Biyogaz

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 tuzluluğa 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.

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 maddeleri metan oluşturucu bakteriler biyogaza dönüştürürler. Görüldüğü gibi biyogaz oluşumu mikrobiyolojik etmenler ile gerçekleşmekte ve doğal olarak bu mikrobiyolojik organizmaların etkileneceği her türlü koşul biyogaz üretimini de etkilemektedir.

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.

Asit oluşturma aşaması: Çözünür hale dönüşmüş organik maddeleri asetik asit, uçucu yağ asitleri, hidrojen ve karbondioksit gibi küçük yapılı maddelere dönüşür. Bu aşama anaerobik bakteriler ile gerçekleştirilir. Bu bakteriler metan oluşturucu bakterilere uygun ortam oluştururlar.

Metan oluşumu: Bakterilerin asetik asidi parçalayarak veya hidrojen ile karbondioksit sentezi sonucunda biyogaza dönüştürülmesi işlemdir. Metan üretimi diğer süreçlere göre daha yavaş bir süreçtir. Metan oluşumundaki etkili bakteriler çevre koşullarından oldukça fazla etkilenirler.

Biyogaz üretimi tarımsal atıklardan yararlanılarak yapılabileceği gibi endüstriyel atıklardan yararlanılarak da 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.

Genel olarak biyogaz oluşumuna etki eden mikrobiyolojik bakterilerin etkileneceği her faktör biyogaz üretimini de etkiler. Bir bakterinin yaşamsal faaliyetlerini devam ettirebilmesi için belirli sıcaklık ve pH değerlerine ihtiyacı vardır. Aynı zamanda toksisite de bakterilerin faaliyetlerini direkt 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 olarak da biyogaz üretiminin yapıldığı reaktörde organik yükleme hızı ve hidrolik bekleme süresi de biyogaz üretimine direkt olarak etkiler.

Metanojenik bakteriler çok yüksek ve çok düşük sıcaklık değerlerinde aktif olmamaktadır. Bu yüzden biyogaz üretiminin gerçekleşeceği reaktör sıcaklığı biyogazın üretimine veya hızına direkt olarak etki etmektedir. Bu bakteriler sıcaklık değişimlerine karşı da oldukça hassastırlar. Reaktörün içerisindeki sıcaklık bekleme süresini ve reaktör hacmini de belirler. Sıcaklığın düzeyine göre sınıflandırılması üç şekilde yapılabilir.

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 pH'nın 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.

Mineral iyonları, ağır metaller ile deterjan gibi maddeler bakterilerin gelişimi üzerinde olumsuz etkiler oluştururlar. Bu maddelerin biyoreaktörlere sızması ile üretimin yavaşlaması veya durması söz konusu olabilmektedir. Tavuk yetiştiriciliğinde yemlere antibiyotik katılması, gaz üretiminde tavuk gübrelerinin kullanıldığı sistemlerde toksisite etkisi yapmaktadır. Bu şekildeki yemlerle beslenen tavukların gübrelerinde de antibiyotikler bulunmakta ve bu antibiyotikler metan oluşturucu bakteriler üzerinde olumsuz etki yapmaktadır.

Anaerobik bakteriler karbonu enerji elde edebilmek için kullanmaktadırlar. Azot ise bakterilerin büyümesi ve çoğalması için gerekli olan diğer maddedir. C/N oranı 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 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.

1980 - 86 yılları arasında Türkiye'de Toprak-Su araştırma enstitüleri 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.

Türkiye'deki pilot uygulamalardan birisi Tübitak destekli Kocaeli Belediyesinin iştiraki olan İzaydaş bünyesinde kurulmuş olan biyogaz tesisidir. (www.biyogaz.org.tr) 2400 metre küplük 2 ana fermanterden oluşan tesis 350 kW kapasitesindedir.

Dünyada biyogaz üretim ve kullanımı giderek gelişmektedir. Hayvan gübresinden elde edilen biyogazın tesis oranları dikkate alınırsa dünyadaki tesislerin %80'i Çin'de %10'u Hindistanda, 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 2,200 tesis ile en fazla üretim yapan ülke konumundadır. Bu ülkeyi 70 tesis ile İtalya takip etmektedir. Almanya'da biyogaz tesislerinin yapımı 1993 yılından itibaren artmış ve yine aynı yıldan günümüze kadar 139 tesisten 2,200 tesise kadar artmıştır.

Tüm bu kullanım alanlarının yanı sıra 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. Biyogaz 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.

Hayvan gübresinin herhangi bir işleme tabi tutulmaksızın doğaya salıverilmesi halinde yaratmış olduğu kirlilik oldukça yüksek seviyededir. 80 inekli bir çiftlikten çıkan gübre kaynaklı oluşan CH₄ emisyonu yılda 110 ton CO₂ (sürekli yolda olan 110 aracın oluşturduğu karbon emisyonu)'e eşittir. Böyle bir çiftliğe biyogaz tesisi kurulması ile bu zarar çiftlikte kullanılabilecek bir yeşil enerjiye dönüştürülebilir.

İşlenmemiş hayvan gübresinin toprağa verilmesi ile birlikte toprağın tuzluluk oranı artar, gübrenin içinde bulunan zararlılar ekilen toprağa karışır ve yeraltı sularının kirlenmesine neden olur.

1MW güce sahip bir Rüzgâr tribünü yılda ortalama 3066MWh elektrik üretebilir; 1MW güce sahip bir güneş enerji santrali yalnızca ışıma saat aralığında yani yılda ortalama 2300 saat çalışarak 2300MWh elektrik üretebilir. 1MW güce sahip bir biyogaz tesisi yılda 8200 saat elektrik üretimi gerçekleştirebilir.