Biyokütle enerjisi

Biyokütle yeşil bitkilerin güneş enerjisini fotosentez yolu ile kimyasal enerjiye dönüştürerek depolaması sonucu meydana gelen biyolojik kütle ve buna bağlı organik Madde kaynakları olarak tanımlanmaktadır. Karbon içeren organik maddeler oksijenle reaksiyona girdiklerinde ısı açığa çıkartırlar. Şekil 6.1'de doğal biyokütle çevrimi görülmektedir.

Biosferdeki kuru maddenin biyokütlesel çevrimi yaklaşık 250X109 ton/yıl olup bunun karbon miktarı 100X109 ton/yıl 'dır. Enerji içeriği ise 2X1021 J/yıl (0.7 X 1014 W)' dır [Twidell, 1990]. Üretilen toplam biyokütlenin ağırlıkça %0.5 'i insan yiyeceğinden sağlanmaktadır.
Organik madde ihtiva eden artıkların mikrobiyolojik yönden değerlendirilmesi hem çevre kirliliğine yol açmaması hem de temiz enerji üretimi sağlaması bakımından önem taşımaktadır. Özellikte gelişmekte olan ülkelerde kullanımı en yaygın olan kaynak biyokütledir. Dünya enerji tüketiminin yaklaşık % 15’i, gelişmekte olan ülkelerde ise enerji tüketiminin yaklaşık %43’ü biyokütleden sağlanmaktadır. Biyokütle her yerde yetiştirebilmesi, çevre korunmasına katkısı, elektrik üretimi, kimyasal madde ve özellikle taşıtlar için yakıt olabilmesi nedeni ile stratejik bir enerji kaynağı olarak sayılmaktadır. Biyokütle kaynakları arasında yer alan odun, hayvan ve bitki artıkları ülkemizde uzun yıllardan beri (özellikle kırsal kesimdeki konutlarda) alan ısıtma ve yemek pişirme amaçlı olarak kullanılmaktadır. Bu geleneksel enerji kaynağı konutlardaki enerji tüketiminin % 40 kadarını oluşturmaktadır.

6.2 Biyokütle kaynakları
Enerji üretiminde kullanılabilecek biyokütle kaynaklarını bitkisel kaynaklar hayvansal atıklar şehir ve endüstri atıkları şeklinde sınıflandırabiliriz.

(a) Bitkisel kaynaklar
Bitkisel kaynaklar olarak orman ürünlerini 5-10 yıl arasında büyüyen Ağaç türlerini içeren enerji ormanlarını bazı su otlarını algleri ve enerji (C4) bitkilerini sayabiliriz. Enerji bitkileri olan tatlı sorghum, şeker kamışı, mısır gibi bitkiler diğer bitkilere göre CO2 ve suyu daha iyi kullanmakta, kuraklığa karşı daha dayanıklı olmakta ve fotosentetik verimleri daha yüksek bulunmaktadır. Bu bitkilerden alkol ve değişik yakıtlar üretilmektedir. Türkiye’de bitki artıkları, fındık ve ceviz kabuğu, prina, ayçiçeği kabuğu, çiğit ve mısır gibi artıklar enerji amacıyla değerlendirilmektedir. Kuru biyokütlenin ısıl değeri 3800-4300 kcal/kg arasında değişmektedir.

Biyokütleden yakma yolu ile enerji elde edilmesinde yanma verimi orta kaliteli bir kömüre eşittir. Biyokütlenin çoğu kömürden daha az miktarda kül ve kükürt içermektedir. Biyokütlenin enerji üretimi amacıyla geniş oranda kullanımını engelleyen bazı problemler vardır. Bunlar biyokütle kaynağının yoğunluğu nedeni ile nakliye ve depolama maliyeti ve bu mahsullerin hektar başına verimliliğinin düşük olmasıdır. Türkiye’de odun ve bitki artıkları yıllardır ısınma amaçlı olarak kullanılmaktadır.1997 yılı sonuçlarına göre birincil enerji kaynaklarının toplam enerji tüketimi içindeki odunun payı % 8.1 iken hayvan ve bitki artıklarının payı % 2.3 ile sınırlı kalmıştır. Odunun

(odun ve benzeri selüloz ihtiva eden maddelerin) biyokütle kaynağı olarak değerlendirilmesinde izlenen yollardan birisi oksijensiz ortamda ve yüksek sıcaklıklarda (350-800°C) piroliz yapmaktır. Piroliz sırasında odun kömürü ile birlikte asetik ve formik asit metonol, aseton ve formaldehit gibi ürünler de elde edilmektedir. Hızlı ve verimli bir piroliz için odunun tamamen kurutulması ve 150-200°C’a kadar ön ısıtmaya tabi tutulması gerekmektedir. Katı yüzdesi fazla olan atıklardan piroliz ile gaz yakıt ve aktif karbon üretimi yapılmaktadır.

Bitkisel kaynaklı biyokütleden elde edilen etil alkol ve metil alkol alternatif yakıt çeşitleri olarak özellikle gelişmekte olan ülkelerde, petrol ürünleri yerine kullanılmaya başlamıştır. Metil alkolün üretimi ve kullanılmasında bazı sorunlar olduğu için etil alkol tercih edilmektedir. Etil alkol alkollü içkilerde, kimya sanayiinde, fuel-oil yanında kazan yakıtı ve ya benzin yakıtı olarak kullanılmaktadır. Etonal üç farklı biyokütleden üretilmektedir.
Şekerli karbonatlardan (şeker kamışı melas sorgum )

Nişastalar (mısır,patates
Selülozlu bitkiler(odun zirai artıklar)
Şekerli karbonhidratlarından etonal üretiminde karbonhidratın basit şeker formunda ve fermente edilebilir durumda olması ve elde edilen artık elyaf veya küspenin tekrar süreç içersinde enerji hammaddesi olarak kullanılabilmesi gerekmektedir. Nişastalar ise daha kompleks yapıya sahip olmalarından dolayı şekerleşme süreci ile ihtiva ettikleri karbonhidratlar basit şeker formuna dönüşmektedir. Bu ilave bir sürece ihtiyaç duyduğundan yatırım ve işletme masraflarını artırmaktadır. Selülozlu bitkilerin ihtiva ettikleri karbonhidratlar gerek moleküler yapı ve gerekse fermente edilebilir şekere dönüşüm süreçleri açısından önceki gruplara nazaran daha karmaşık yapıya sahip olduğundan alkol dönüşüm verimleri düşüktür. Etanolun otomobil yakıtı olarak en yaygın kullanıldığı ülke Brezilyadır. Etanol, şeker kamışından fermantasyon ve damıtma sonucunda % 94-96 saf alkol alınacak şekilde üretilmektedir. Biyokütle kökenli sentetik akaryakıt kapsamında yer alan alkol karışımlı benzin ve bitkisel yağ karışımlı motorin dışında, bazı enerji bitkilerinden elde edilen yağlar dizel yakıtı yerine kullanılabilmektedir.

(b) Hayvansal Atıklar
Hayvansal gübrenin samanla karıştırılıp kurutulması suretiyle elde edilen tezeğin köylerde yakıt olarak kullanımı oldukça yaygındır. Hayvansal gübrenin oksijensiz ortamda fermantasyonu ile üretilen biogazın dünyada kullanımı da oldukça yaygındır. Herhangi bir atıktan :-):-):-):-)n meydana gelişi, bakteriler tarafından iki kademede gerçekleştirilir. Önce kompleks organikler, asit bakterileri tarafından uçucu yağlı asitlere dönüştürülür. Sonra üreyen asitler :-):-):-):-)n bakterileri tarafından :-):-):-):-)n haline getirilir. Elde edilen gaz % 55-70 :-):-):-):-)n, %30-45 karbondioksit, az miktarda hidrojen sülfür ve su bileşimine sahiptir. Biyogazın ısıl değeri, karışımdaki :-):-):-):-)n yüzdesine bağlı olarak 1900 ile 27500 kJ/m3 arasında değişmektedir. Biyogaz üretiminde genel olarak kesikli besleme metodunda, fermantasyon tankına taze çiftlik gübresi verilir. Ve tank hava almayacak şekilde kapatılır.

Gübrenin havasız ortamda fermantasyonu sonunda meydana gelen biyogaz, bir boru ile gazometre denilen ikinci bir kapta toplanır. Kesikli besleme yönteminde tanka ilk gübre beslemenin yapılmasından yaklaşık 15 gün sonra biyogaz üretimi başlamakta ve gazın sürekliliği 60 gün sürmekte, bu sürenin sonunda gaz verimi düşmektedir. Bu durumda fermantasyon tankı boşaltılarak tekrar taze çiftlik gübresi doldurulur. Biyogaz üretiminden sonra elde edilen fermente gübrenin, fermente olmamış gübreye oranla %20-25 daha verimli olduğu belirtilmektedir. Ülkemizde biyogaz üretim potansiyeli 2.8 – 3.9 milyar m3 olarak belirlenmiştir. Şekil 6.2.'de iki farklı biyogaz üretim sistemi verilmiştir.