Biyogaz ile Değer Kazanan Organik Atıklar

Günümüzde birçok enerji kaynağı kullanılmaktadır. Fakat kullanılan enerji kaynaklarının büyük çoğunluğu dünyaya zarar vermektedir. Her gün ışığı açmak için anahtara bastığımızda, yemek yapmak için ocağı açtığımızda ya da bir yere ulaşmak için fosil yakıtlar kullanan araçlara bindiğimizde, bu sayılan unsurların tümünün bizim hiç görmediğimiz canlılara ne gibi zararı dokunabileceğini hiç aklımızdan geçiriyor muyuz ? Doğaya zararı minimuma indirebilen yeni enerji kaynaklarına yönelmekle ne kaybederiz. Hayatımızı kolaylaştıran unsurların, hayatımızı kolaylaştırmanın yanında bize dünyanın zarar göreceği, dünya üstünde ki yaşamların kötü etkileneceği geri dönüşü yapmasına ne gerek var ? Bu yüzden günümüz de kullanımı en yaygın olan enerji kaynaklarının yerine organik atıklarımızın çevreye zarar vermeden yenilenebilir bir enerji kaynağına dönüşümü biyogazdan bahsetmek istiyorum.

(1) Biyogaz nedir ?

Biyogaz genellikle hayvansal, bitkisel, evsel ve endüstriyel atıkların havasız bir ortamda fermantasyonu sonucu elde edilen, yapısında büyük oranlarda metan ve karbondioksit gazı bulunan yanıcı bir gazdır.

(2) Biyogaz nasıl üretilir ?

Biyogaz üretimi, karmaşık ve değişik görevlere sahip olan mikroorganizmaların bulunduğu kompleks bir biyokimyasal işlemdir. Bu işlemde önemli bir rol oynayan bakteriler asit ve metan bakterileri olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır. Asit bakterileri asit üretirlerken, metan bakterileri ise üretlen asitleri kullanırlar. Asit bakterileri bütirik ve propiyonik asit üretenler ile asetik asit üretenler, metan bakterileri ise asetik asit kullananlar ile hidrojen kullananlar şeklinde kendi aralarında alt gruplara ayrılmaktadırlar. Organik maddelerin havasız ortamda ayrışması en genel halde hidroliz safhası, asit üretimi safhası ve metan üretimi olmak üzere üç safhalı bir proses halinde ele alınabilir.

Biyogaz, arıtıldıktan ve kalitesi iyileştirildikten sonra doğalgazın yerine kullanılabilir. Anaerobik fermantasyon sonucunda oluşan biyogazın içerisinde; CH4 gazından sonra, hacimsel olarak en fazla yüzdeyi CO2 oluşturmaktadır. Bu enerji seyreltici gaz üretilen biyogazın içerisinden ayrıştırıldığı takdirde, CH4 yüzdesi artacaktır ve buna bağlı olarak elde edilmiş biyogazın ısıl değeri artmış olacaktır.

1m3 biyogaz, 2148 MJ/kg ısıl değeri ile 0,56 kg fuel oil, 0,46 kg sıvılaştırılmış petrol gazı ve 0,62 m3 doğalgazın karşıladığı ısıl değere eşit enerji üretebilir.

(3) Biyogazın kullanım alanları nelerdir ?

Biyogazın enerji kaynağı olarak kullanılması bileşimindeki metan ve karbondioksit içeriğine bağlı olarak değişmektedir. Biyogazın ısıl değeri içeriğindeki metanın yüzde oranına bağlı olmakta ve karbon dioksitin ısıl değere bir katkısı olmadığı gibi yanma sonucu açığa çıkan enerjinin bir kısmı CO2’in ısı kapasitesine bağlı olarak CO2’in ısınma ısısı olarak kaybolmaktadır. % 99 CH4 içeren biyogazın ısıl değeri 37,3 MJ/m3 iken %65 CH4 içeren biyogazın ısıl değeri 24,0 MJ/m3 olarak değişmektedir. Bu özellikleri ile biyogaz metan içeriğine göre evlerde mutfak, aydınlatma, doğal gaz ve araçlarda yakıt olarak kullanılmaktadır. Biyogaz, diğer yakıtlarla karşılaştırıldığında temiz bir yakıt olduğu ve doğalgaz yakma sistemlerinde kullanılabilecek seviyededir. Son yıllarda biyogazla ilgili yapılan çalışmalar, biyogazdan elde edilecek enerjinin arttırılması ve değerlendirilmesi yönünde yapılmaktadır. Bu amaçla biyogazdaki CO2’nin giderilerek metan içeriğinin artırılmasına çalışılmaktadır. Bu gerçekleştirildiği takdirde biyogazın çeşitli motorlarda yakıt olarak kullanılması söz konusudur. Biyogaz üretiminin temel amacı, çevreye zarar vermeden ısı ve elektrik enerjisi elde etmektir. Ayrıca önemli olan diğer bir amacı da organik atıkların kontrollü koşullarda depolanmasının sağlanması, arıtma etkisinin bulunması, organik atıklardan kaynaklanan koku sorununu ve zararlı patojenlerin giderilmesini büyük ölçüde çözmesi ayrıca tarımda organik gübre kullanımını kolaylaştırabilmesidir.

Biyogaz diğer yanıcı gazların kullanıldığı bütün yerlerde kullanılabilir. Biyogaz hava ile 1/20 oranında karıştırılırsa yüksek patlama meydana gelir. Biyogaz kullanılan cihazın ayarlarının iyi olması gereklidir. Radyant sobalarda, seramik kütle 600 – 800 0C’de ısı yaymaya başlar. Bu ısıtıcılarda verim % 95 civarındadır. Bu ısıtıcıların çalışma basıncı 20-80 Mbar arasındadır ve biyogaz tüketimleri yaklaşık saatte 200-300 litredir. Biyogazın ısıtma cihazlarında kullanımı, diğer alanlarda kullanımlarına göre daha verimlidir.

Biyogaz ile çalışan elektrik jeneratörlerinde, kullanılan yakıtın enerjisinin yaklaşık % 75’i sistemden atık ısı olarak kaybedilmektedir. Bu atık ısının da kullanılabildiği modern kojenerasyon sistemlerinde, toplam sistem verimi yaklaşık olarak % 85-90 olarak gerçekleşmektedir. Elektrik çevrim veriminin % 36 gibi yüksek, yakma veriminin de % 80 alındığı ayrık sistemlerle karşılaştırıldığında, elektrik çevrim verimi % 30, ısıl çevrim verimi % 55 olan kojenerasyon sistemlerinin toplam verimi, % 58’den % 85’e kadar çıkarılabilmektedir.

Biyogazın gerekli dönüşümler yapıldığında birçok günlük kullanılan ev aletine dönüşümü mümkündür.

Petrol ürünleriyle çalışan tüm içten yanmalı motorlarda biyogaz kullanılabilir. Birçok ülkede otobüslerde ve diğer taşıma araçlarında dizel motor yakıtlarına alternatif yakıt ve çevre dostu olarak görülmektedir. Biyogazın kullanıldığı motorların gürültü seviyesi dizel yakıtı kullanılan motorların gürültü seviyesinden düşük olup ayrıca egzoz gazı emisyonları ve NOx emisyonu dizel motorların egzoz gazı emisyonundan daha düşüktür. İçten yanmalı motorlarda, vuruntulu yanma olarak tanımlanan basınç artışlarının azaltılması için benzin ve dizel gibi sıvı yakıtları kalitelerine göre sınıflandırmak ve vuruntu eğilimini belirlemek için başvurulan oktan ve setan sayıları yanında, gaz yakıtlarda da metan sayısı kullanılmaktadır (Jewell vd., 1986). Metan ve biyogaz vuruntuya karşı dirençlidir. Metanın oktan sayısı 120’dir. İçerdiği CO2 nedeniyle biyogazın ise 100’ün biraz üzerindedir ve yüksek sıkıştırma oranlarında çalışabilir. Benzinde bu oran 89-98 arasında değişmektedir. Düzgün ekipmanların kullanılması ve yakıt-hava karışımının doğru olarak ayarlanması durumunda, biyogaz kullanımı motorun aşınmasını ve bakım giderlerini diğer konvansiyonel sıvı yakıtlara göre düşürmektedir. Biyogazın içten yanmalı motorlarda yakıt olarak kullanımındaki avantajlar, tam yanma, yağlama yağlarının özelliklerini bozmama ve vuruntuya neden olmamasıdır. Biyogaz içten yanmalı motorlarda kullanıldığında elektrik elde edilebildiği gibi, su pompalama gibi sistemlerde de mekanik tahrik olarak kullanılabilir. Fakat motorların biyogaz sistemine uzak kalması ve sistemlerde kullanılan gaz depolama ünitelerinin küçük olması bu kullanımı zorlaştırmaktadır. İçten yanmalı motorlarda 1 kWh enerji için yaklaşık 0,45-0,8 m3 biyogaza ihtiyaç vardır. Biyogazın yakıt olarak yüksek basınçta depolandığı ve içten yanmalı motorlarda kullanıldığı uygulamalarda, güvenlik nedeniyle sistemde emniyet vanası, hızlı kapama vanası, çift cidarlı gaz borusu, ek pompa muhafazası, gaz kontrol pompası ve gaz vanası kullanılmalıdır. Taşımacılıkta biyogazın yakıt olarak kullanımı, İsveç şartlarında araştırılmış ve özellikle kırsal kesim için ekonomik olarak diğer yakıtlara alternatif olabileceği bulunmuştur.

Biyogaz üretiminin temel amacı, çevreye zarar vermeden ısı ve elektrik enerjisi üretimektir. Ayrıca önemli bir diğer amacı da organik atıkların kontrollü koşullarda depolanmasının sağlanması, arıtma etkisinin bulunması, organik atıklardan kaynaklanan koku sorununu büyük ölçüde çözmesi ve tarımda organik gübre kullanımını kolaylaştırmasıdır. Fermente olmuş gübrenin fermente olmamışa göre, yetiştirilen bitki türü ve toprak özelliklerine de bağlı olarak, ürün veriminin % 10–30 oranında artırdığı rapor edilmiştir. Hindistan’da fermente gübrenin kullanımı kimyasal gübre kullanımını % 30-35 oranında düşürmüştür.

(4) Sonuç

Yenilenebilir enerji kaynağı olmayan, hava kirliliğine neden olan ve hidrokarbon içeren fosil yakıtların (kömür, petrol, doğalgaz vb.) enerji kaynaklarının gittikçe azalması hatta bitme noktasına ulaşmasından dolayı, yenilenebilir enerji kaynaklarına (güneş, rüzgâr, jeotermal, biyokütle vb.) olan ihtiyacı arttırmış ve üretim teknolojilerini geliştirmek için zorunluluk haline gelmiştir. Hayvansal, bitkisel, organik içerikli şehir ve endüstriyel atıklardan elde edilen biyogazın üretimi ile enerji elde etmenin yanı sıra ortaya çıkan atıklar tarlalarda kullanılmak üzere iyi bir organik gübreye dönüşmektedir. Ayrıca elde edilen biyogazın içerisinde %20-45 miktarında bulunan ve enerji seyreltici olan CO2 gazının ayrıştırılmasıyla biyogaz taşıtlarda yakıt olarak kullanılabilmekte, doğal gaz ile belli oranlarda karıştırılıp kullanılabilmekte, ısı ve elektrik üretiminde kullanılabilmektedir.

(5) Kaynaklar ve İleri Okuma

Halis DEVİREN, Cumali İLKILIÇ, Selman AYDIN, ”Biyogaz Üretiminde Kullanılabilen Materyaller ve Biyogazın Kullanım Alanları” , Batman Üniversitesi Yaşam Bilimleri Dergisi, Cilt 7 Sayı 2/2 (2017).