır slajı 2 000 190 380 000 665 000 638 400 Domates posası Sığır (1000 adet) 5 000 94 470 000 822 500 789 600 32 000 25 800 000 1 400 000 1 344 000 Toplam 37 000 -- 1 270 000 2.222.500 2.133.600 48
2005 senesinde Türkiye de 700 Milyon USD buğday subvanse edilmiştir. Takriben: 4 Milyon Ton Buğday = 2,5 Milyar m³ Gaz = 700.000 MW = 700.000.000 kw = 700 GW Türkiye de ortalama hane başına senelik özel elektrik tüketimi = 3500 kwh/yıl var sayarsak ; 700.000.000 : 3500 = 200.000 hane x 4 kisi/hane = 800.000 kişi 49