Hakkı Gökhan ELÜSTÜN
Uzman
Yeşil Büyüme Politikaları Birimi
gokhan.elustun@izka.org.tr

Biyogaz, organik artıkların oksijensiz ortamda fermantasyonu sonucu ortaya çıkan renksiz, kokusuz, havadan hafif ve muhtelif oranlarda metan, karbondioksit, hidrojen sülfür, azot, su buharı ve hidrojen içeren bir gaz karışımdır.

Biyogaz enerjisinin kaynağı aslında hayvan ve bitki bünyelerinde biriken güneş enerjisidir. Havasız koşullar ve sıcaklık sağlandığında da bu enerji biyogaz olarak açığa çıkar. Doğalgazla büyük benzerlik gösterir ama doğalgazla arasındaki en büyük fark, biyogazın doğalgaza göre yenilenebilir bir enerji türü olması ve üretildikten sonra geriye organik açıdan zengin gübre kalmasıdır. Bu gübre de tarımsal üretimde doğrudan kullanılabilmektedir.^[1]

Biyogazın etkin kullanımı için tasarlanan birkaç sistem vardır. Her model girdi, çıktı, boyut ve türüne bağlı olarak farklılık gösterse de, organik atıkları biyogaza dönüştüren biyolojik süreç her zaman aynıdır. Söz konusu süreci basit bir şekilde özetlemek gerekirse; atık havuzunda toplanan organik materyaller (biyokütle) öncelikle homojen olarak karıştırılır, parçalanır ve böylece üzerinde bakteri oluşumu sağlanır. Biyokütle buradan hava geçirmeyen ön fermantasyon tankına alınır, karıştırılıp sıkıştırılarak ön fermantasyona uğrar ve daha sonra ana fermantasyon tankına (reaktöre) gönderilir. Atıklar, reaktör içinde bakterilerin ürettiği enzimlerle parçalanır ve sonunda metanojenik bakteriler tarafından biyogaz üretilir.

Oluşan biyogaz reaktörün çatısında birikir. Çatıda biriken biyogazın içerisindeki metan gazının yüzdesini arttırmak gereklidir. Bu kapsamda öncelikle reaktör çıkışında biyogazın nemi alınır, daha sonra içindeki hidrojen sülfür ayrıştırılır. Biyogazdaki hidrojen sülfürün, sistemin metal aksamlarında korozyona sebep olması nedeniyle giderilmesi mutlaka gereklidir.

Hidrojen sülfürden ayrıştırılan biyogaz, sonraki aşamada gaz yıkama ünitesine gönderilerek içindeki CO₂‘ten arındırılır. Tüm bu işlemler neticesinde %97-98 oranında metan içeren biyogaz elde edilir.

Gaz yıkama ünitesinden çıkan biyogaz özel kompresörler vasıtasıyla enerji üretmek için gaz tankına gönderilir. İçten yanmalı motorlar veya gaz türbinleri ile elektrik ve ısı enerjisine çevrilir.  Biyogaz santrallerinde enerji üretimi ısı ve elektrik enerjisinin aynı anda üretilebildiği kojenerasyon sistemiyle sağlanır. 

Tüm bu işlemler sonucunda reaktör dibinde biriken atıklar ayırıcılardan geçirilerek sıvı ve katı gübre olarak tarım arazilerine gönderilmeye hazır hale getirilir. Biyogazın atığının da kullanıma hazır hale getirilmesi ile sistem çevrimi tamamlanır.^[2]

Biyogaz üretiminde dikkat edilmesi hususlar mevcuttur: ^[3]

• Fermantörde (üretim tankı-sindireç) kesinlikle oksijen bulunmamalı,
•  Antibiyotik almış hayvansal atıklar ve deterjanlı organik atıklar üretim tankına alınmamalı,
• Ortamda yeni bakteri oluşturulması ve büyümesi için yeterli miktarda azot bulunmalı,
• Üretim tankında asitlik derecesi (Ph) 7,0-7,6 arasında olmalı,
• Fermantör sıcaklığı 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.

Türkiye ve İzmir’de Biyogaz:

2016 sonu itibariyle Türkiye’nin kurulu biyogaz gücü 503,14 MW ile toplam kurulu gücün %0,6’sını oluştururken, bu alanda yapılan yatırımların artması ile kurulu biyogaz gücü 2020 sonunda 1115,6 MW’a ve kurulu güçteki payı %1,2 ‘ye ulaşmıştır. ^[4] Türkiye’de hali hazırda üretim yapan 275 adet biyogaz santrali bulunmaktadır.

İzmir‘de faaliyette bulunan 5 adet biyogaz tesisinin kurulu gücü toplamda 32 MW’tır. Faaliyet gösteren 5 santralden 4’ü proseste ana hammadde kaynağı olarak, bölge çiftliklerinden sağlanan hayvansal atıkları kullanırken, İzmir Harmandalı biyogaz tesisi (Kapasite: 15 MW) ise atık depolama sahasındaki organik atıkları enerjiye çevirmektedir. Tamamlandığında 6 MW kurulu güce sahip olacak Halilbeyli Biyogaz Enerji Santrali ise yapım aşamasındadır. ^[5]

İzmir’in Hayvansal Atık Kaynaklı Biyogaz Potansiyeli:

Hayvancılığın ülkemizde oldukça yaygın olması nedeniyle hammadde kaynağına düzenli ve sistemli bir şekilde erişilebilmesi, biyogaz üretiminde hayvansal atık kullanımını ön plana çıkarmaktadır. Bununla beraber biyogaz üretimi ile hayvansal atıkların yarattığı çevresel etkilerin bertaraf edilebilmesi ve üretim prosesi tamamlandığında tarımda doğrudan kullanılabilecek hazır gübre elde edilmesi de hayvansal atık kullanımını önemli hale getirmektedir. Bu kapsamda, hayvan yoğunluğunun yüksek olduğu ve büyük ölçekli hayvan çiftliklerinin bulunduğu bölgelerde biyogaz santrali kurulması hem ekonomik hem de ekolojik olarak büyük faydalar sağlayacaktır.

İl Tarım ve Orman Müdürlüğü’nün 2019 yılı verilerine göre, İzmir sınırları içerisinde 34,867 büyükbaş, 16.298 küçükbaş ve 447 kümes hayvanı işletmesinde toplam 780.151 büyükbaş, 913.683 küçükbaş ve 21.902.839 kümes hayvanı mevcuttur. Ülkemizdeki büyükbaş hayvan varlığının yaklaşık %4,3’ü, küçükbaş hayvan varlığının yaklaşık %2’si ve kümes hayvanı varlığının ise %6,3’ü İzmir’dedir.^[6] Mevcut veriler göstermektedir ki İzmir, hayvansal atıktan biyogaz, elektrik ve gübre üretimi konusunda büyük bir potansiyeli bulundurmaktadır.

Hayvan sayılarına ait toplam yaş atık miktarı ve söz konusu atıklardan ne kadar biyogaz üretilebileceğini hesaplamak için, Tablo 2. ‘de sunulan bir takım kabul ve teknik verilere ihtiyaç vardır.

Söz konusu veriler ışığında İzmir’deki çiftlik hayvanlarından elde edilebilecek toplam gübre miktarı (TGM) ise aşağıdaki formül vasıtası ile hesaplanabilir.

TGM= HS x EEO x YGM x 365 / 1000

• TGM: Bir yılda hayvanlardan elde edilebilecek toplam yaş gübre miktarını,
• HS: İl genelindeki toplam hayvan sayısını,
• EEO: Hayvan türüne göre elde edilebilecek yaş gübre oranını,
• YGM: Bir günde bir hayvan tarafından üretilen yaş gübre miktarını, göstermektedir.

Bu kapsamda; hayvan cinslerine göre elde edilebilir toplam yaş gübre miktarları hesaplanmış ve Tablo 3’te sunulmuştur.

Tablo 2.’deki kabul ve teknik veriler ışığında toplam biyogaz potansiyeli ve bu gazın ısıl, elektriksel ve TEP eşdeğerleri hesaplanarak Tablo 4.’te sunulmuştur.

Hayvan türüne göre biyogaz üretim miktarını incelediğimizde; İzmir’deki hayvansal kaynaklı biyogaz potansiyelinin %71’ini büyükbaş hayvanlar, %25’ini kümes hayvanları, %4’ünü de küçükbaş hayvanlar oluşturmaktadır.

Tüm bu hesaplamalar göstermektedir ki; İzmir, sadece hayvansal kaynaklı atıklardan 1.003.175,50 MWh/yıl elektrik enerjisi üretim potansiyeline sahiptir. Bir elektrik santralinin yılda ortalama 8.000 saat çalışacağı varsayımından^[10] hareket edildiğinde, İzmir’de toplam 125,4 MW’lık bir biyogaz santrali kurulum potansiyeli mevcuttur. Faaliyette bulunan ve inşa edilen biyogaz santralleri ise bu potansiyelin sadece %18’lik kısmını karşılamaktadır. Ayrıca santrallerdeki prosesler neticesinde arazilerde kullanıma hazır yaklaşık 910.000 ton/yıl gübre elde edilebilir.

Sonuç olarak İzmir’in hayvansal atıklardan biyogaz üretim potansiyelinin değerlendirilmesi, ülkemizin enerjide dışa bağımlılığını azaltacağı gibi yaratacağı istihdam ile ülke ekonomisine kayda değer bir katkı sağlayacaktır. Ayrıca hayvansal atıkların çevresel sorun olduğu düşünüldüğünde biyogaz santral yatırımlarının bu sorunun da çözümüne büyük katkı sağlayacağı da aşikârdır.

Kaynakça:

1. Mühendisbeyinler
2. Mühendisbeyinler
3. Norm Enerji
4. Enerji Piyasası Denetleme Kurulu Aylık Raporları
5. Biyogazder
6. İl Tarım ve Orman Müdürlüğü
7. Ekinci, K., Külcü, Kaya, R.D., Yaldız, O., Ertekin, C. & Öztürk, H.H. (2010). The Prospective Of Potential Biogas Plants That Can Utilize Animal Manure İn Turkey. Energy Exploration & Exploitation, 28(3), 187-206.
8. Bond, T. & Templeton, M.R. (2011). History And Future Of Domestic Biogas Plants İn The Developing World. Energy Sustainable Development, 15(4), 347–354.
9. Başçetinçelik, A., Öztürk, H.H., Karaca, C., Kaçıra, M., Ekinci, K., Kaya, D., Baban, A., Güneş, K., Komitti, N., Barnes, I. & Nieminen, M. (2003). A Guide on Exploitation of Agricultural Residues in Turkey. LIFE03TCY/TR/000061, ANNEX 14 Final Report. Bayrak Işık, E.H
10. Dergipark