Biyogazın Üretimi ve Üretimi Etkileyen Faktörler

6 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 11), 16-18 May 2011, Elazığ, Turkey Biyogazın Üretimi ve Üretimi Etkileyen Faktörler C. Ilkiliç 1, H. Deviren 2 1 University of Firat, Elazig/Turkey, cilkilic@firat.edu.tr 2 University of Firat, Elazig/Turkey, hdeviren@gmail.com Production of Biogas and Factors of Affecting The Production Abstract With the developing technologies and growing population of people the need for energy is increasing. Due to limited available energy resources the importance of research in the use of renewable energy sources has increased. Renewable energy sources are wind, solar, biogas, vegetable oils, and geothermal energy sources. The biogas is a renewable source of energy and is obtained from biomass during anaerobic environment as a result of joint activities of various groups of bacteria and mainly consists of methane and carbon dioxide. Biogas which is used to generate electricity, production of heat energy, is made after many stages. The first obtained biogas contains 40-70% of methane (CH 4 ), 30-60% of carbon dioxide (CO 2 ), moisture and small amounts of hydrogen sulfide (H 2 S). The presence of CO 2 and H 2 S in the biogas adversely affects the use of this gas. In this study, the effective factors were studied in the production of biogas in an anaerobic environment. The most important of these factors which are not affecting on the microorganisms in a life environment to sustain their lives were examined and the necessary evaluations were made. Keywords biogas, biogas production, fermentation, anaerobic degradation 1.GİRİŞ Enerji temel iki kaynaktan sağlanmaktadır. Bunlar; yenilenemeyen ve yenilenebilen enerji kaynaklarıdır. Yenilenemeyen enerji (fosil yakıtlar) kaynaklarının sanayi devriminin başlamasından günümüze kadar bilinçsizce tüketilmesi sonucu bitme noktasına gelmiştir. En iyimser hesaplar bile yenilenemeyen enerji kaynaklarının (petrol, kömür, doğalgaz v.b.) yakın bir gelecekte tükeneceğini göstermektedir. Oysa gelişmeye paralel olarak enerji tüketimi de artmaktadır. Bu durumda yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmek ve yenilenemeyen enerji kaynaklarının tükenme sürecini yavaşlatmak bir zorunluluk haline gelmiştir. Dünyada tüm ülkeler bu konuda yoğun çaba içindedirler [1]. Yenilenebilir enerji kaynaklarının başında güneş, rüzgar, jeotermal, biyokütle ve bitkisel yağlar gelmektedir. Biyokütle enerjisi yenilebilir enerji kaynakları arasında önemli bir yere sahiptir. Anaerobik biyoteknoloji, çevre kirliliğine neden olan atıkların arıtımını sağlaması hem de değerli bir yan ürün olan metan gazı üretebilmesi nedeniyle yenilenebilir enerji kaynakları arasında dikkat çekmektedir. Ayrıca, işletme ve yatırım maliyetlerinde büyük üstünlüklerinden dolayı, dünyanın birçok bölgesinde anaerobik biyoteknolojinin katısıvı bütün organik maddelerin giderilmesinde kullanımı giderek artmaktadır. Gelişmemiş ülkelerde yerel imkânlarla yapılan ilkel üretim girişimlerinin yanı sıra, gelişmiş ülkelerde biyogaz teknolojisi endüstriyel anlamda da uygulanmaktadır. Biyokütle enerjisinin sanayileşmiş ülkelerdeki birincil enerji tüketimindeki payı genel olarak %3 ün altında ise de bazı ülkeler bu kaynağı önemli ölçüde kullanmaya başlamıştır. Örneğin, Finlandiya % 15, İsveç % 9, ABD % 4, eski SSCB ülkeleri % 3-4 oranında biyokütle enerjisi kullanmaktadır. ABD ve Avrupa ülkelerinde çeşitli büyüklüklerde binlerce işleyen biyogaz üretim tesisleri mevcuttur ve bu tesislerin sayıları hızla artmaktadır [2]. Organik atıkların çürümesi sonucu metan gazının ortaya çıktığı 18. yy dan beri bilinmektedir. 19. yüzyılın ortalarında bu ayrışmada bakterilerin rol oynadığı anlaşılmıştır. Bununla birlikte anaerobik arıtmanın evsel atık su arıtma tesisi çamurlarının çürütülmesinde kullanılabileceği 1881 yılında ortaya konulmuştur. Bu tarihten sonra anaerobik arıtmanın atık su arıtımındaki uygulamaları ile ilgili çalışmalarda süreç biyokimyası ve mikrobiyolojisi alanındaki gelişmelere paralel bir artış görülmüştür. Yakın zamana kadar yalnız biyolojik arıtma çamurlarının çürütülmesinde uygulanan havasız arıtma süreci, son yıllarda endüstriyel ve evsel atık suların arıtılmasında da yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır [3]. Günümüzde genellikle biyogaz üretildiği yerlerde tüketilmektedir. Biyogazı da doğal gaz veya diğer gazlar gibi üretildiği yerden ihtiyaç duyulan uzak yerlere nakledilebilir hale getirmeye ihtiyaç vardır. Bu da ancak içinde bulunan, sıkıştırılmaya veya sıvılaştırmaya engel teşkil eden CO 2, H 2 S ve su buharını gidermekle mümkündür. Biyogaz içinde enerji potansiyeli olan metanın enerji seyreltici olan diğer gazlardan (CO 2, H 2 S ve H 2 O) ayrıştırılması gereklidir [4]. 2. BİYOGAZ Biyogaz farklı anaerobik proseslerden ortaya çıkan ve ana bileşenleri CH 4 ve CO 2 olan bir gaz karışımıdır. Bu iki gazın toplam biyogaz içindeki miktarı %98 iken H 2 S, H 2 O, N 2, O 2, H 2, NH 3 metan harici diğer organik karbonlar biyogazın %2 lik kısmını teşkil ederler [5]. Kaynağına bağlı olarak 144

Biyogazin Üretimi Ve Üretimi Etkileyen Faktörler biyogaz farklı ticari isimlerle de anılır; deponi gazı, kanalizasyon gazı ve gübre gazı gibi. Gazın bileşimi atığın türü, sindirim süresi ve diğer proses işletme şartlarına bağlıdır. Tablo 2.1 de canlı türüne bağlı olarak günlük üretilecek gübre miktarı, gübredeki su içeriği, biyolojik işlem sonucu oluşan biyogaz miktarı ve reaktöre besleme yapılırken musluk suyu ile yapılmış seyreltme oranları verilmiştir. Biyogaz üretimi için aşağıdaki dört bileşenin olması gerekir [7]. Organik Madde Bakteri Anaerobik Ortam Isı Tablo 2.1: Birim gübre başına biyogaz oluşumu ve seyreltme oranı [6]. Nem Biyogaz Seyreltme Hayvan Miktarı Üretimi Oranı Türü (% Islak (lt/kg) (Gübre/Su) Bazda) Sığır 80 85 40 1/1 Domuz 75 80 70 1/2 K. Hayvanı 70 80 60 1/3 Keçi 75 80 60 2/3 At 80 85 40 2/3 Koyun 75 80 50 2/3 Organik madde metan üreten bakteri için gerekli besin maddesidir. Biyogaz üretimi için gerekli organik maddenin en önemli kaynağı hayvan çiftlikleri ve tarımsal alanlardır. Bunlara ilaveten çöp gibi artıklar ve arıtma tesisi çamuru gibi atıklar da biyogaz üretimi için gerekli organik maddenin kaynaklarıdır. 3. BİYOGAZ ÜRETİMİ VE AŞAMALARI Biyogaz, organik atıkların oksijensiz bir ortamda ayrışması sonucu ortaya çıkan yanıcı özelliği bulunan bir gaz karışımıdır. Bileşiminde %60-70 metan (CH 4 ), %30-40 karbondioksit (CO 2 ), %0-2 hidrojen sülfür (H 2 S) ile çok az miktarda azot (N 2 ) ve hidrojen (H 2 ) bulunmaktadır. Organik atık adı verilen hayvansal ve bitkisel atıklar, genellikle ya doğrudan doğruya yakılır veya tarım alanlarına gübre olarak verilmektedir. Genellikle soğuk bölgelerde bu atıkların yakılarak ısı üretiminde kullanılması daha yaygındır. Atıkların yakılmasıyla istenilen miktarda ısı üretilemediği gibi, ısı üretiminden sonra arta kalan küllerin gübre olarak kullanılması da mümkün olmamaktadır. Halbuki bu organik atıklardan biyogaz elde edildiği zaman geriye kalan atıklar da kaliteli gübre olarak tekrar toprağa kazandırılmasına imkan vermektedir. Bitkisel ve hayvansal atıkların içinde bulunan yağ, protein, karbonhidrat ve selüloz gibi maddeler anaerobik şartlarda parçalanmaktadırlar. Parçalanmış olan bu maddeler metan bakterileri tarafından alınarak kullanılır. Metan bakterileri asit bakterileri için toksit etki yapan kendi metabolizma atıklarını zararsız hale getirir. Bu işi gerçekleştirebilmeleri için de hücre dışı metabolik faaliyet göstererek, hücre dışına birçok enzimlerin salgılanmasına sebep olurlar. Bu enzimler de anılan maddelerin parçalanmasını sağlamaktadırlar. Bu enzimlerin katkıları ile yağasitleri, gliserol, aminoasitler, peptidler, mono sakkaridler, disakkaridler asit oluşturucu özel bakteriler tarafından asetik aside kadar parçalanırlar. Bu bakteriler, yaşamaları için gerekli olan enerjiyi üretirken oksijene ve karbona ihtiyaç duyarlar. Ortamda kalan son oksijeni de kullanarak metan bakterileri için mutlak gerekli olan oksijensiz ortamı kendi kendilerine hazırlamış olurlar. Çözünmüş oksijen ortamda kalmayınca da, moleküler bağımlı oksijeni kullanmaya başlarlar. Bu arada da hidroliz sırasında oluşmuş molekülleri, daha basit moleküllere dönüştürürler. Metanlaştırma fazında, metan bakterileri asit ve benzeri ürünleri CO 2 ve CH 4 'e kadar parçalarlar. Fermantasyon sırasında asit oluşturucu bakterilerle metan oluşturucu bakteriler karşılıklı yardımlaşma halinde yaşamaktadırlar. Asit oluşturan bakterilerin salgıladıkları enzimler, protein ve aminoasitlerinin amonyum tuzları haline dönüşmesini sağlar, metan oluşturan bakteriler azot ihtiyaçlarını bu tuzlardan temin etmektedirler. Metanojenik bakteriler kimyasal reaksiyonu büyük ölçüde etkilemektedirler. Eğer fermantasyonun içindeki bakteriler az ise gaz üretimi de az olur. Fermantasyonun içindeki kimyasal oluşum iki önemli aşamadan meydana gelmektedir. Birincisi bakteriler kompleks organik materyalleri parçalar (çürütürler), ikincisi parçalanan organik materyalle metanogenik mikroorganizma adı verilen çeşitli bakterileri üretirler. Eğer bu bakteriler kullanılan atığın içindeki hücresel materyallere büyümeden veya olgunlaşmadan reaksiyona girerse metan üretimi olmaz ve reaksiyon durur. Tabiatta anaerobik şartlarda organik atıkları metan gazına dönüştüren mikroorganizmalar bataklıklarda, göllerin diplerinde, bağırsaklarda, özelliklede geviş getiren hayvanların bağırsaklarında, değişik oranlarda bulunmaktadırlar. Bunun için biyogaz üretimi sırasında fermenterin içine barajların diplerinde getirilen çamurlu bileşikler ile dönüşüm hızlandırılmaktadır. 4. BİYOGAZ ÜRETİMİNİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER Biyogazın üretimi üç aşamada meydana gelmektedir. Birinci aşamada, uzun zincirli organik moleküller acidogenic bakteriler tarafından fermente edilip parçalanarak organik asitlere dönüştürülür ve işlem sırasında hidrojen ve karbon dioksit gazları açığa çıkar. Organik atıkların büyük bölümü, bu başlangıç aşaması sırasında suda çözünür hale gelir. İkinci aşamada organik asitler acetogenic bakteriler tarafından acetate (CH 3 COOH), hidrojen (H 2 ) ve karbon dioksite (CO 2 ) dönüştürülür. Ancak, oluşan hidrojenin ortamdan uzaklaştırılması ile bu tepkime gerçekleşebilir duruma gelmektedir. Bu işlem, metabolizmalarında hidrojen kullanan metan bakterilerince yapılır. Yani metan bakterileri kendi ihtiyaç duydukları hidrojeni alırlarken, acetogenic bakterileri olumsuz etkileyen bir maddeyi de ortamdan uzaklaştırmış olurlar. Üçüncü aşama asıl olarak arkebakteri olan metanojenik mikroorganizmalar tarafından geçekleştirilir. Bu mikroorganizmalar özel hücre yapılarına bağlı olarak diğer birçok canlının yaşayamayacağı sıcaklıklarda da yani 70 C'ün üzerindeki sıcaklıklarda varlıklarını sürdürebilmektedirler. 145

C.İlkılıç and H. Deviren Biyogaz oluşumu için gerekli ikinci bileşen bakterilerdir. Bakteriler önce organik madde içindeki proteinleri, karbonhidratları ve yağları asetik ve propionik asit gibi basit asitlere, daha sonra bu basit asitleri metan ve karbondioksite dönüştürürler. Bir kısım metan oluşturan bakteriler CO 2 ve H 2 i kullanarak CH 4 ve H 2 O açığa çıkarırken, bir diğer grup metan bakterileri ise asetik asitten(ch 3 COOH) CH 4 ve CO 2 oluştururlar [4]. Belli bir biyogaz tesisinde oluşan metanın %30 u yukarıdaki reaksiyonlardan ilki (1) ile geriye kalan %70 i ise ikinci reaksiyon (2) sonucu oluşmaktadır [4]. Biyogaz tesisinden en iyi gaz üretim veriminin alınabilmesi için ortamın anaerobik yani oksijensiz olması gerekmektedir. Bu da sistem içine havanın girişini engellemekle mümkündür. İçine oksijenin en fazla sızdığı ve gaz üretiminin hasara uğradığı biyogaz üretim sistemi çöp depolama alanlarıdır[4]. (1) (2) Şekil 1: Organik maddelerin anaerobik sindirimi ile biyogaz oluşumu [4]. Sıcaklığın biyolojik sistem üzerine büyük etkileri vardır. Metabolik hızda, iyonizasyon denkliklerinde ve besin maddelerinin çözünürlüğünde sıcaklık önemli bir parametredir. Bakterilerin çoğalmaları ve biyogaz üretmeleri için iki farklı sıcaklık aralığı önemlidir. Bunların birincisi 30 40 o C arası mezofilik bölge ve ikincisi 50 60 o C arası termofilik bölgedir. Sıcaklığı 50 60 o C a çıkarmak fazla enerji harcamayı gerektirdiğinden ekonomik değildir. Genellikle biyogaz tesisleri mezofilik sıcaklık bölgesinde çalıştırılır, fakat kış aylarında sıcaklığın fazlaca düştüğü bölgelerde bazen tesis pisikofilik sıcaklık (15 20 o C) aralığında çalıştırılır [4]. Biyogaz üretimini etkileyen diğer faktörler ise organik maddenin biyogaz potansiyeli, organik maddenin yapısı, anaerobik ünitenin dizaynı, bakteri cinsi ve konsantrasyonu, ph, yükleme hızı, hidrolik bekletme süresi (HBS), karbonun azota oranı (C/N oranı), uçucu yağ asitlerinin (VFA) varlığı, karıştırma, vb. faktörlerdir[8]. Anaerobik ortamda en iyi biyogaz üretimi optimum ph aralığı 6,6-7,6 dır. Bu değerin 6.2'nin altına inmesi, metan bakterileri üzerinde toksik etki yapmaktadır. Dengeye ulaşan bir tesiste ph, olağan olarak 7-8.5 arasındadır. Fermantasyon sisteminin ph sı ortamda üretilen yağ asitlerine, bikarbonat alkalinitesine ve üretilen karbondioksite bağlı olarak değişir. Gaz üretim verimi ph değeri 5,0 in altına düştüğünde önemli ölçüde olumsuz etkilenir. Genellikle tesisin ph düzeyi, karbon dioksit-bikarbonat (CO 2 -HCO 3 ) ve amonyak- amonyum (NH 3 - -NH 4 ) arasındaki tampon etkiden dolayı oluşan organik asit ve dolayısı ile biyogaz potansiyelinin belirlenmesinde kullanılmaz [8]. Biyogaz üretimi sırasında etkili olan mikroorganizmalar karbon, oksijen ve hidrojenin yanı sıra azot, kükürt, fosfor, potasyum, kalsiyum, magnezyum gibi elementlere ihtiyaç duyarlar. Ayrıca, ortamda demir, manganez, molibden, çinko, kobalt, selenyum, tungsten ve nikel gibi elementlere de gerek vardır. Organik olan atıklar veya gübre gibi kaynaklar normal olarak bütün bu elementleri içermektedir. Mikroorganizmaların hücre yapılarında ve enerji üretiminde kullanmak için karbon ve azota ihtiyaçları vardır. Organik maddelerin menşei ne olursa olsun hepsi karbon, azot ve hidrojen içerirler. Metan bakterilerinin metabolik etkinlikleri karbon/azot oranı ile değiştiği için bu üç elementten C/N oranının biyogaz oluşumunu önemli ölçüde etkilemektedir. Biyogaz üretimi için optimum C:N oranı 25-30:1 olarak bilinir[9]. Bu yüzden, sistemin verimliliğini artırmak için kullanılan organik maddeye uygun bir karbon/azot oranı ile çalışmak gerekir. Eğer C/N oranı çok yüksek ise karbon gaz oluşumunda sınırlayıcı rol oynar. Şayet tersi ise, yani C/N oranı düşük ise azot gaz oluşumunu sınırlayıcı rol oynar ve 146

Biyogazin Üretimi Ve Üretimi Etkileyen Faktörler ayrıca sistem içinde amonyak oluşumuna neden olur. Büyükbaş hayvan gübreleri içinde karbon miktarının fazla olması nedeni ile azot içeren idrarın kullanılması önemlidir. Kümes hayvanlarında ise, azotun fazla olması nedeni ile gübreye bitki artıkları gibi karbon kaynağı eklenmelidir. Organik atıklardaki azota bağlı olan üre kolayca amonyuma (NH 4 ) dönüşür. Bunun dışında kalan azot, genelde proteinlere bağlıdır ve anaerobik şartlarda zamanla amonyuma dönüşür. Amonyum (NH 4 ) amonyağın (NH 3 ) iyon durumudur. Artan sıcaklıkla beraber bu dönüşme oranı artar. Oluşan amonyak, bakteriler üzerinde toksik etki yarattığı ve miktarı amonyum miktarına bağlı olduğu için, ortamda fazla amonyumun olması zararlıdır. Yani, azot oranı çok yüksek atıklarda sorun yaşanabilmektedir. Organik atıkların sistem içerisinde kalma süresi, toplam tesis hacminin günlük besleme miktarına oranlanarak hesaplanmaktadır. Hidrolik bekletme süresi belli bir miktar organik maddeden oluşacak toplam gazın %80 inin oluşması için gerekli zamandır ve eşitlik 3 yardımıyla hesaplanır. Fermantasyon ünitesinde organik maddenin hidrolik bekletme süresi (HBS) organik maddenin cinsine ve sıcaklığa bağlı olarak değişmektedir. Basit sistemlerde ve mesofilik sıcaklık aralığında kümes hayvanları ve büyükbaş hayvan gübrelerinin tam olarak işlenebilmesi için 14-18 günlük bir zamana ihtiyaç duyulmaktadır. Kullanılan biyogaz üretim tesisinin özelliklerine bağlı olarak bu süre 5 güne kadar indirilebilir. Düşük HBS durumunda uçucu yağ asitleri fazla kullanılmaz ve sistem içinde birikir. Biyogaz fermentasyounun da kullanılan organik maddenin kuru madde içeriği pek çok faktöre bağılı olarak değişmektedir. Organik madde, su ve katıdan oluşmaktadır. Biyogaz üretim teknolojisinde kullanılan materyalin çeşitliliği dikkate alındığı taktirde içerdiği katı maddenin farklı olması gerekmektedir. Bir maddenin organik kısmı ise söz konusu organik madde oksijensiz ortamda yakıldıktan sonra geriye kalan miktardır. Toplam katı madde (TKM) organik madde kurutulup suyu uzaklaştırıldıktan sonra geriye kalan kuru kısmıdır. Bunlardan tavuk gübresi ortalama %22, sığır gübresi %10, koyun gübresi %24 katı madde içermektedir. Yüksek katı madde konsantrasyonlarının gaz üretimini artırdığı ve gerekli olan üreteç hacmini azalttığı yapılan çalışmalarla bilinmektedir. OMM = (4) OMM: Organik Madde Miktarı TKM: Toplam Kuru Madde Ağırlığı. KA: Kül Ağırlığı. TKM nin bakteriler tarafından sindirilebilen kısmına uçucu katı madde (UKM), sindirilemeyen kısmına bağlı katı madde (BKM) denir. Gaz üretimi organik maddenin TKM yüzdesi tarafından etkilenir. Normal olarak % 8-10 luk TKM miktarı (3) işletme kolaylığı ve kolay karıştırılabilirlik açısından önerilir. Hayvan gübresi ile su 1:1 oranında karıştırıldığında yaklaşık olarak % 8 10 TKM içeren bir sulu karışım hazırlanmış olur. Yükleme hızı veya organik yükleme hızı (OYH) 1 m 3 lük bir fermantasyon odasına bir günde beslenmiş olan ham uçucu katı madde miktarıdır (kg/m 3 /gün, Eşitlik 5). Eğer gereğinden fazla ham madde sisteme beslenirse metan bakterilerinin sindirebileceğinden fazla besleme yapılmış olur ve bu da ortamın ph değerinin düşmesine sebep olur. Şayet 50 kg sığır gübresi su ile karıştırılıp 2 m 3 e tamamlanırsa bu yükleme hızı 3,5 kg olur. C 1 : Uçucu madde konsantrasyonu (kg/m 3 ) Mineral iyonlar, ağır metaller ve deterjanlar bakteriler üzerine toksik etki yaptıkları için biyogaz üretimini düşürürler veya yeterince yüksek konsantrasyonlarda bakterileri tamamen öldürerek sistemin devre dışı kalmasına neden olurlar. Az miktarda mineral iyonlar (sodyum, potasyum, kalsiyum, magnezyum, amonyum ve kükürt) bakterilerin büyümeleri için faydalıdır. Fakat yüksek konsantrasyonlarda ters etki yaparlar. Bakır, nikel, krom, çinko, kurşun gibi ağır metallerin eser konsantrasyonları bakteri gelişimini olumlu etkilerlerken yüksek konsantrasyonları toksik etkide bulunurlar. Deterjanlar, antibiyotikler, dezenfektanlar ve organik çözücüler bakterilerin metan üretim kapasitesini düşürür [10]. Karıştırma işlemi ile daha homojen bir sıcaklık ve homojen bakteri dağılımı elde edilebilir ve ayrıca sistem içerisinde ölü bölgelerin oluşması önlenir. Üretilen gazın sistemden uzaklaştırılması, sisteme yeni giren malzemenin bakteri içeren malzeme ile karışması, yüzeyde oluşan ve gazın rahat çıkmasını engelleyen tabakanın dağıtılması ve çökelmenin önlenmesi için karıştırma işlemi önemlidir. Ancak karıştırma sistemlerinde en önemli nokta, aşırı karıştırma değişik bakterilerin kendi aralarında oluşturduğu dengeyi bozar ve sistemi olumsuz etkileyecektir. Birbirinin ürettiği maddelerle yaşayan bakterilerin hızlı karıştırma ile ayrılmaları, yeniden bir denge oluşana kadar besin maddelerini bulmaları zorlaşmaktadır. 5. BİYOGAZIN ÖZELLİKLERİ Biyogaz organik temelli artıkların oksijensiz ortamlarda fermantasyon yolu ile oluşan renksiz, kokusuz, havadan hafif, parlak mavi bir alevle yanan ve bileşimininde organik maddelerin bileşimine bağlı olarak yaklaşık; % 50-70 CH 4, % 30-50 CO 2, % 0-3 H 2 S ile çok az miktarda azot ve hidrojen bulunan bir gaz karışımdır. Biyogaz havadan daha hafiftir ve havaya göre yoğunluğu 0.94 kg/m 3, oktan sayısı yaklaşık 110, yanma sıcaklığı 700 o C, alev sıcaklığı 870 o C ve ısıl değeri 5.96 kwh/m 3 olan bir gaz karışımıdır [11]. Gaz bileşimi sabit olmayıp ortam sıcaklığına, su miktarına, asiditesine (ph) ve kullanılan gübrenin bileşimine göre değişmektedir. Tipik bir biyogazın bileşimi Tablo 2.2 deki gibidir [12]. (5) 147

C.İlkılıç and H. Deviren Tablo 2.2: Biyogazın bileşimi Gazın Cinsi Yüzde Bileşimi Metan (CH 4 ) 54-80 Karbondioksit (CO 2 ) 20-45 Azot (N 2 ) 0-1 Karbonmonoksit (CO) 0.1 Oksijen (O 2 ) 0.1 Hidrojen Sülfür (H 2 S) Az Miktarda Biyogazın yakıt değeri karışımındaki metan gazından ileri gelmektedir. Biyogazın ısıl değeri metana bağlı olarak 17 000 25 000 kj / Nm 3 arasında değişmektedir (Tablo 2.3). Tablo 2.3: Organik madde içeriğine göre biyogaz miktarı, ısıl değeri ve bileşimi[13] Organik Madde Biyogaz Miktarı (cm 3 /g) Bileşimi (%) Isıl Değeri (KJ/Nm 3 ) Karbonhidratlar 800 50 CH 4 50CO 2 17782 Proteinler 700 70CH 4 30 CO 2 24894 Organik Yağlar 1200 67CH 4-30 CO 2 23639 Biyogaz içerisinde bulunan metan yanma ve ısıl değer olarak diğer yanıcı gazlara benzerken diğer fiziksel özellikleri, özellikle propan ve bütan gazlarından farklılık gösterir (Tablo 3.3). Bu gazlar oda sıcaklığında düşük basınç ve sıcaklıklarda sıvılaştırılırken, biyogazın sıvılaştırılması çok yüksek basınç ve düşük sıcaklık gerektirir. Bu da ekonomik olarak mümkün değildir. Biyogaz kolayca bozunmayan sabit bir yapıya sahiptir ve ancak -164 o C de sıvı hale gelebilir. Bundan dolayı nakil boru hatları aracılığıyla ancak 300-500 metre uzağa taşınabilir [1]. Tablo 3.3: Biyogazın diğer gazlarla karşılaştırılması [2] Gazlar Semboller Bileşimi Isıl Değeri Yoğunluğu Yanma Hızı Hava İhtiyacı (%) (kwh/m 3 ) ( kg/m 3 ) (cm/s) (m 3 ) Metan CH 4 100 9.94 0.554 43 9.5 Propan C 3 H 8 100 29.96 1.560 57 23.8 Bütan C 4 H 10 100 34.02 2.077 45 30.9 Doğalgaz CH 4 H 2 65-35 7.52 0.384 60 7.0 Sıvı Gazlar CH 4 -H 2 -N 2 26-50-24 4.07 0.411 82 3.7 Biyogaz CH 4 CO 2 60-40 5.96 0.940 40 5.7 Diğer yanıcı gazların kullanıldığı yerlerde biyogaz da kullanılabilir. Biyogaz hava ile 1/20 oranında karıştırılırsa yüksek patlama meydana getirir. Gaz borularındaki sızıntı büyük tehlike uyandırır. Ancak biyogaz içerisindeki hidrojen sülfür çürük yumurta kokusu oluşturarak kötü bir durum oluştursa da bu tür boru kaçaklarındaki sızıntıların belirlenmesinde etkin bir rol oynar. Hidrojen sülfürün bir diğer etkisi ise, suyla tepkimeye girerek, korozif etki göstermesi ve bu nedenle boru çeperlerinde aşınmalara neden olmasıdır [14]. 6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Biyogaz enerjisi oldukça avantajlı bir enerji türü olup, hemen hemen hiçbir dezavantajı bulunmayan yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Çünkü biyogaz tesisi kurulduğunda çevreye ve insanlara hiç bir zarar ve rahatsızlık vermez. Biyogaz üretilip kullanım alanının genişletilmesi için biyogaz içerisindeki asıl enerji kaynağı olan Metan (CH 4 ) oranının arttırılması gerekmektedir. Biyogazın enerji seviyesinin yükseltilmesi (zenginleştirme), nakledilebilir hale getirilmesi, taşıtlarda yakıt olarak kullanılabilmesi, doğal gaz ile belli oranlarda karıştırılabilmesi, ısı ve elektrik üretiminde verimli şekilde yararlanılabilmesi için içinde enerji seyreltici olan, basınç altında depolama güçlüğü oluşturan ve nakil sistemlerinde korozyona neden olan maddelerden arındırılması gerekmektedir. Biyogazın depolama, kullanım ve nakliyesinde problemler oluşturan ana bileşenler H 2 S, H 2 O, CO 2 dir. Biyogaz arıtıldıktan sonra; piyasada bulunan ve LPG ile çalışan cihazların, küçük modifikasyonlarla biyogazla çalışır hale getirilebileceği, pişirme, sıcak su hazırlama, ısınma gibi amaçlarla kullanılabilmektedir. Ayrıca biyokütlenin biyogaza dönüştürülmesi evsel kullanımlarda olduğu gibi, kojenerasyon tekniğiyle elektrik üretimin de ve günümüzde ülkemizin tam anlamıyla dışa bağımlı bulunduğu motorlu taşıt yakıtlarının alımında biyogazın bu taşıtlarda kullanılmaya başlanmasıyla dışa bağımlılıkta büyük düşüşler yaşanabilir. Bunun yanı sıra biyogaz üretimi sonucunda sıvı formda fermente organik gübre elde edilmektedir. Fermantasyon sonucu elde edilen organik gübrenin temel avantajı anaerobik fermantasyon sonucunda patojen mikroorganizmaların büyük bir bölümünün yok olması ve fermantasyon sonucu elde edilen organik gübrenin daha verimli olmasıdır. Türkiye, yenilenemeyen enerji kaynakları bakımından dışa bağımlıdır. Bu, kalkınmaya ayrılması gereken kaynakların önemli bir bölümünün enerji dış alımına aktarılmasına neden olmaktadır, Ülkemiz, küçümsenmeyecek bir organik gübre, bitkisel ve kentsel atık potansiyeline sahiptir. Bu potansiyelin yeterince değerlendirilebildiği söylenemez, uzun yıllardır üretilen hayvan gübrelerinin büyük bir bölümü tezek olarak yakılmaktadır. Sonuçta topraklarımız için vazgeçilmez olan organik madde de yok olmaktadır, enerji tasarrufu sağlamak ve enerji üretimine katkıda bulunmak 148

Biyogazin Üretimi Ve Üretimi Etkileyen Faktörler amacıyla biyogaz üretim ve kullanımının teşvik edilmesi gerekmektedir. Biyogaz tesislerinin yaygınlaştırılmasıyla organik materyaller değerlendirilip enerji üretilebileceği gibi, elde edilen biyogübre topraklarda kullanılabilecek, ayrıca kırsal kesimde çevre sağlığına olumlu katkıda bulunabilecektir. KAYNAKLAR [1] Kaya, O.; Eylül, 1999, Yemek Artıklarından Biyogaz enerjisi Üreten Sistemin tasarımı ve İmalatı Gazi Üniversitesi Fen Bilimler Enstitüsü Makine Eğitimi Anabilim Dalı Yüksek lisans tezi, Ankara, [2] Tafdrup S., 1994, Centralized biogas plants combine agricultural and environmental benefits with energy production, Water Science and Technology, 30:133-140 [3] Öztürk, İ., 1999, Anaerobik Biyoteknoloji ve Atık Arıtımındaki Uygulamaları, Birsen Yayınevi, Eyüp, 1-25, 35-38 [4] Bahtiyar Ö., Emin O., Temmuz, 2008, Membran yöntemiyle biyogazdan karbondioksitin ayrıştırılması ve metan saflaştırma projesi PROJE NO: 105Y084 [5] International Energy Agency (IEA) Report December, 2000, Task24- Energy From Biological Conversion of Municipal Solid Waste. [6] İnternet: www.kimyamuhendisi.com [7] House, H., 3-4 April, 2007, Alternative Energy Sources Biogas Production, London Swine Conference Today s Challenges Tomorrow s Opportunities [8] Nagamani, B. and Ramasamy, K., Biogas production technology: An Indian perspective. http://www.ias.ac.in/currsci/jul10/articles13.htm [9] Dutta, D., Kurup, R.G. and Venkata, R.P., 1994, Construction of Biogas Plant: A manual, Tata Energy Research Institute, New Delhi, [10] Öztürk, M., 2005, Hayvan Gübresinden Biyogaz Üretimi Çevre ve Orman Bakanlığı Yayınları, Ankara [11] Bayrakçeken H., 1997, Biyogaz Üretim Sistemi Tasarımı ve Uygulaması, Yüksek Lisans Tezi, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Afyon, 21-29 [12] Eryılmaz H., 1981, Biyogaz Üretiminde Türkiye koşullarına en uygun Üreteç tipinin tespiti, T.C. Köy İşleri ve Kooperatifler Bakanlığı Topraksu Genel Müdürlüğü Merkez Topraksu Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü yayınları, Ankara, 21 [13] Bilir M., Karabay E., Deniz Y., Katlı N., 1982, Biyogazın Önemi, Yararları, Kullanımı, Biyogaz Tesislerin Tasarımı Ve Türkiye de Yaygınlaştırma Olanakları, T.C. Köy İsleri ve Kooperatifler Bakanlığı Topraksu Genel Müdürlüğü Merkez Topraksu Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü yayınları, Ankara, 1-4 [14] http://www20.uludag.edu.tr/~yahyau/biyogaz, Biyogaz Üretimi, 2004, [15] Persson, M., Jönsson, A. And Wellinger, A., May, 2007, Biogas upgrading to vehicle fuel standarts and grid injection. International Energy Agency (IEA) Publications. Bioenergy. Task 37: Energy throughout the whole world, Berlin 7-11. 149