Biyolojik kaynaklardan elde edilen malzemelerle sağlanan yenilenebilir enerjiye “biyoenerji” denir. Biyokütle, güneş ışığını kimyasal enerji biçiminde depo eden herhangi bir organik malzemedir. Yakıt olarak odun, odun atıkları, saman, şeker kamışı, gübre ve çeşitli tarımsal işlemlerden elde edilen diğer ürünleri de içerebilir.
Biyoenerji kullanımı “modern” ve “geleneksel” olmak üzere iki kategoriye ayrılır. Geleneksel kullanım, hayvan atığı, odun ve geleneksel kömür gibi şekillerdeki biyokütlenin yanmasını ifade eder. Modern biyoenerji teknolojileri, bitkilerden üretilen sıvı biyo-yakıtlar, biyo-rafineriler, kalıntıların sindirimi yoluyla üreyen biyogaz, odun pelet ısıtma sistemleri ve diğer teknolojilerdir.
Biyokütle enerjisi organik malzemelerden elde edilen bir yakıt çeşididir. Yenilenebilir enerji kaynakları bakımından çok önemli bir yere sahiptir. Bitkiler, algler, otlar, yosunlar, gübre ve sanayi atıkları gibi her çeşit organik atıktan elde edilebilir. Evsel atıklarımız da biyokütle enerjisinin kaynaklarından olabilir. Özetle biyokütle için doğal malzemelerden açığa çıkan bir enerji kaynağı diyebiliriz. Tükenmeyen bir kaynak olması, her yerden elde edilebilmesi, özellikle kırsal alanlarda sosyo-ekonomik gelişmelere katkı sağlaması amacıyla biyokütle enerjisi uygun ve önemli bir enerji kaynağı olarak görülmektedir.
Katı biyokütle için genellikle hayvancılık, tarım ve ormancılık gibi işlemlerin bir kalıntısı, yan ürünü veya atık ürünü olmasının avantaj sağladığından söz edebiliriz. Biyokütle, metan gazı gibi kullanılabilir enerji biçimlerine veya etanol, biyodizel gibi nakliye yakıtlarına dönüştürülebilir.
Besin zincirinin üretici basamağından başlayıp son tüketici basamağına kadar olan dikey dizilimine “besin piramidi” denir. Besin piramidindeki her basamakta canlıların toplam ağırlığı biyokütleyi oluşturur. Besin piramidinde en fazla biyokütleye sahip olan canlı grubu üreticilerdir ve genelde üreticilerden tüketicilere gidildikçe biyokütle azalır. Çünkü enerji çevrimi en uzun süren grup, en üst basamaktaki gruptur. Bu sebeple enerji birikimi de en fazla üretici basamağında gerçekleşir. Üreticilerden yukarı doğru çıkıldıkça her basamakta besin enerjisinin sadece %10’u aktarılabilir.
Bunun nedenleri:
Dünyadaki nüfus artışı ve teknolojinin gelişimi sebebiyle enerjiye olan gereksinim zamanla artmaktadır. Ülkelerin %80’i enerji gereksinimlerini fosil yakıtlardan karşılamaktadır. Fosil yakıtlar yenilenemeyen ve yakılması sonucunda doğaya zararlı gaz salınımı yaparak zarar veren enerji kaynaklarıdır. Bu durum insanları yenilenebilir ve zararsız enerji kaynakları bulmaya yöneltmiştir. Bu enerji kaynaklarından biri de biyokütledir.
Biyokütle, fotosentez yardımıyla güneş enerjisini depolayan bir bitkisel organizmadır. Biyokütleler endüstriyel anlamda biyolojik maddelerden yakıt elde etme veya başka endüstriyel amaçlar da taşıyabilir. Çoğunlukla biyoyakıt elde etmek için yetiştirilen bitkiler ve ısı, lif ve kimyasal elde etmek için kullanılan bitkisel ve hayvansal ürünleri ifade eder. Biyokütle, yakıt olarak yakılabilen organik atıkları da kapsar. Genellikle kuru ağırlığı baz alınarak ölçülür.
Sürdürülebilir ve yenilenebilir enerji kaynağı olan biyokütle enerjisi, özellikle mahsul kalıntıları, orman ürünleri, su bitkileri, ticari veya evsel atıklar bu sistemin çalışması için yakıt olarak kullanılabilmektedir. Hatta günlük yaşam içerisinde oluşan çöpler bile biyokütle enerjisi elde etmek adına yakıt olarak değerlendirilebilmektedir.
Biyokütlenin birincil, ikincil ve üçüncül kaynaklardan sağlanabilen farklı çeşitleri bulunmaktadır. Bu kaynak çeşitlendirmesini şöyle özetleyebiliriz:
Şeker kamışı, papatya, şeker pancarı, mısır, soya fasulyesi, dallı darı, keten tohumu, ayçiçeği, kolza gibi pek çok değişik bitki debiyokütle elde etmek üzere yetiştirilebilir. Küresel ısınma ile mücadele, petrol bağımlılığını azaltma gibi birçok problemin çözümünde yenilenebilir yakıtların önemi büyüktür. Bu sebeple biyokütle üretimi giderek büyüyen bir endüstri haline gelmiştir.
Biyoyakıtların içerisinde yer alan karbon, havadaki karbondioksiti bitkilerin parçalaması sonucu elde edildiğinden biyoyakıtların yakılması, atmosferde karbondioksit artışına sebep olmaz. Bu nedenle, atmosferdeki karbondioksit oranının artışına engel olabilmek amacıyla günümüzde pek çok insan fosil yakıtlar yerine biyoyakıtların kullanılması gerektiğini savunmaktadır.
Biyokütle enerji kaynaklarını şu şekilde örneklendirebiliriz:
Bu biyokütle enerji kaynaklarını iki grupta sınıflandırabiliriz:
Klasik biyokütle: Doğrudan yakılarak enerji sağlanan, ormanlardan elde edilen yakacak odun, bitki ve hayvan atıklarıdır.
Modern biyokütle: Farklı yöntemlerle yakıtlara dönüştürülebilen, orman ve ağaç sanayisinden kalan artıklar, enerji tarım ürünleri, bitkisel, hayvansal ve kentsel atıklardır.
Hayvansal atıklar (mezbaha atıkları, dışkı vb.), tarım atıkları, orman sektörü organik atıkları ya da şehir atık sularının oksijensiz ortamda çürütülmesi ve çeşitli su bitkileri gibi biyolojik kaynaklar yolu ile elde edilen biyokütle enerjisi, daha çok ısınma amaçlı kullanılmaktadır. Bu enerjinin bilinen en eski hammaddesi odun, odun kömürü ve hayvan gübresidir. Klasik yakma işlemiyle elde edilen bu tip biyokütle enerjisinin yanı sıra; kentsel atıklardan, tarımsal endüstri atıklarından, enerji tarımı ürünlerinden yakma yöntemi veya farklı teknikler yardımıyla katı, gaz ve sıvı yakıtlara dönüştürme yoluyla da biyokütle yakıt elde edilmesi, ısı ve elektrik üretilmesi mümkündür.
Yani bileşenleri karbonhidrat bileşikleri olan hayvansal ve bitkisel kökenli tüm maddelerle biyokütle enerji üretimi yapılabilmektedir. Biyokütle materyalleri işlenerek katı, sıvı ve gaz yakıtlara dönüştürülebilir. Bunun sonucunda biyodizel, biyoetanol, pirolitik gaz gibi ana ürünler ve gübre, hidrojen gibi yan ürünler oluştururlar.
Biyokütle enerji üretiminin verimli olabilmesi için dikkat edilmesi gereken birkaç durum vardır. Bunlardan birincisi, fermantörde oksijenin bulunmamasıdır. Hayvansal atıklar iyi birer biyokütle enerji kaynağıdır fakat bu atıklarda antibiyotik türevi ilaçların bulunmaması gerekir. Organik atıklarda da kimyasal bir girdi bulunmaması gerekmektedir. Aynı zamanda üretim ortamında yeteri kadar azot bulunmalıdır. Bunun sebebi yeni bakteri oluşması ve büyümesinin gerekliliğidir. Üretim tankındaki asit değerlerine de dikkat edilmelidir. Ortalama 7.0- 7.6 arasındaki değer idealdir.
Biyoyakıtlar, tarımsal ürünlerin, odunun, hayvan, bitki ve belediye artıklarının çeşitli biyokimyasal ya da termokimyasal dönüşüm süreçlerinden geçirilmesiyle elde edilen gaz, sıvı ve katı ürünlerin genel adıdır. Günümüzde biyoyakıtları gündeme getiren gerekçeler şu şekilde özetlenebilir:
Biyoyakıtlar, maddenin üç halinde bulunabilir:
Gaz Biyoyakıtlar:
Katı Biyoyakıtlar:
Sıvı Biyoyakıtlar:
Biyokütle kaynakları ile elektrik, ısı ve yakıt üretimi farklı teknolojik yollarla sağlanabilmektedir. Enerji üretimi amacıyla seçilmiş olan kaynaklar, termo-kimyasal ya da biyo-kimyasal çevirim yöntemleriyle istenilen bir enerji formuna ve sonrasında da elektriğe çevrilebilmektedir.
Doğrudan Yakma Teknolojileri: Biyokütle kaynaklarının doğrudan yakılmasıyla üretilen enerji, en olgun ve yaygın teknolojidir.
Gazlaştırma: Biyokütleden termo-kimyasal bir yol ile sentez gazı elde edilen bir yöntemdir. Günümüzde yaygın teknolojilerden biri olmuştur. Bu yöntemde karbon içerikli biyokütle kaynağı, kısıtlanmış oksijenin gazlaştırma odasına aktarılmasıyla yakılmaktadır.
Piroliz: Biyokütle kaynağının oksijensiz ortamda 400°C-650°C’de ısıtılarak farklı bir enerji formuna dönüştürülmesini içerir. Bu sürecin sonunda düşük maliyetli ve kolay taşınabilir biyoyağ (%60) üretilirken; singaz (sentez gazı) olarak bilinen yanıcı gaz ve biyokömür de açığa çıkar. Sıcaklık iki kat arttırılarak bu işlem yapıldığında ise proses gazifikasyon yöntemi uygulanmış olur. Gazifikasyon sürecinde karboon monoksit (CO) ve Hidrojen (H2)’den meydana gelen bir gaz açığa çıkmaktadır. Oluşan gazlar, gaz temizleme ünitelerinden geçip türbinlere gelirler ve türbinleri çevirerek kinetik enerjiye çevrilirler.
Anaerobik Çürütme: Oksijensiz ortamda organik maddelerin mikro-organizmalar tarafından çürütülmesidir. Bu işlem genellikle belediye katı atıklarının enerjiye çevrilmesi sürecinde kullanılmaktadır. Bu yöntemde metan ve karbondioksit karışımı olan biyogaz açığa çıkmaktadır. Biyokütleden elektriğe giden yolda diğer yöntemlerdeki gibi bu yöntemde de öncelikle gaz temizlenmektedir. Gaz temizleme ile ayrışan metan gazı içten yanmalı motorlara gelir ve burada yanarak dönme enerjisine dönüşür. Dönme enerjisine çevrilen biyokütle, alternatör gibi enerji çeviricilerde manyetik alan yaratmaktadır. İletkenlerden meydana gelen alternatörde, bir iletkende manyetik alan değişimi ile akım oluşmaktadır. Akımla birlikte elektrik üretilir. Üretilen elektriğin bir miktarı tesis içinde kullanılırken, geri kalanı trafolar yardımıyla şehre dağıtılır.
Biyokütle ile Fosil Yakıtların Birlikte Yakılması (Co-firing): Kömür santrallerinin optimizasyonunu sağlamak için biyokütle ve kömür kaynakları bir arada kullanılabilmektedir. Bu yöntem, biyokütle enerjisine dayanan teknolojilerin sunduğu en ekonomik enerji üretimi çözümlerinden biridir.
Biyogaz üç aşamada oluşmaktadır:
Birinci aşamada atık, mikroorganizmaların salgıladıkları enzimlerle çözünür hale dönüştürülür.
İkinci aşamada asit oluşturucu bakteriler devreye girer ve bu maddeleri asetik asit gibi küçük yapılı maddelere dönüştürürler.
Son aşamada ise metan oluşturucu bakteriler bu maddeleri biyogaza dönüştürürler. 1 m3 biyogazın ısıl değeri, içindeki metan oranına göre 4700 ile 5700 kcal arasında değişir. 1 m3 biyogaz, 0.66 litre motorin, 0.75 litre benzin, 0.2 m3 bütan gazı, 0.25 m3 propan, 1.46 kg odun kömürü ve de 3.47 kg odundan elde edilen enerjiye eşdeğerdir.
Biyogaz santralleri, doğada çürüyerek yok olacak biyolojik atıklardan enerji üretmek için tasarlanmışlardır. 1MW güce sahip olan biyogaz tesisi, bir yılda 8200 saat elektrik üretimi gerçekleştirebilir.
Üzeri sızdırmayacak şekilde kapatılmış bir havuzda biriktirilen hayvan gübresi veya diğer organik atıkların çürütülmesiyle açığa çıkan metan gazını yakarak enerji üretirler. Pratikte her çeşit bitki ve hayvan artıklarından biyogaz üretilebilmektedir. Bir adet büyükbaş hayvan 3,6 ton/yıl yaş gübre; bir adet küçükbaş hayvan 0,7 ton/yıl yaş gübre; bir adet kümes hayvanı 0,022 ton/yıl yaş gübre üretir. Bu değerlerden yola çıkarak bir ton sığır gübresi 33 metreküp biyogaz; bir ton koyun gübresi 58 metreküp biyogaz; bir ton kümes hayvanı gübresi de 78 metreküp biyogaz üretebilir.
Biyogaz yakıldığında enerjiyi veren gaz metan gazıdır. Evlerimizde ısınmak için kullandığımız doğalgazda %85 oranında metan bulunurken, biyogazda bu oran %70 civarındadır. Küresel ısınmayı arttıran sera gazları içerisinde etkisi en yüksek olan gaz metandır. Havadaki karbondioksit, ormanlar ve okyanus tarafından emilirken, metan daha uzun bir sürede emilime uğrar. Bu nedenle, son hesaplamalar kapsamında metanın sera etkisi karbondioksite göre 28 kat daha fazladır.
Türkiye’nin enerji ihtiyacının en az %12’sini biyogazın karşılayabileceği yapılan araştırmalar sonucunda belirlenmiştir. Biyogaz üretimi potansiyeli yüksek olan ülkemizde, organik atıklardan anaerobik koşullarda biyogaz enerji üretimi hem çevresel hem de yenilenebilir enerji kazanımı açısından önem arz etmektedir. Biyogaz tesisi yatırımı, hammaddenin ucuz ve kolay bir şekilde sağlanabilmesi ve yenilenebilir enerji üretimi için devletin verdiği teşvik ve destekler dikkate alındığında karlılık açısından cazip görünmektedir.
Santralde üretilen ısı enerjisinin bir kısmı tesiste (reaktörlerin ısıtılmasında ve gübrenin kurutulmasında) kullanılırken, kalan kısmı da serada kullanılabilir. Üretilen katı ve sıvı organik gübreler de piyasada satışa sunulur.
Yatırımın toplam maliyetini ve kar gücünü belirleyen en önemli faktörlerden biri kurulacak santralin kapasitesidir. Kapasite belirlenmeden dikkate alınan önemli faktörler ise temin edilecek hammadde türü ve miktarıdır.
Kapasitelerine bağlı olarak biyogaz tesisleri üç gruba ayrılır:
Kapasite seçilirken tüm faktörlerin dikkate alınması ve yatırımın karlılığı bakımından en uygun kapasitenin seçilmesi gerekir.
Kuruluş yeri seçiminde dikkate alınması gereken faktörlerden bazıları aşağıdaki gibidir:
Enerji ve organik gübre sağlama amacıyla bir biyogaz üretim tesisi kurmak için öncelikle ayrıntılı bir fizibilite çalışmasının yapılması gerekmektedir. Fizibilite çalışması ile pazardaki talep miktarı, gerekli teknik altyapı, yatırımın ticari karlılığı, yatırım için gereken toplam sermaye tutarı, geri ödeme süresi ve yatırıma ilişkin diğer hususlar detaylı bir şekilde ele alınır ve sonuçlar değerlendirilir. Buna göre yatırım planlanır.
Çeşitli çevrim işlemleriyle elde edilebilecek temel biyoenerji kullanım alanları, ısı, elektrik, sıvı ve gaz yakıt olarak kullanımlardır. Enerji uygulamalarının yanı sıra bu hammaddelerin birçoğunun gıda ve yem, kimyasallar, kağıt, inşaat malzemeleri gibi başka yararlı kullanımları da vardır.
Isı: Biyokütleden ısı üretimi, biyokütlenin geleneksel enerji kullanımıdır. Biyokütlenin doğrudan yakılmasıyla elde edilen dünya çapında daha çok tercih edilen biyoenerji uygulamasıdır. Fosil yakıt alternatifleriyle maliyet bakımından rekabetçidir.
Elektrik: Biyokütle enerji santrallerinde kazanda doğrudan yanma ile üretilen ısı, bir buhar türbini ya da motor vasıtasıyla elektrik üretmek için kullanılabilir. Elektrik santralinin verimliliğini, rekabet gücünü artırmanın başlıca yolu, atık ısısı için ekonomik bir uygulama yöntemi bulmaktır. Biyokütleden elektrik üretmek için farklı teknolojiler mevcuttur.
Yakıt: Ulaştırma, taşımacılık ve lojistik sektörlerinde, 1. nesil biyoyakıtlar çokça ülkede yaygın olarak kullanılmaktadır. Nişasta ve şeker mahsullerinden elde edilen biyoetanol, yağ mahsulleri ve bitkileri, atık yağlar ve hayvansal yağlardan elde edilen biyodizel, ıslak biyokütlenin anaerobik sindiriminden sağlanan biyometan örnek olarak gösterilebilir.
İşlem Artıkları ve Yan Ürünler: Biyoenerji dönüşüm zinciri, temel enerji ürününe ek olarak ortak ürünler de üretir. Ortak ürünler, tüm sürecin ekonomik değerini yükseltebilir. Hayvan yemleri, gıda katkı maddeleri, odun kömürü, özel kimyasallar, kül ve organik gübre ortak ürünlerdendir.
Türkiye’de yıllık 117 milyar ton civarı biyokütle potansiyeli bulunmaktadır. Bu değer yıllık 32 Mtep’tir (Milyon ton eşdeğeri petrol). Bu oluşumun en büyük payı yıllık bitkilere aittir. Bitkilerin ardından orman atıkları ve çok yıllık bitkiler gelir. Türkiye’de hayvansal atık potansiyelinden elde edilen biyogaz miktarının ise 1,5-2 Mtep olduğu tahmin edilmektedir.
Biyokütle, yenilenebilir enerji kaynağı olması bakımından Türkiye’de büyük bir potansiyele sahiptir. Türkiye’nin biyokütle kaynakları; tarım, orman, organik şehir atıkları ve hayvansal atıklardan oluşur. Bir tarım ülkesi olan Türkiye, tarımsal atık ve ürün artıkları bakımından oldukça fazla kaynağa sahiptir. Türkiye, ürün atıkları açısından hesaplanan toplam enerji potansiyelinde 9,5 milyon ton petrol eş değeriyle büyük bir potansiyele sahiptir.
Türkiye’de hububat bitkilerinden pamuk artıkları 522-617 bin ton, mısır artıkları 3,8-4,8 milyon ton, şeker pancarı 1,3-1,5 milyon ton ve diğer katı atık miktarı 39,2-52,3 milyon ton olarak tahmin ediliyor. Türkiye’deki tarımsal katı atık miktarı toplam 40-53 milyon ton olup, bu atığın yıllık enerji eş değeri 50-65 milyon ton petroldür. Bu potansiyel, mevcut biyokütlenin yakıt olarak çeşitli biçimlerde işlenmesiyle kullanılabilir.
Türkiye’nin, zengin bir tarımsal potansiyeli olduğu 23,7 milyon hektar tarımsal ekilebilir arazisi olmasından anlaşılmaktadır. Bu arazilerin 18,11 milyon hektarı ekili durumdadır. Arazilerin kalan kısmı ise nadasa bırakılmıştır. Türkiye’nin biyokütleden enerji üretimini mümkün kılması ise var olan bu yüksek tarım potansiyeline bağlıdır.
Ayrıca enerji pazarında oluşan küresel değişiklikler, yenilebilir enerji ve biyoenerji için yeni fırsatlar ortaya çıkarmaktadır. Yenilenebilir enerji, fosil yakıtlar azaldıkça ve enerji talebi arttıkça temiz bir yol haline gelerek, büyümeye devam ediyor. Yenilenebilir enerji hakkında genel bilgi almak için ilgili yazımızı okuyun.
Biyokütle enerjisi potansiyeli ile ilgili olarak Türkiye Biyokütle Enerjisi Potansiyeli Atlası (BEPA) adlı Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü’nün bir uygulaması bulunmaktadır. BEPA, Türkiye’nin neresinde hangi biyokütle kaynağından ne kadar biyoyakıt, ne kadar elektrik üretme potansiyeli olduğunu, bu kaynakların ülkenin hangi yörelerinde yoğunlaştığını harita üzerinde sayısal ve grafiksel ifadeler ile dinamik olarak gösteren Coğrafik Bilgi Sistemi (CBS) uygulaması olarak tanımlanmaktadır. BEPA verilerine göre atıklarımızın ekonomik enerji eşdeğeri toplam 3,9 MTEP/yıl civarındadır.
Elektrik üretiminde de yaygın bir şekilde kullanılan biyokütle enerjisine dayalı kurulu güç miktarı Aralık 2020 sonu itibariyle 1485 MW (369 MW’ı atık ısı), gücün elektrik üretimi toplamı içerisindeki payı da % 1,80 olup yıllara göre toplam elektrik üretimi içerisindeki pay oranı ve kurulu güç değişimi aşağıdaki grafiklerde yer almaktadır:
Enerji Bakanlığı'nın sosyal medya üzerinden yaptığı paylaşıma göre, Türkiye'de toplam 85 adet biyogaz santrali var. Toplam 45 şehirde faaliyet gösteren bu santrallerin kurulu gücü ise 358 megawat (MW) olarak belirlenmiştir.
Türkiye’de faaliyette olan en büyük on biyogaz enerji santralini şu şekilde sıralayabiliriz:
Biyokütle enerjisi dışındaki diğer yenilenebilir enerji türleri ve avantajları için yenilenebilir enerji kaynakları sayfamızı ziyaret edin. Ayrıca diğer yenilenebilir enerji kaynakları ile ilgili bilgilere aşağıdaki sayfalardan ulaşabilirsiniz:
