YEŞİL ENERJİ BİOGAZ

   Şehirden başladık, ülkeye geçtik peki ya ülke sınırlarını kaldırdığımızda ortaya çıkan insanlık? Enerji insanlığı nasıl etkiler? Şüphesiz enerjinin bilinçsiz kullanımından ortaya çıkan en büyük tahribat insanlığı vuruyor. Şehrinizin havasından, ülkenizdeki işçi maaşlarından öte dünyamızı geri dönüşü bir şekilde kaybediyoruz. Peki ama neden?

Enerjiyi, etkilerini ve kaynaklarından sonra yazımıza konu olan ve fazlaca bilinmeyen bir enerji kaynağı olan biyogaz enerjisi ile tanışalım.

1-İnlet atık girişi

2-Biogaz atık tankı ve gaz depolama tankı

3-Biogaz pipe gaz çıkışı

4-Outlet işlenmiş atık çıkışı

   Biyogazla tanıştığınızda “hadi canım” diyeceksiniz.Çünkü biyogazlar temel bir teknoloji ile, bitkisel-hayvansal artıklardan diğer kaynaklarla eşdeğer enerji üretmenizi sağlar. Yani hem artıklarınızdan kurtulacaksınız hem de enerji üreteceksiniz. Dahası üretimden kalan değişmiş hammadde sıvı gübre olarak tarımda kullanılabiliyor, üretilen biyogazın kullanımı için halihazırda kullandığınız teknolojinizi değiştirmenize gerek kalmıyor. Çünkü biyogaz metan içermesi ile doğalgaza çok benziyor.

Belediye olarak da:

Kocaeli Büyükşehir Belediyesi

Ankara Büyükşehir Belediyesi (Çöp gazından)

Biyogaz Üretim Sistemleri

Biyogaz üretiminde kullanılan sistemler genel olarak üç ayrı grupta toplanmaktadır.

Kesikli (Batch) Fermantasyon
Tesisin fermantörü (üretim tankı) hayvansal ve/veya bitkisel atıklar ile doldurulmakta ve ferman bitim süresi kadar bekletilerek biyogazın oluşumu tamamlanmaktadır. Kullanılan organik maddeye ve sistem sıcaklığına bağlı olarak bekleme süresi değişmektedir. Bu süre sonunda tesisin fermantörü tamamen boşaltılmakta ve yeniden doldurulmaktadır.

Beslemeli - Kesikli Fermantasyon
Burada fermantör başlangıçta belirli oranda organik madde ile doldurulmakta ve geri kalan hacim fermantasyon süresine bölünerek günlük miktarlarla tamamlanmaktadır. Belirli fermantasyon süresi sonunda fermantör tamamen boşaltılarak yeniden doldurulmaktadır.

Sürekli Fermantasyon
Bu fermantasyon biçiminde 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.

Biyogazın Hammaddesi

Ülkemizde biyogaz üretimi amacıyla düşünülebilecek atık ve hammaddelerin kaynaklarına göre biyogaz verimleri ve elde edilebilecek metan oranları aşağıdaki çizelgede verilmiştir.

Çizelge incelendiğinde, bu atıkların hayvansal ve bitkisel kaynaklı olarak iki gurupta ele alınabileceğini görmekteyiz. Bunlar;

-Hayvansal Atıklar: Sığır, at, koyun, tavuk gibi hayvanların gübreleri, mezbaha atıkları ve hayvansal ürünlerin işlenmesi sırasında ortaya çıkan atıklar.

-Bitkisel Atıklar: İnce kıyılmış sap, saman, mısır artıkları, şeker pancarı yaprakları gibi bitkilerin işlenmeyen kısımları ile bitkisel ürünlerin işlenmesi sırasında ortaya çıkan atıklar. Biyogaz üretiminde hayvansal ve bitkisel atıklar tek başına kullanılabileceği gibi belli esaslar doğrultusunda karıştırılarak da kullanılabilir.

Biyogaz Üretiminin Mikrobiyolojisi

Biyogaz organik maddelerin oksijensiz şartlarda biyolojik parçalanması (anaerobik fermantasyon) sonucu oluşan ağırlıklı olarak metan ve karbondioksit gazıdır. Çeşitli organik maddelerin metan ve karbondioksite dönüşümü karışık mikrobiyolojik flora tarafından gerçekleştirilmektedir. Bu oksijensiz bozunma sonucunda metan gazı üç aşamalı bir işlem sonucunda oluşur. Oksijensiz bozunmanın (anaerobik fermantasyon) bu üç aşaması aşağıdaki gibi sıralanır:

Fermantasyon ve Hidroliz

   Bu aşamada fermantative ve hydrolytic bakteriler olarak isimlendirilen bakteri grupları organik maddenin üç temel ögesi olan karbon hidratları (C 6H 10O 5) n, proteinleri ( 6C NH 3 3H 2O) ve yağları (C 50H 90O 6) parçalayarak CO 2, asetik asit ve büyük bir kısmını da çözülebilir uçucu organik maddelere dönüştürürler. Bu son gruptaki uçucu organik maddelerin büyük bir bölümünün uçucu yağ asitleri olması nedeniyle, bu aşamaya uçucu yağ asitlerinin [CH 3 (CH 2) n COOH] oluşum aşaması adı da verilir.

Asetik Asidin Oluşumu

CH3(CH2 )n COOH + H2O => 2CH3 COOH + 2H2

   Bu aşamada, birinci aşama sonucunda açığa çıkan ve uçucu yağ asitlerini asetik aside dönüştüren asetogenik (asit oluşturan) bakteri grupları devreye girmekte ve bir kısım asetogenik bakteriler uçucu yağ asitlerini asetik asit ve hidrojene dönüştürmektedir.

   Diğer bir kısım asetogenik bakteri grubu ise açığa çıkan karbondioksit ve hidrojeni kullanarak asetik asit oluşturmaktadır. Ancak bu ikinci yolla oluşan asetik asit miktarı, birinciye oranla daha azdır.

2CO2 + 4H2 => CH3 COOH + 2H2O

Metan Gazının Oluşumu

   Anaerobik fermantasyonun bu son aşamasında metan oluşturan bakteri grupları devreye girmekte ve bir kısım metan oluşturan bakteriler CO2 ve H2'yi kullanarak metan (CH4) ve suyu (H2O) açığa çıkarırlarken, öteki bir grup metan oluşturan bakteriler ise ikinci aşama sonucunda açığa çıkan asetik asidi kullanarak CH4 ve CO2 oluşturmaktadırlar.

CO2 + 4H2 => CH4 + 2H2O
CH3COOH => CH4 + CO2

   Ancak bu aşamada birinci yolla oluşan metan miktarı, ikinci yolla elde edilen metan miktarından daha azdır. Üretilen tüm metanın %30'u birinci yolla %70'i ikinci yolla yapılmaktadır.

   Bu üç aşamada, üç değişik bakteri grubu etkinlik göstermektedir. Anaerobik fermantasyonda bekletme süresine, atık su ve atık organik maddelerin türüne, ortamın PH ile içerdikleri iyonlara ve bunlara bağımlı olarak oluşan mikroorganizmalar topluluğunun yapısına göre üç değişik sıcaklık bölgesi mevcuttur. Anaerobik fermantasyonun üçüncü aşamasında devreye giren ve metan oluşumunu sağlayan metan bakterileri, fermantasyon ortamının sıcaklığına göre üç gruba ayrılır. Bunlar:

Psychrophilic (Sakrofilik) Bakteriler: Optimum faaliyet sıcaklığı, 5- 25 °C

Mezophilic (Mezofilik) Bakteriler: Optimum faaliyet sıcaklığı, 25- 38 °C

Thermophilic (Termofilik) Bakteriler: Optimum faaliyet sıcaklığı, 50- 60 °C

Sakrofilik bakteriler deniz ve göl diplerindeki tortullar ile bataklıklar, termofilik bakteriler ise yüksek sıcaklıklardaki volkanik ve jeotermal bataklıklar içerisinde, özel havasız ortamlarda ortalama bir sıcaklıkta ise mezofilik bakteriler yaşamaktadırlar. Bu üç bakteri gurubu ile yapılan fermantasyonda, sakrofilik, mezofilik ve termofilik fermantasyon ile aynı adı almaktadır. Bu bakteri gruplarından 1. ve 3. grupta yer alan sakrofilik ve termofilik bakteriler sığır gübresi içerisinde yaşamamaktadır. Sığır gübresinde mezofilik bakteriler bulunmaktadır. Biyogaz tesisinde sığır gübresi kullanılması durumunda mezofilik fermantasyon uygulanır.

Biyogaz üretimi oldukça önemli bir biyolojik süreçtir. Bu nedenle tüm şartların eksiksiz sağlanması gereklidir, aksi durumda verimli gaz üretiminin olmayacağı açıktır.

BİYOGAZ ÜRETİMİNDE DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN HUSUSLAR 

•  Fermantörde (üretim tankı-sindireç) kesinlikle oksijen bulunmamalı,
•  Antibiyotik almış hayvansal atıklar üretim tankına alınmamalı,
•  Deterjanlı organik atıklar üretim tankına alınmamalıdır,
•  Ortamda yeni bakteri oluşturulması ve büyümesi için yeterli miktarda azot bulunmalı,
•  Üretim tankında asitlik 7,0 - 7,6 arasında olmalı,
•  Metan bakterileri için substratta (S) sirke asidi cinsinden organik asit konsantrasyonu 500 - 1500 mg/litre civarında olmalı

•  Fermantör sıcaklığı 35 ºC veya 56 ºC de sabit tutulmalı,
•  Üretim tankına ışık girmemeli ve ortam karanlık olmalı,
•  Üretim tankında minimum %50, optimum %90 oranında su olmalı,
•  Ortamda metan bakterilerinin beslenmesine yetecek kadar organik madde parçalanmış-öğütülmüş olarak bulunmalıdır.

BİYOGAZ TESİSLERİNİN TASARIMI ve TASARIMDA DİKKATE ALINMASI GEREKEN PARAMETRELER

Biyogaz tesisleri planlanan amaca göre farklı teknolojiler kullanılarak inşa edilmektedirler.

Biyogaz tesislerinin kapasite olarak sınıflandırılması:

•  Aile tipi : 6 -12 m3 kapasiteli
•  Çiftlik tipi : 50 -100 -150- m3 kapasiteli
•  Köy tipi : 100- 200 m3 kapasiteli
•  Sanayi ölçekli tesisler : 1000 - 10.000 m3 kapasiteli

Aile tipi biyogaz tesisleri özellikle Çin'de çok yaygın bir şekilde kullanım yerlerine yakın yerlerde kullanılmaktadır. Aile tipi biyogaz tesisleri dışındaki diğer tesislerin çoğunda biyogazın oluştuğu ortamın (fermantör) ısıtılması optimum biyogaz üretimi için gerekli olmaktadır. Biyogaz üretiminde ortam sıcaklığının 35 ºC civarında olması istenir. Biyogaz tesislerinde ısı kontrolünün sağlanması amacıyla güneş enerjisinden yararlanılabileceği gibi en pratik ve yaygın kullanılan sistem, tesisin içine yerleştirilen sıcak sulu serpantinlerden yararlanmaktadır.

BİYOGAZ ve YAN ÜRÜNLERİNİN KULLANIM ALANLARI
   Biyogaz, çok yönlü bir enerji kaynağı olarak doğrudan ısıtma ve aydınlatma amacıyla kullanıldığı gibi, elektrik enerjisine ve mekanik enerjiye çevrilerek kullanımı da mümkün olmaktadır. Ayrıca biyogaz üretimi sonucu ortaya çıkan yan ürünler de çeşitli amaçlarla kullanılabilmektedir.

Tesis Tasarımında Dikkate Alınacak Hususlar

•  Uygun hammadde miktarı
•  Hammaddenin cinsi ve özellikleri
•  Isıtma ihtiyaçları
•  Karıştırma ihtiyaçları
•  Kullanılacak malzeme ve ekipmanların cinsi
•  Tesisin kurulacağı yerin seçimi
•  Tesis inşaatı ve tesisin yalıtımı
•  Tesisin ısıtılması ve işletme koşulları
•  Biyogazın depolanması ve dağıtımı
•  Biyogazın taşınması, tesisten çıkan biyogübrenin depolanması, tarlaya taşınması ve dağıtımı
•  Biyogaz kullanım araçlarının belirlenmesi
 

ALINTIDIR: www.bilgiustam.com Emre Ece