Yeşil Enerji: Biyogaz

Biyogaz terimi temel olarak organik atıklardan kullanılabilir gaz üretilmesini ifade eder Diğer bir ifade ile Oksijensiz ortamda mikrobiyoljik floranın etkisi altında organik maddenin karbondioksit ve metan gazına dönüştürülmesidirBiyogaz elde edinimi temel olarak organik maddelerin ayrıştırılmasına dayandığı için temel madde olarak bitkisel atıklar ya da hayvansal gübreler kullanılabilmektedir Kullanılan hayvansal gübrelerin biyogaza dönüşüm sırasında fermante olarak daha yarayışlı hale geçmesi sebebiyle dünyada temel materyal olarak kullanılmaktadır Aynı zamanda tavuk gübrelerinden de oldukça verimli biyogaz üretimi sağlanabilmektedir Tavuk gübresinin kullanımı tarım için önemlidir çünkü bu gübre topraklarda verim amaçlı kullanılamaz Topraklarda tuzlulağa sebep olurlar Kullanılamayan bu gübre biyogaza dönüştürüldüğünde yarayışlı bir hal almış olur Günümüzde biyogaz üretimi çok çeşitli çaplarda; tek bir evin ısıtma ve mutfak giderlerini karşılamaktan, jeneratörlerle elektrik üretimine kadar yapılmaktadır Biyogazın oluşumu Biyogaz üç evrede oluşur Bunlar,
Hidroliz
Asit oluşturma
Metan oluşumu dur

Birinci aşama atığın mikroorganizmaların salgıladıkları enzimler ile çözünür hale dönüştürülmesidir Bu aşamada polisakkaritler monosakkaritlere, proteinler peptidlere ve aminoasitlere dönüşür Bundan sonraki aşamada asit oluşturucu bakteriler devreye girerek bu maddeleri asetik asit gibi küçük yapılı maddelere dönüştürürler Asit oluşumu üretim esnasında pH'nın düşmesine neden olabilir bu durum metan oluşumunu sağlayacak bakteriler üzerinde olumsuz etki yaratabilir Son aşamada ise bu madeleri metan oluşturucu bakteriler biyogaza dönüştürürler Görüldüğü gibi biyogaz oluşumu mikrobiyolojik etmener ile gerçekleşmekte ve doğal olarak bu mikrobiyolojik organizmaların etkileneceği her türlü koşul biyogaz üretimini de etkilemektedir
Hidroliz aşaması: İlk aşamada mikroorganizmaların salgıladıkları selular enzimler ile çözünür halde bulunmayan maddeler çamur içerisinde çözünür hale dönüşürler Uzun zincirli kompleks karbonhidratları, proteinleri yağları ve lipidleri kısa zincirli yapılara dönüştürürler Bu basit organiklere dönüşüm sonucunda birinci aşama olan hidroliz tamamlanmış olur

Asit oluşturma aşaması: Çözünür hale dönüşmüş organik maddeleri asetik asit, uçucu yağ asitleri, hidrojen ve karbondioksit gibi küçük yapılı maddelere dönüşür Bu aşama anaerobik bakteriler ile gerçekleştirilir Bu bakteriler metan oluşturucu bakterilere uygun ortam oluştururlar

Metan oluşumu: Bakterilerin asetik asiti parçalayarak veya hidrojen ile karbondioksit sentezi sonucunda biyogaza dönüştürülmesi işlemdir Metan üretimi diğer süreçlere göre daha yavaş bir süreçtir Metan oluşumundaki etkili bakteriler çevre koşullarından oldukça fazla etkilenirler

Biyogaz üretiminde kullanılan mataryaller





Biyogaz üretimi için kullanılan materyaller, hayvansal gübreler, organik atıklar ve endüstriyel atıklar olarak üç başlık altında incelenebilir Bu bağlamda kullanılan materyaller,
Hayvansal atıklar
Hayvancılık ile elde edilen atıklar,
Hayvan gübreleri,
Bitkisel atıklar
Bahçe atıkları,
Yemek atıkları,
Endüstriyel atıklar
Zirai atıklar,
Orman endüstrisinden elde edilen atıklar,
Deri ve tekstil endüstrisinden ele edilen atıklar,
Kağıt endüstrisinden elde edilen atıklar,
Gıda endüstrisi atıkları,
Sebze, tahıl, meyve ve yağ endüstrisinden elde edilen atıklar,
Şeker endüstrisi atıkları,
Evsel katı atıklar,
Atıksu arıtma tesisi atıkları

Biyogaz üretimi tarımsal atıklardan yararlanılarak yapılabileceği gibi endüstriyel atıklardan yararlanılarakta yapılabilmektedir Kentsel atıkların ayrı ayrı toplanılması ve kanalizasyon atıklarının arıtma tesislerinde toplanılmasıyla önemli ölçüde biyogaz üretim imkanı vardır Bu çerçevede Türkiye'de İzmir Büyükşehir Belediyesi'nin Büyük Kanal Projesi çerçevesinde yaptığı bazı çalışmalar bulunmaktadır Biyogaz üretimini etkileyen faktörler Genel olarak biyogaz oluşumuna etki eden mikrobiyolojik bakterilerin etkileneceği her faktör biyogaz üretimini de etkiler Bir bakterinin yaşamsal falliyetlerini devam ettirebilmesi için belirli sıcaklık ve pH değerlerine ihtiyacı vardır Aynı zamanda toksisite de bakterilerin falliyetlerini direk olarak etkiler C/N oranı (Karbon / Azot) bir bakterinin ayrıştırma hızına etkisi bulunduğu için önemlidir C/N oranın dar olması bakterilerin o atığı daha hızlı ayrıştırması anlamına gelir Son olarakta biyogaz üretiminin yapıldığı reaktörde organik yükleme hızı ve hidrolik bekleme süreside biyogaz üretimine direk olarak etkiler Sıcaklığın biyogaz üretimine etkileri:
Metanojenik bakteriler çok yüksek ve çok düşük sıcaklık değerlerinde aktif olmamaktadır Bu yüzden biyogaz üretiminin gerçekleşeceği reaktör sıcaklığı biyogazın üretimine veya hızına direk olarak etki etmektedir Bu bakteriler sıcaklık değişimlerine karşıda oldukça hassastırlar Reaktörün içerisindeki sıcaklık bekleme süresini ve reaktör hacmini de belirler Sıcaklığın düzeyine göre sınıflandırılması üç şekilde yapılabilir
Psikofilik sıcaklık aralığı = 12-20 Derece
Mesofilik sıcaklık aralığı = 20-40 Derece
Termofilik sıcaklık aralığı = 40-65 Derece

pH'nın biyogaz üretimine etkileri:
Metan oluşturucu bakteriler için en uygun pH değerleri nötr veya hafif alkali değerlerdirAnaerobik şartlarda fermantasyon işlemi devam ederken 7-75 arasında değişir pH değerinin 67 düzeylerine düşmesi durumunda bakteriler üzerinde toksit etki yapar Asit oluşturucu bakterilerin ise sayısı artarak pHnın düşmesine ve metan oluşumunun durmasına sebep olabilirler Bu gibi durumlarda reaktöre organik madde yüklenmesi kesilerek asit oranının düşmesi sağlanır pH'nın kararlı bir hale gelebilmesi için kimyasal da kullanılabilmektedirBu kimyasallardan bir tanesi sönmüş kireç olarak bilinen kalsiyum hidrooksittir

Toksisite'nin biyogaz üretimine etkileri:
Mineral iyonları, ağır metaller ile deterjan gibi maddeler bakterilerin gelişimi üzerinde olumsuz etkiler oluştururlar Bu maddelerin biyoreaktörlere sızması ile üretimin yavaşlaması veya durması söz konusu olabilmektedir Tavuk yetiştiriciliğinde yemlere antibiyotik katılması, gaz üretiminde tavuk gübrelerinin kullanıldığı sistemlerde toksisite etkisi yapmaktadır Bu şekildeki yemlerle beslenen tavukların gübrelerinde de antibiyotikler bulunmakta ve bu antibiyotikler metan oluşturcu bakteriler üzerinde olumsuz etki yapmaktadır

C/N oranı'nin biyogaz üretimine etkileri:
Anaerobik bakteriler karbonu enerji elde edebilmek için kullanmaktadırlar Azot ise bakterilerin büyümesi ve çoğalması için gerekli olan diğer maddedir C/N orano biyogaz elde edilecek olan atık için uygun değerlerde olmalıdır Oran 23/1 düzeyinden fazla ve 10/1 oranından az olmamalıdır Azot oranının fazla olması amonyak oluşumu sebebiyle biyogaz üretimini olumsuz etkilemektedir

Organik yükleme hızı'nın biyogaz üretimine etkileri:
Organik yükleme hızı, birim hacim(m3) bioreaktörlere günlük olarak beslenen organik madde miktarıdır Organik yükleme hızının mümkün oldukça optimumda tutulması gereklidir Aksi halde pH seviyesi düşerek gaz oluşumunu tamamen durabilmektedir

Atık Mataryali Yükleme miktarı/Gün
Sığır gübresi 25-35 kgUM/m3gün
İlave besin maddeli sığır gübresi 50-70 kgUM/m3gün
Domuz Gübresi 30-35 kgUM/m3gün


Mesofilik şartlarda çalışan reaktörler için optimum organik yükleme hızı Biyoreaktörler Biyogazın üretimi için tasarlanmış yapıların genel ismidir Küçük hacimli ve büyük hacimli olarak ikiye ayrılabilir Küçük hacimli reaktörler hacim olarak 3 ton a kadar olabilmektedir Ancak yapılan araştırmalarda 10 tonun altında istenilen verimlilikte olmamaktadır Biyoreaktörün tasarımında üretimin kesik kesik mi yoksa sürekli mi olacağı da belirleyici bir unsurdur Dünyada biyoreaktörü ve biyogazı en çok kullanan ülke Çin dir Bu ülkenin kendine has küçük kapasiteli reaktörleride vardır Son dönemlerde ucuz maliyeti nedeniyle torba tipi ya da balon tipi reaktör modelleride yaygınlaşmaktadır Ancak bu model reaktörlerin verimli hizmet süreleri takriben 2 - 3 yıl kadardır Biyogaz üretiminde ise kullanılan en yaygın üç reaktör aşağıdaki gibidir,
Sabit kubbeli (Çin tipi) reaktörler,
Hareketli kubbeli (Hint tipi) reaktörler
Torba tipi (Tayvan tipi) reaktörler

Türkiye'de biyogaz

1980 - 86 yılları arasında ülkemizde Toprak-Su araştırma enstütüleri tarafından yoğun olarak araştırılmıştır Daha sonra ise bu konudaki araştırmalar üniversiteler bünyesinde bireysel olarak devam etmiştir Biyogaz üretimi herkesin kendi başına yapabileceği bir şey değildir Bu üretim için eğitimli ve gerekli donanımı olan kişiler tarafından desteklenmesi gerekmektedirTürkiye'de bu konuda yeterli bilgiye sahip kişilerin bulunması hususunda sorunlar bulunmaktadır



Dünya'da biyogaz Ülkeler Tesis Sayısı
Çin 7,000,000
Hindistan 2,290,000
Nepal 49,500
Kore 29,000


Dünyada biyogaz üretim ve kullanımı giderek gelişmektedir Hayvan gübresinden elde edilen biyogazın tesis oranları dikkate alınırsa dünyadaki tesislerin %80'i Çin'de %10'u Hindistanda, Nepal ve Tayland'ta bulunmaktadır Tesis sayısına göre ise ülkelerin sıralaması yanda tabloda verilmiştir Avrupa'nın hayvan gübresi ile elde ettiği biyogaza ve tesis sayısına bakılacak olursa bu noktada Almanya 2,200 tesis ile en fazla üretim yapan ülke konumundadırBu ülkeyi 70 tesis ile İtalya takip etmektedir Almanya'da biyogaz tesislerinin yapımı 1993 yılından itibaren artmış ve yine aynı yıldan günümüze kadar 139 tesisten 2,200 tesise kadar artmıştır

Biyogazın kullanım alanları Biyogaz doğalgazın kullanım alanlarıyla parelel olarak kullanılabilen bir enerji kaynağıdırBiyogaz kullanım alanları aşağıdaki gibi sıralanabilir,
Doğrudan yakarak ısınma ve ısıtma,
Motor yakıtı olarak kullanımı suretiyle ulaşım,
Türbin yakıtı olarak kullanımı ile elektrik üretimi,
Yakıt pillerinde kullanımı,
Mevcut doğalgaza katılarak maliyetlerin düşürülmesi,
Kimyasal maddelerin üretimi sırasında biyogaz kullanımı

Tüm bu kullanım alanlarının yanısıra biyogaz çevreye karşı duyarlı bir enerji kaynağıdır Bu yüzden gelişen koşullarda çevre kirliliğinin önlenmesinde yeşil yakıt olarak bilinen organik madde kökenli biyogaz kullanımı daha önemlidir Biygaz üretimi için kullanılan ham maddeler tarımsal arazilerde üretildiği için, tarımsal işletmelerde gerek seraların ve iskan yapılarının ısıtılmasında gerekse traktörlerin yakıtı olarak kullanılmasında önemli bir fayda sağlayabilmektedir Bu şekilde kullanılan biyogaz işletme maliyetlerini önemli ölçüde azaltmaktadır

Biyogaz Deposu



Biyogazla Çalışan Bir Otobüs

Referanslar
^ Hayvan Gübresinden Biyogaz Üretimi Çevre ve Orman Bakanlığı
^ Bitkisel ve Hayvansal Atıklardan Biyogaz üretimi ve Entegre Enerji Üretim siteminde Kullanımı BiyogazOrgTr
^ Biyogaz üretiminde kullanılabilecek atıklar BiyogazCom
^ Biyogaz Nedir? Tarım ve Köyişleri Bakanlığı



Dış bağlantılar
Tarımsalcom internet sitesi (Türkçe)
Seedtree web sitesi (İngilizce)
Biyogazorg web sitesi (İngilizce, Türkçe)