YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI BİYOKÜTLE ENERJİ

BİYOKÜTLE Biyokütle 100 yıllık periyottan daha kısa sürede yenilenebilen, karada ve suda yetişen, bitkiler, hayvan atıkları, gıda endüstrisi ve orman yan ürünleri ile kentsel atıkları içeren tüm organik ürünler olarak tanımlanmıştır. Çevreyi kirletmeyen yenilenebilir enerji kaynakları arasında, özellikle gelişmekte olan ülkeler için uygulama alanı en geniş olan enerji kaynaklarından birisi de biyokütledir.

BİYOKÜTLE KAYNAKLARI Biyokütle kaynaklarını; bitkisel kaynaklar, hayvansal atıklar, şehir ve endüstri atıkları şeklinde sınıflandırabiliriz.

BİTKİSEL KAYNAKLAR Bitkisel kaynaklar olarak; orman ürünlerini, yetiştiricilik dönemi 5-10 yıl, verimlerinin ise 15-35t/ha olan ağaç türlerini içeren enerji ormanlarını, enerji tarımı yetiştiriciliğine konu olan sorgum,şeker kamışı, mısır gibi C4 bitkilerini, buğday, arpa, çavdar, şeker pancarı gibi C3 bitkilerini,şeker ve nişasta ihtiva eden bitkileri (şeker pancarı, patates vb.), yağlı tohumlu bitkileri (kanola,aspir, ayçiçeği, soya vb.), bazı su otlarını ve algleri sayabiliriz. Enerji Tarımı amaçlı yetiştirilen bitkiler, tarım ve orman artıkları enerji elde etmek amacıyla değerlendirilen bitkisel kaynaklardır. Bu biyokütle kaynaklarının ısıl değeri 3800-4300 kcal/kg arasında değişmektedir.

HAYVANSAL ATIKLAR Hayvansal gübrenin enerji eldesi amacıyla kullanımı söz konusudur. Hayvansal gübrenin geleneksel yöntemlerle değerlendirilmesinde, samanla karıştırılıp kurutulması suretiyle elde edilen tezeğin köylerde yakıt olarak kullanımı oldukça yaygındır. Hayvansal gübrenin oksijensiz ortamda fermantasyonu ile üretilen biyogazın dünyada kullanımı da oldukça yaygındır. Biyogazın ısıl değeri, karışımdaki metan yüzdesine bağlı olarak 1900 ile 27500 kJ/m3 arasında değişmektedir.

ŞEHİR VE ENDÜSTRİ ATIKLARI Çöp depolama alanlarındaki yerlerdeki, katı, evsel ve endüstriyel atıkların, evsel atık su arıtma tesislerinde oluşan arıtma çamurlarının aerobik organizmalarla metan gazına dönüştürülmesiyle değerlendirilmesidir. Elde edilen biyogazın doğal gaz dağıtım sisteminde kullanılması, gaz temizleme işleminin pahalı olması nedeniyle fazla uygulanmamaktadır. Depolama alanından oluşan 1 metreküp gazın ısıl değeri ise yine çöpün bileşenlerine bağlı olarak 18- 27 MJ/Nm3 arasında değişmektedir.

TÜRKİYE’NİN BİYOKÜTLE POTANSİYELİ Bitkisel Üretimden Elde Edilen Hammadeler: Türkiye iklim ve arazi yapısı itibariyle tarım ve hayvancılığın gelişmiş olduğu bir ülkedir. Sanayileşen nüfus dışında kalanlar geçimlerini tarım ve hayvancılıkla sağlamaktadırlar. Bitkisel üretimdeki plansızlıklar, ürün fiyatlarındaki dalgalanmalar, çiftçilerin üretim maliyetlerinin yüksek olması, kentlere göçler gibi sebeplerden dolayı bitkisel üretimde çoğu zaman dengesizlikler ve yetersizlikler görülmektedir. Arazi varlığı daha verimli bir şekilde kullanılırsa, ürün fiyatları ve ürün yetiştirme maliyetleri dengelenirse bitkisel üretim potansiyelide artacaktır. Türkiye’nin toplam tarımsal alanı 23 063 000 hektardır.

Bitkisel Üretim Sonucunda Arta Kalan Atıklar: Ülkemiz tarım ve hayvancılık açısından yüksek bir potansiyele sahiptir. Tarım ürünleri ve tarımsal üretimden elde edilen artıklar, biyokütleden enerji elde edilebilmesi açısından hammadde kaynağı oluşturmaktadır. Tarla bitkileri yıllık atık miktarının toplam ısıl değeri yaklaşık olarak 228 PJ’dür. Bunun içinde en büyük payı % 33.4 ile mısır, % 27,6 ile buğday ve % 18,1 ile pamuk almaktadır. Türkiye’deki tarla ürünlerinin yıllık toplam üretimi ve atık miktarları Tablo da verilmektedir.

Ülkemizin bahçe bitkileri yıllık atıklarının toplam ısıl değeri yaklaşık 75 PJ’dür. Bunlar içerisinde ise en büyük payı % 55,8 ile fındık ve % 25,9 ile zeytin almaktadır.

Hayvansal Üretim Sonucunda Arta Kalan Atıklar: Ülkemizde tarımsal üretimin yanı sıra hayvancılıkta önemli bir yer tutmaktadır. Hayvan yetiştiriciliğinin büyük bölümünü inek, koyun ve kümes hayvanları oluşturmaktadır. Hayvan yetiştiriciliğinden sağlanan atıkların modern biyokütle teknolojileri kullanılarak enerjiye dönüştürülmesi söz konusudur. İnek, koyun ve kümes hayvanları atıklarının ısıl değerleri sırasıyla yaklaşık 47,8 , 3,6, ve 8,7 milyon GJ/yıl olarak bulunmuştur. Tablo da Türkiye’deki hayvan sayısı, atık miktarı, atıklardan elde edilebilecek biyogaz miktarı ve ısıl değerleri verilmektedir.

BİYOKÜTLE ÇEVRİM TEKNOLOJİLERİ Kaynak bazında sınırlı olan ve kullanımında çevre sorunlarına neden olan fosil kökenli enerji eldesine alternatif; biyokütle ve katı atıklarlardan elde edilecek olan enerjidir. Enerji kaynağı olarak biyokütle, fosil enerji kaynaklarından farklı bazı özellikler taşımaktadır. Biyokütle kaynakları genellikle homojen olmayan bir yapıda, yüksek su ve oksijen içerikli, düşük yoğunluklu, düşük ısıl değerlidir. Bu özellikler yakıt kalitesine olumsuz etki etmektedir. Biyokütlenin bu olumsuz özellikleri fiziksel süreçler ve dönüşüm prosesleri ile ortadan kaldırılabilmektedir. Biyokütle kaynağına uygulanan çeşitli dönüşüm prosesleriyle, fosil yakıtların yerine kullanılabilecek daha kullanışlı ve yüksek ısıl değerli katı, sıvı ve gaz yakıtlar ile kimya endüstrisi için önemli ürünler elde edilebilir.

BİYODİZEL Hammaddesi bitkisel yağlar, hayvansal yağlar ve bu yağların atıkları olan biyodizel; dizel yakıtlara eşdeğer yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Biyodizel üretiminin çeşitli metodları olmakla birlikte günümüzde en yaygın olarak kullanılan yöntem transesterifikasyon yöntemidir. Transesterifikasyon; yağ asitlerinin (bitkisel yağlar, evsel atık yağlar, hayvansal yağlar) bazik bir katalizör eşliğinde alkol (metanol,etanol vb.) ile esterleşme reaksiyonudur.

Biyodizelin Avantajları: Biyodizelin alevlenme noktası dizel yakıttan daha yüksektir. Bu özellik biyodizelin, kullanım, taşınım ve depolanmasında daha güvenli bir yakıt olmasını sağlar. Biyodizelin setan sayısı dizel yakıtın setan sayısından daha yüksektir, bu nedenle biyodizelle çalışan dizel motorlar daha az vuruntu ile çalışır. Motordaki yağlanma derecesini artırır, motor gücünü azaltan birikintileri çözer. Yanma sonucu oluşan çevreye zararlı gazların emisyon değerlerini düşürür. Bitkisel üretim sürecinde fotosentez olayında karbondioksit kullanıldığı için çevreye olumlu etkisi vardır.

Biyodizelin Dezavantajları: Isıl değeri petrodizele göre bir miktar daha düşüktür. Bu durum motordaki yanma sonucunda azda olsa güç düşüşüne neden olmaktadır. Soğuk hava şartlarından petrodizele göre daha çabuk etkilenir. Özellikle bulutlanma daha erken görülmektedir. Bu durum biyodizelin soğuk iklim bölgelerinde kullanımını sınırlandırıcı bir faktördür. Tarım arazilerinde gıda üretimi için ayrılan arazilerin bir kısmının daha çok kar elde edileceği düşünülerek yağ bitkisi tarımına ayrılması ile az gelişmiş ülkelerde gıda fiyatlarında artış ve gıda temininde zorluk yaşanması muhtemeldir.

BİYOETANOL Biyoetanol; şeker,nişasta veya seluloz içerikli bitkilerden fermentasyon ve distilasyon ile elde edilen bir alkoldür. En önemli hammaddeler şeker pancarı, mısır ve buğdaydır. Bunu yanısıra şeker kamışı, sorgum, patates, tarımsal atıklar, seluloz içerikli olan odun veya belediye atıkları da hammadde olarak kullanılmaktadır.

Biyoetanolün Avantajları: İçeriğindeki oksijen sebebiyle daha verimli ve temiz bir yanma sonucu oluşan çevreye zararlı gazların emisyon değerlerini düşürür. Hava kirliliğinin azaltılmasına katkıda bulunur. Biyoetanolün talebinin artmasıyla hammadde olarak kullanılan bitkilerin değeri artacak, bu da ekonomiyi geliştirecek ve tarımsal alanda daha geniş piyasa imkânları sağlayacaktır. Hammadde kullanımında yurt içi kaynaklar değerlendirildiğinde stratejik bir yakıt olacak ve ithal yakıta bağımlılığın azaltılmasını sağlayacaktır.

Biyoetanolün Dezavantajları: Biyoetanol ile ilgili olarak, uzun süreli depolamalarda sorunlar yaşanabilir. Hareketsiz kalan biyoetanol ve depoda bulunabilecek su, benzinden ayrışıp deponun dibine çökebilmektedir. Bunu önlemek için depolama öncesinde yakıt sistemi tamamen boşaltılarak temizlenmelidir. Biyoetanol kullanılan araçlarda, soğuk havalarda çalışma zorlaşırken, sıcak havalarda buhar tıkacı oluşması olasılığı da vardır.

BİYOGAZ Biyogaz; organik bazlı atık/artıkların oksijensiz ortamda (anaeorobik) fermantasyonu sonucu ortaya çıkan renksiz-kokusuz, havadan hafif, parlak mavi bir alevle yanan ve bileşiminde organik madde içeriğine bağlı olarak yaklaşık % 40-70 metan, % 30-100 karbondioksit, % 0-3 hidrojen sülfür ile çok az miktarda azot ve hidrojen bulunan bir gaz karışımdır. Biyogaz üretimi oldukça önemli bir biyolojik süreçtir. Bu nedenle tüm şartların eksiksiz sağlanmasının gerekliliği aksi durumda verimli gaz üretiminin olmayacağı açıktır. Bugün, kurulan bir çok biyogaz tesisinin kullanım dışı kaldığı bilinmektedir. Tüm şartların uygun olduğu durumlar içersinde kurulması gereken bölgeler için en uygun biyogaz tesis tipi seçilmelidir.

Biyogaz Üretiminin Yararları: Biyogaz teknolojisi organik kökenli atık/artık maddelerden hem enerji eldesine hem de atıkların toprağa kazandırılmasına imkan vermektedir. Ucuz - çevre dostu bir enerji ve gübre kaynağıdır, atık geri kazanımı sağlar, biyogaz üretimi sonucu hayvan gübresinde bulunabilecek yabancı ot tohumları çimlenme özelliğini kaybeder, biyogaz üretimi sonucunda hayvan gübresinin kokusu hissedilmeyecek ölçüde yok olmaktadır, hayvan gübrelerinden kaynaklanan insan sağlığını ve yeraltı sularını tehdit eden hastalık etmenlerinin büyük oranda etkinliğinin kaybolmasını sağlamaktadır. Biyogaz üretiminden sonra atıklar yok olmamakta üstelik çok daha değerli bir organik gübre haline dönüşmektedir.

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 karbondiokside 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. a) Fermantasyon ve Hidroliz:Bu aşamada fermantative ve hydrolytic bakteriler olarak isimlendirilen bakteri grupları organik maddenin üç temel ögesi olan karbon hidratları, proteinleri ve yağları parçalayarak CO2, asetik asit ve büyük bir kısmını da çözülebilir uçucu organik maddelere dönüştürürler.

b) Asetik Asidin Oluşumu: 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. c) 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 ve suyu açığa çıkarırlarken, öteki bir grup metan oluşturan bakteriler ise ikinci aşama sonucunda açığa çıkan asetik asidi kullanarak CH4 ve CO2 oluşturmaktadırlar. 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.

Biyogaz ve Biyogaz Üretimi Yan Ürünlerinin Kullanım Alanları: 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. a) Biyogazın Isıtmada Kullanılması:Biyogazın yanma özelliği bileşiminde bulunan metan gazından ileri gelmektedir. Biyogaz hava ile 1/7 oranında karıştığı zaman tam yanma gerçekleşir. Isıtma amacıyla gaz yakıtlarla çalışan fırın ve ocaklardan yararlanılabileceği gibi termosifon ve şofbenlerde biyogazla çalıştırılarak kullanılabilir.

b) Biyogazın Enerji Amaçlı Kullanılması:Biyogaz hem doğrudan yanma hem de elektrik enerjisine çevrilerek aydınlatmada kullanılabilmektedir. Biyogazın doğrudan aydınlatmada kullanımında sıvılaştırılmış petrol gazları ile çalışan lambalardan yararlanılmaktadır. Bu sistemde aydınlatma alevini arttırmak üzere cam fanus kullanılmaktadır. Cam fanus ışığı sabitleştirdiği gibi çıkan ısıyı geri vererek alevin daha fazla olmasını sağlamaktadır. c) Biyogazın Motorlarda Kullanımı:Biyogaz, benzinle çalışan motorlarda hiçbir katkı maddesine gerek kalmadan doğrudan kullanılabildiği gibi içeriğindeki metan gazı saflaştırılarak da kullanılabilmektedir. Dizel motorlarda kullanılması durumunda belirli oranlarda (% 18-20) motorin ile karıştırılması gerekmektedir. d) Yan Ürün Değerlendirme İmkanları:Biyogaz üretimi sonucu sıvı formda fermente organik gübre elde edilmektedir. Elde edilen gübre tarlaya sıvı olarak uygulanabilir, granül haline getirilebilir ve/veya beton-toprak havuzlarda doğal kurumaya bırakılabilir.

GAZLAŞTIRMA Özellikle gelişmekte olan ülkelerde enerji kaynağı olarak biyokütle kullanımı oldukça yaygındır. Düşük enerji yoğunluğuna sahip ( yaklaşık 16-20 MJ/kg ) ham biyokütle kaynakları direk olarak yakıldığı takdirde, çok düşük randıman sağlar ve iç ve dış mekanlarda yüksek seviyede hava kirliliği oluşmasına neden olur. Bu biyokütleden enerji eldesinde, daha verimli ve modern teknolojiler tercih edilmediğinde ortaya çıkan dezavantajdır. Gazlaştırma 18. yy'ın sonlarından bu yana bilinen bir teknolojidir. Gazlaştırma biyokütleden gaz yakıt elde edilen termokimyasal bir dönüşüm prosesidir. Diğer bir deyişle biyokütle termokimyasal bir dönüşümle gaz yakıta dönüştürülür.

Gazlaştırmanın Avantajları: Biyokütle doğal enerji kaynağı olarak kendini sonsuza kadar yenileyebilecek bir enerji kaynağıdır. Gazlaştırma daha temiz enerji üretebilebilen bir enerji üretim teknolojisidir. Gazlaştırma farklı teknolojiler içinde hammadde karekteristikleri ve emisyon potansiyellerine göre gaz yakıt üretiminde kullanılabilir Fosil kökenli yakıtlar; kükürt dioksit, azot oksitler ve radyoaktif alanlarla atmosfer kirletilirken, direk yakma yerine gazlaştırma kullanımında emisyonlar büyük bir şekilde sıfırlanabilmekte aynı zamanda farklı makinaların ısı ve güç üretiminde kullanılan gazın kalitesi iyileştirilmektedir. Gazlaştırmanın avantajı gaz yakıtı yakmadan önce, içerdiği zararlı maddelerin uzaklaştırılmasıdır.

Gazlaştırmanın Dezavantajları: Biyokütlenin gazlaştırılması ile enerji eldesinde, çevreyi ne kadar güvene alıyorsa da sağlığa zararları açısından dezavantajları vardır. Bu dezavantajlar ise; koku, gürültü, yanma/patlama riski, CO zehirlenmesi, akıt gaz ve pis su çıkışıdır(gazın temizlenme prosesinden kaynaklı). Biyokütle gazlaştırmasında çıkan koku hidrojen sülfür, amonyak ve karbon oksi-sülfid kokularına benzer. Katran da sert bir kokuya sahiptir. Gazdan çıkan koku pis su, katran ve uçuşan küllerden de kaynaklanabilir. Gürültü ise işlem sırasında makinaların çalışmasından kaynaklanır. Sistemden atmosfere sızan gaz yakıt veya duman eğer ortamda ateşleme yapılırsa patlama olabilir. Renksiz ve kokusuz olan karbon monoksit gazı solunduğunda tehlikeli bir toksik etki yaratır.

BİYOKÜTLE’NİN AVANTAJLARI  Hemen hemen her yerde yetiştirilebilir olması Üretim ve çevrim teknolojilerinin iyi bilinmesi. Her ölçekte enerji verimi için uygun olması. Düşük ışık şiddetlerinin yeterli olması. Depolanabilir olması. 5­3-50 °C arasında sıcaklık gerektirmesi. Sosyo­ekonomik gelişmelerde önemli olması Çevre kirliliği oluşturmaması. Sera etkisi oluşturmaması. Asit yağmurlarına yol açmaması.

BİYOKÜTLE’NİN DEZAVANTAJLARI Düşük çevrim verimine sahip. Tarım alanları için rekabet oluşturması.  Su içeriğinin fazla olması.

TÜRKİYE’DE BİYOKÜTLE ENERJİSİ İLE İGİLİ MEVZUATLAR 5346 sayılı “Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı Kullanımına İlişkin Kanun” 10.05.2005 tarihli resmi gazetede yayımlanmıştır. Bu Kanunun amacı; yenilenebilir enerji kaynaklarının elektrik enerjisi üretimi amaçlı kullanımının yaygınlaştırılması, bu kaynakların güvenilir, ekonomik ve kaliteli biçimde ekonomiye kazandırılması, kaynak çeşitliliğinin artırılması, sera gazı emisyonlarının azaltılması, atıkların değerlendirilmesi, çevrenin korunması ve bu amaçların gerçekleştirilmesinde ihtiyaç duyulan imalat sektörünün geliştirilmesidir.

Kanunda yenilenebilir enerji kaynakları (YEK) : Hidrolik, rüzgâr, güneş, jeotermal, biyokütle, biyogaz, dalga, akıntı enerjisi ve gel-git gibi fosil olmayan enerji kaynakları olarak, biyokütle ise organik atıkların yanı sıra bitkisel yağ atıkları, tarımsal hasat artıkları dahil olmak üzere, tarım ve orman ürünlerinden ve bu ürünlerin işlenmesi sonucu ortaya çıkan yan ürünlerden elde edilen katı, sıvı ve gaz halindeki yakıtlar olarak tanımlanmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen elektrik enerjisinin iç piyasada ve uluslararası piyasalarda alım satımında kaynak türünün belirlenmesi ve takibi için üretim lisansı sahibi tüzel kişiye EPDK tarafından "Yenilenebilir Enerji Kaynak Belgesi" (YEK Belgesi) verilir. Orman veya Hazinenin özel mülkiyetinde ya da Devletin hüküm ve tasarrufu altında bulunan her türlü taşınmazın bu Kanun kapsamındaki yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik enerjisi üretimi yapmak amacıyla kullanılması halinde, bu araziler için Çevre ve Orman Bakanlığı veya Maliye Bakanlığı tarafından bedeli karşılığında izin verilir, kiralama yapılır, irtifak hakkı tesis edilir veya kullanma izni verilir.

Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı Kullanımına İlişkin Kanun Yukarıda belirtilen yasal düzenlemede biyokütle, yenilenebilir enerji kaynağı tanımlamasında yer almaktadır. Sadece biyokütle için geçerli herhangi bir yasal düzenleme yoktur. Elektrik Piyasası Lisans Yönetmeliği: Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını artırmayı amaçlamaktadır. Bu bağlamda, yenilenebilir enerji kaynakları ile ilgili olarak bazı teşvikler ve düzenlemeler vardır. Lisans başvuru ücreti indirimi ve lisans ücreti muafiyeti: Yerli doğal kaynaklar ve yenilenebilir enerji kaynaklarına bağlı tesislerin tasarımı için lisans başvurusu ücreti olarak, toplam lisans ücretinin sadece % 1’i ödenecektir. 5627 sayılı “Enerji Verimliliği Kanunu” 18.04.2007 tarihli resmi gazetede yayımlanmıştır. Bu Kanun; enerjinin üretim, iletim, dağıtım ve tüketim aşamalarında, endüstriyel işletmelerde, binalarda, elektrik enerjisi üretim tesislerinde, iletim ve dağıtım şebekeleri ile ulaşımda enerji verimliliğinin artırılmasına ve desteklenmesine, toplum genelinde enerji bilincinin geliştirilmesine, yenilenebilir enerji kaynaklarından yararlanılmasına yönelik uygulanacak usûl ve esasları kapsar.

HAZIRLAYANLAR AYDIN İLAİZ