Marmara Bölgesi ndeki Zeytin Atığı ve Zeytin Karasuyundan Anaerobik Fermentasyon ile Biyogaz Üretimi Ayşe Hilal ULUKARDEŞLER a,*, Yahya ULUSOY a, Zeynal TÜMSAVAŞ b a Uludağ Üniversitesi, Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu, Bursa, 16059 b Uludağ Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Toprak Bölümü, 16059 * Yazışma yapılacak yazar: Uludağ Üniversitesi, Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu, Bursa ulukardesler@uludag.edu.tr, ahulukardesler@gmail.com ÖZET Dünya nüfusunun her geçen gün artması, teknolojinin gelişerek insan yaşamını kolaylaştıracak ürünleri çoğaltarak kullanımını yaygınlaştırması, dünyada kişi başına düşen enerji tüketimini arttırmaktadır. Bu da yeni enerji kaynakları üzerinde yapılan araştırma ve uygulamaların hızla gelişmesine neden olmuş ve bunun sonucunda biyogaz üretimi birçok ülkede yaygınlaşmıştır. Biyogaz teknolojisinin yaygın olduğu ülkelerde her türlü organik atık bu tesislerde işlenerek hem enerji elde edilmekte, hem çevreye zarar verebilecek atıklar sterilize edilerek toprak ve su kirlenmesi engellenerek doğal denge korunmakta, hem de tesislerden çıkan atık, bitkisel üretimde gübre olarak kullanılarak değerlendirilmektedir. Biyogaz, organik maddelerin anaerobik ortamlarda fermentasyonu sonucu üretilen bir gaz karışımıdır. İyi çalışan bir biyogaz reaktöründen elde edilecek gazın bileşimi, % 65-70 metan, % 25-30 karbondioksit ve az miktarda hidrojen sülfür ve su buharıdır. Bu çalışmada, Bursa ve çevresinin önemli bir sorunu olan zeytin atığı ve karasuyu kullanılmıştır. Zeytin atığı, karasu ve çeşitli gübreler (sığır, koyun, bıldırcın) 4 adet 5 litrelik fermentörlerde, anaerobik ortamda fermente edilmiş, çalışmanın sonunda elde edilen biyogaz belirlenen parametrelere göre değerlendirilmiştir. Çalışma hala aktif durumda olup, deneyler devam etmektedir. Aynı zamanda, sonuçların analizleri de incelenmeye devam etmektedir. Bu çalışmanın amacı tarımsal ve hayvansal kaynaklı atıklardan biyogaz üretimi ve elde edilen gazın enerji dönüşüm teknolojilerinde kullanılmasıdır. Anahtar Kelimeler: Biyogaz, anaerobik fermentasyon, zeytin atığı, karasu. GİRİŞ Konvansiyonel enerji rezervlerinin gittikçe tükenmeye başladığı günümüzde enerji, en pahalı üretim girdilerinden biri olmuştur. Çoğu sınırlı olan enerji kaynaklarının daha uzun süre insanlığın hizmetinde tutulması için uygun şekilde kullanılması, yenilenmesi veya bu azalan kaynaklar yerine, yeni kaynakların hizmete geçirilmesi gerekmektedir [1]. Günümüzde kırsal kesimde yaşayan ve büyük bir bölümü tarımsal üretimle uğraşan nüfusun, enerji ihtiyacının ve tarımsal gübre açığının giderilmesinde önemli ölçüde katkıda bulunulacağı düşünülen biyogaz üretiminin, alternatif bir enerji potansiyeli olarak kullanılması uygun görülmektedir [2]. Ülkemizde tarım sektörünün temelini oluşturan tarla bitkilerinden (buğday, arpa, tütün, pamuk, çeltik vb.) yıllık olarak yaklaşık 65 Mton tarımsal atık ve hayvancılık kaynaklı 160 Mton yaş gübre olmuştur [3]. Tarımsal atıklardan hayvan besleme amacıyla kullanılamayan atıklar açık havada yakılmakta veya çürümeye terk edilmektedir. Hayvansal gübreler ise genellikle
açıkta yığın halinde biriktirilmektedir. Bu durum çevre ve sağlık problemlerini ortaya çıkarmaktadır. Ancak atıkların (anız atıklarında olduğu gibi) yakılarak bertarafı veya kış döneminde ısınma amaçlı kullanılması ile 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 imkân vermektedir [4]. Ülkemiz her çeşit enerji kaynağı sahip olmakla birlikte, rezervler kısıtlı olup enerjide dışa bağımlıdır ve tüketiminin %60 ı ithalatla karşılanmaktadır. Oysa ülkemiz yüksek oranda yenilenebilir enerji (biokütle, hidrolik, rüzgar, güneş, jeotermal vb.) kaynaklarına sahiptir [5]. Bu kaynakların mevcut kullanım oranı düşük olmasına rağmen, hidrolik, güneş, jeotermal ve rüzgâr kaynaklı enerji kullanımı yaygınlaşmaya başlamıştır. Biyokütleden ise sadece direkt yakma ile enerji dönüşümü yaygın olarak kullanılmaktadır. Hayvansal ve tarımsal kaynaklı atıklardan oksijensiz ortamda biyogaz üretimi ile enerji dönüşümü ise yok denecek kadar azdır[3]. Biyogaz temiz ve ısı değeri yüksek bir enerji kaynağıdır. Biyogaz üretiminden sonra atıklar yok olmamakta üstelik çok daha değerli ve organik tarım içinde gerekli olan bir gübre haline dönüşmektedir. Ayrıca direk olarak tarlaya atılacak tarımsal ve hayvansal atıkların içerisinde istenmeyen yabancı tohumlar bulunmaktadır. Biyogaz üretimi sonucu bu yabancı ot tohumları çimlenme özelliğini kaybetmektedir [6]. Biyogaz özellikle kırsal kesimde çevre sağlığını olumlu etkilemektedir. Çünkü ortamdaki organik atıklar özellikle iklim şartlarının uygunluğuyla birlikte, sıcaklıkla doğal bir fermentasyona uğramakta ve gerek kokusu ve gerekse çevreye dağılan atık suyuyla istenmeyen görüntü, koku ve insan sağlığını tehdit edecek hastalıklara davetiye çıkarmaktadır. Bunun yerine bu atıklardan biyogaz üretimi sonucunda tarımsal ve hayvansal atıkların hem kokusu hissedilmeyecek ölçüde yok olmakta hem de bu atıklardan kaynaklanan ve insan sağlığını tehdit eden hastalık etmenleri büyük oranda etkinliğini kaybetmektedir [7]. Biyogaz, organik maddelerin anaerobik ortamda değişik grup bakteriler tarafından parçalanması sırasında son ürün olarak açığa çıkan ve bileşimi, organik maddeleri oluşturan bileşiklere göre değişen yanıcı bir gaz karışımıdır [8]. İyi çalışan bir biyogaz reaktöründen elde edilecek gazın kompozisyonu şöyledir: % 55-70 CH 4, % 30-45 CO 2 ve az miktarda H 2 S, H 2 O [9]. Genellikle organik maddenin %40-%60 kadarı biyogaza dönüştürülür. Biyogazın yanıcılığı, gaz karışımındaki metan yüzdesine göre değişmekle beraber yaklaşık 36000 kj/m 3 tür [7]. 2007 yılı verilerine göre; Marmara Bölgesi nde üretilen yıllık zeytin miktarı 1.200.000 ton dur. Bunun 365.000 tonu sofralık olarak, geriye kalan 835.000 tonu ise yağlık zeytin olarak üretilmektedir. Sonuç olarak, takriben 130.000 ton zeytinyağı üretilmektedir [10]. Buna göre, zeytinyağı sıkma teknolojisine bağlı olarak oluşan sıvı atık kısmı değişmekle birlikte genel olarak açığa çıkan atık su miktarı 0,5-1,5 m 3 /ton zeytin olmaktadır [11]. Bu değerler göz önünde bulundurulduğunda ortalama 450.000 ila 1.200.000 zeytin atığı işlenmediği takdirde çevreyi kirletmektedir [12]. Bu çalışmada, Bursa ili ve Marmara bölgesinde küçük ve orta boyutlu zeytin işletmelerinde zeytinyağı üretimi sonucunda ortaya çıkan zeytin prinası ve atık karasuyunun bertarafında anaeorobik fermentasyonun kullanımı ve elektrik üretimi üzerine bir çalışma amaçlanmıştır.
DENEYSEL Bu çalışmada, Bursa ve çevresinin önemli bir sorunu olan zeytin atığı ve karasuyu kullanılmıştır. Zeytin atığı, karasu ve çeşitli gübreler anaerobik ortamda 35-37 C de sabit sıcaklıkta fermente edilmiştir. Fermentörlerin içerikleri belli oranlarda karıştırılmış ve bu oranlar değiştirilerek deneyler tekrar edilmiştir. Tablo 1 de deney setinin içerikleri verilmiştir. 140 litre hacmindeki bir ısıtma odasının içine 4 adet 5 litrelik cam fermentörler yerleştirilmiştir. Isıtma odası 200 W gücündeki ısıtıcı ve fan yardımıyla otomotik kontrollü mezofilik fermentasyon sıcaklığında tutulmuştur. Deneyler yapılırken fermentörlerde belirli aralıklarla karıştırma sağlanmıştır. Üretilen biyogaz miktarları günlük olarak tespit edilmiş ve kaydedilmiştir. Çalışma hala aktif durumda olup, deneyler farklı içerik oranları kullanılarak devam etmektedir. Tablo 1. Yapılan deneyler Fermentör Hacim (litre) İçerik 1 5 2 5 3 5 4 5 150 gram sığır gübresi 300 gram sığır gübresi 150 gram koyun gübresi 150 gram bıldırcın gübresi Tablo 2. Parametreler ve analiz sonuçları Parametre Atık Tazeliği Kuru Madde Oranı (%) Organik Kuru Madde Oranı (%) C (%) N (%) C/N Oranı Sığır Bıldırcın Koyun Zeytin Posası Karasu 1 saatlik 1 saatlik 1 saatlik 5 saatlik 1 Günlük 17,4 15,33 36 52,4 9,3 50,1 42,41 14,25 80,2 73,7 30 87,5 83,6 2,7 -- 1,66 3,80 6,55 0,7 0,67 18 14 22 0,38 ---
Hayvan gübresinden biyogaz üreten atıklarda C/N oranı 15/1 ila 30/1 arasında değişir. Çoğu taze hayvan gübreleri bu oranı sağlar. C/N oranı 15/1 ila 30/1 i sağlıyorsa hayvan gübresini ayrıca ayarlamaya gerek yoktur. SONUÇLAR Şimdiye kadar yapılan deneyler sonucunda biyogaz üretimi incelenmiş olup, zeytin atığı ve zeytin karasuyu anaerobik fermentasyonu için en iyi gaz elde edilme sonucunu sığır, koyun ve bıldırcın gübreleriyle yapılan deneyler vermiştir. Deneyler ve analizlerin incelenmesi devam etmektedir. Yapılan ön çalışma ve deneylerin sonuçları Şekil 1'de verilmiştir. 14000 Üretilen Gaz Miktarı (ml) 12000 10000 8000 6000 4000 2000 1.Fermentör 2.Fermentör 3.Fermentör 4.Fermentör 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Zaman (Gün) Şekil 1. Günlere göre dört reaktörde üretilen gaz miktarları Deneylerin sonuçları değerlendirildiğinde, en iyi biyogaz üretimi 1. reaktörde gerçekleşmiştir. Bu da maya olarak kullanılan gübre miktarını arttırmanın olumlu sonucunu desteklemektedir. Literatür değerleri ile mukayese edildiğinde elde edilen verilerin paralel olduğu görülmektedir. Koyun ve bıldırcın gübresi literatürde, sığır gübresine göre daha iyi sonuç vermesine karşın, deneylerde bu gözlenememiştir. Buna sebep olarak üniversite çiftliğinden alınan gübrelerin bakteri açısından yeterli ve uygun olmaması gösterilebilir. Ayrıca reaksiyon sıcaklığının 35-37 o C arasında seçilmesi mezofilik bir ortam için yeterli, fakat bu gübrelerdeki bakterilerin inhibite olduğu ve ortamın biyogaz üretimine uygun olmadığı düşünülmektedir. Fosil enerji kaynaklarının tükeneceği gerçeği, yenilebilir enerji kaynaklarının artan önemini vurgulamaktadır. Türkiye nin elektrik üretiminin yaklaşık %30 u fosil kaynaklara, % 48 i ise dışa bağımlı olan doğalgazdan üretildiği unutulmamalıdır [13]. Türkiye de tarımsal ve özellikle endüstriyel organik atıklar halâ yeterince değerlendirilememekte ve maalesef çevre kirliliğine neden olmaktadır. Arıtma tesisleri tarafından arıtılmasında ise sorunlarla karşılaşılmaktadır. Hayvansal ve endüstriyel atıklardan biyogaz üretilmesi ekonomiye katkı sağlamasının yanı sıra hem çevre kirliliğinin azaltılmasını hem de çevre dostu enerji üretimini sağlayacaktır.
Tablo 2 de de görüldüğü üzere, sonuçta bütün bu çevresel sorunların çözümüne de katkıda bulunmasının yanı sıra, ekonomik olarak sadece bir tesis ile elektrik üretimine 4.270.000 kwh, evsel ısıtma amaçlı kullanılabilecek 4.099.200 kwh'lik bir ısı kaynağı elde edilebilecektir. Eğer toplam da değerlendirilebilse, elektrik üretimine 64.575.000 kwh, evsel ısıtma amaçlı kullanılabilecek 61.992.000 kwh'lik bir ısı kaynağı potansiyeli mevcuttur. Materyal Tablo 3. Zeytin atığı ve sığır gübresi kullanılarak üretilebilecek biyogaz, elektrik ve ısı miktarları Posa miktarı (ton) Biyogaz üretim miktarı (m 3 /ton) Biyogaz üretimi (m 3 ) Elektrik üretimi x1.75 (kwh) Isı üretimi x1.68 (kwh) Zeytin atığı 20.000 82 1.640.000 2.870.000 2.755.200 Sığır gübresi (1000) 32.000 25 800.000 1.400.000 1.344.000 Toplam 52000 107 2.440.000 4.270.000 4.099.200 Toplam Zeytin atığı 450.000 82 36.900.000 64.575.000 61.992.000 KAYNAKLAR 1) Yılmaz, A.H. ve Atalay, F.S., Çeşitli Organik Katı Atıkların Anaerobik Fermantasyonu ve Modelleme Çalışmaları, 5. Ulusal Temiz Enerji Sempozyumu Bildiri Kitabı, Cilt II, 619-616, İstanbul, 2004. 2) Kaygusuz K. ve Türker, M.F., Biomass Energy Potential in Turkey, Renewable Energy, 26, 661-678, 2002. 3) www.biyogaz.org.tr, Nisan 2010 4) www.khgm.gov.tr, Nisan 2010 5) Kaya, D, Renewable energy policies in Turkey, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 10, 152 163, 2006. 6) Koçer, N.N., Öner, C. ve Sugözü, İ., Türkiye de Hayvancılık Potansiyeli Ve Biyogaz Üretimi, Doğu Anadolu Bölgesi Araştırmaları, 17-20, 2006. 7) Peavy, H. S., D. R. Rowe, and G. Tchobanoglous., Environmental Engineering, Mc Graw-Hill Book Company, New York, 1985. 8) Yılmaz, A.H. ve Atalay, F.S., Katı Atıkların Anaerobik Fermentasyonu Üzerine Modelleme Çalışmaları, 4. Ulusal Kimya Mühendisliği Kongresi Bildiri Kitabı, 77-81, 2000. 9) Yılmaz, A.H. ve Atalay, F.S., Modeling of the Anaerobic Decomposition of Solid Wastes, Energy Source, Cilt 25, No:11, 1063-1072, 2003. 10) www.marmarabirlik.com.tr, Ocak 2010. 11) Beccari M., Bonemazzi F., Majone M., Riccardi C., Interactions Between Acidogenesis and Methanogenesis in the Anaerobic Treatment of Olive Mill Effluents, Water Research, 30, 183-189, 1996. 12) www.sutso.org.tr, Nisan 2010 13) Ulusoy, Y., Ünal, H. ve Alibaş, K., Bursa İli Karacabey İlçesinde Örnek Bir Biyogaz Tesisinin Kurulabilirliği İçin Tarımsal ve Gıda Artıklarının Enerji Potansiyeli, 25. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi Bildiri Kitabı, 2009