Biyogaz



Araçlarda kullanılan özel yakıtlar Biyodizel
Biyogaz
Biyoyakıt
Bitkisel yağ yakıtı
Bütanol yakıtı
Etanol yakıtı
Biyogaz terimi temel olarak organik atıklardan kullanılabilir gaz üretilmesini ifade eder. Diğer bir ifade ile Oksijensiz ortamda mikrobiyolojik floranın etkisi altında organik maddenin karbondioksit ve metan gazına dönüştürülmesidir. Biyogaz 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





Kompleks organik maddenin basit maddeye dönüşümü



Biyogaz üç evrede oluşur:

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.



1. 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.



2. Asit Oluşturma Aşaması

Çözünür hale dönüşmüş organik maddeleri asetik asit hidrojen ve karbondioksit gibi küçük yapılı maddelere dönüşür. Bu aşama anaerobik bakteriler ile gerçekleştirilir. Bu bakteriler metan oluşturucu bakterilere uygun ortam oluştururlar.



3. Metan Oluşumu

Bakterilerin asetik asiti parçalayarak veya hidrojen ile karbondioksit senaaai 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 MateryallerBiyogaz üretiminde organik atık



Biyogaz üretimi için kullanılan materyaller organik atıklar ve endüstriyel atıklar olarak üç başlık altında incelenebilir. Bu bağlamda kullanılan materyaller:

Hayvansal atıklarHayvancılık ile elde edilen atıklar
Hayvan gübreleri

Bitkisel atıklarBahçe atıkları
Yemek atıkları

Endüstriyel atıklarZirai atıklar
Orman endüstrisinden elde edilen atıklar
Deri ve tekstil endüstrisinden ele edilen atıklar
Kağıt endüstrisinden elde edilen atıklar
Gıda endüstrisi atıkları
Sebze 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 imkânı vardır. Bu çerçevede Türkiye'de İzmir Büyükşehir Belediyesi'nin Büyük Kanal Projesi çerçevesinde yaptığı bazı çalışmalar bulunmaktadır.



Biyogaz Üretimini Etkileyen Faktörler





Biyogaz boruları



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 değerlerdir.Anaerobik şartlarda fermantasyon işlemi devam ederken 7-7.5 arasında değişir. pH değerinin 6.7 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 kullanılabilmektedir. Bu kimyasallardan bir tanesi sönmüş kireç olarak bilinen kalsiyum hidrooksittir.



Toksisite'nin Biyogaz Üretimine Etkileri


Mineral iyonları 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 Oranının 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 Hızının 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.

Mesofilik şartlarda çalışan reaktörler için optimum organik yükleme hızı





Biyoreaktörler





Biyogaz deposu



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 gerekmektedir. Türkiye'de bu konuda yeterli bilgiye sahip kişilerin bulunması hususunda sorunlar bulunmaktadır.



Dünya'da Biyogaz

Dünyada biyogaz üretim ve kullanımı giderek gelişmektedir. Hayvan gübresinden elde edilen biyogazın tesis oranları dikkate alınırsa dünyadaki tesislerin %80'i Çin'de %10'u Hindistan'da 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 2200 tesise kadar artmıştır.



Biyogazın Kullanım Alanları





Biyogaz ile çalışan otobüs / Bern İsviçre



Biyogaz doğalgazın kullanım alanlarıyla parelel olarak kullanılabilen bir enerji kaynağıdır. Biyogaz 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.