Trakya bölgesinde çeltik sapının biyokütle potansiyeli ve enerji değerlerinin saptanması
Determination of paddy stalk biomass potential and energy values in Thrace region
Yazar: TAMER AKÇAY
Danışman: PROF. DR. TÜRKAN AKTAŞ
Namık Kemal Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarım Makineleri Bölümü / Biyosistem Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Dünyadaki hızla artan nüfus  ve sanayileşme ile paralel olarak artan enerji gereksinimini çevreyi kirletmeden ve sürdürülebilir olarak sağlayabilecek kaynaklardan belki de en önemlisi biyokütle enerjisidir. Biyokütle; tükenmez bir kaynak olması, her yerde yetiştirilebilmesi, özellikle kırsal alanlar için sosyo-ekonomik gelişmelere yardımcı olması nedeniyle uygun ve önemli bir enerji kaynağıdır. Hasattan sonra tarlada kalan bitki kalıntıları da ülkemiz için enerji üretiminde kullanılma potansiyeli oldukça yüksek olan biyokütle kaynakları arasında önemli bir yer tutmaktadır. Biyokütle ülkemizde çoğunlukla geleneksel yöntem olan ve düşük verimlilikte enerji eldesini sağlayan doğrudan yakma yöntemiyle değerlendirilmektedir. Öte yandan gelişmiş ülkelerde, modern biyokütle çevrim teknolojileri kullanılarak (termokimyasal veya biyokimyasal yöntemler gibi) çeşitli süreçlerde (havasız çürütme, piroliz, fermantasyon, gazlaştırma, hidroliz, biyofotoliz, esterleşme reaksiyonu) biyokütlenin yakıt kalitesi arttırılıp alternatif biyoyakıtlar (biyogaz, çöpgazı, biyodizel, biyoetanol, sentetik yağ) üretilmektedir. Elde edilen bu yakıtlardan da ısıl ve elektriksel enerji elde edilmektedir. Trakya Bölgesindeki çeltik üretim süreci incelendiğinde hasattan sonra tarlada yüksek oranda kalan çeltik sapının toprak hazırlığını kesintiye uğratan en önemli etkenlerden birisi olduğu anlaşılmaktadır. Uygulamada; çeltik sapına, yeterli teknolojik altyapının olmaması nedeniyle, çok az talep olması, yüksek kül oranı (%18-20) sebebiyle kolay çürüyememesi ve toprağa karıştırılmasının maliyetinin yüksek olması nedeniyle, kanunen yasak olmasına rağmen, üreticiler tarafından çeltik anızını yakmak tek seçenek haline gelmiştir.  Ancak, çeltik sapının yakılması ile toprakta azot, fosfor (≈%25), potasyum (≈%20) ve kükürt (%5-60) kayıpları meydana gelmektedir. Ayrıca, çevreye yaptığı hava kirliliği, yangın tehlikesi gibi olumsuz etkiler nedeniyle istenmeyen bir durumdur.  Çeltik saplarının yakılması veya parçalanarak toprağa karıştırılmasındaki olumsuz yönler dikkate alındığında, bu biyokütlenin tarladan uygun olarak toplanıp sanayide çeşitli alanlarda değerlendirilmesinin gerekliliği hem çevre hem de bölge ekonomisine katkı yapması açısından göz ardı edilemeyecek düzeydedir.  İçeriği açısından çeltik sapının termokimyasal yöntemler kullanılarak enerji üretiminde verimli bir şekilde kullanılacağı düşünülmektedir. Ülkemizde ve özellikle Trakya Bölgemizde  çeltik tarla artıkları oldukça büyük biyokütle potansiyeline sahiptir. Ülkemizde mevcut olan biyokütle potansiyelinin;  ısısal ve elektriksel eşdeğeri açısından incelenmesine ilişkin bir çalışmaya rastlanmamıştır. Bu tez ile Trakya Bölgesi için  en önemli tarla artıklarından birisi olan çeltik sapının biyokütle potansiyeli ısıl ve elektriksel olarak Tekirdağ örneği için belirlenmiştir. Çeltik saplarının termokimyasal çevrim yöntemleri kullanılarak değerlendirilmesine yönelik karakterizasyonu yapmak amacıyla  Osmancık çeşidine ait  çeltik sap örnekleri 3 farklı lokasyondan toplanmış ve bu örnekler için proksimit (kısa) analizleri, elemental analizler ve ısıl kapasite ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca çeltik saplarının toplandığı üretim alanında alınan toprak örnekleri de analiz edilerek, lokasyona bağlı olarak yakıt özelliklerinde önemli bir fark olup olmadığı belirlenecektir. Çalışma sonuçlarının; gelişmiş ülkelerin bazılarında  ürün çeşidine bağlı olarak oluşturulmuş biyokütle kompozisyonu ve yakıt özellikleri ile ilgili bir veri tabanı oluşturulmasına da temel olacağı düşünülmektedir.

Abstract:
Biomass energy maybe is the the most important energy in the sources that can  provide requirement energy without polluting the environment and as sustainable in parallel with the world's rapidly growing population and  increasing industrialization. Biomass is an important and suitable energy resource due to its a renewable resource, it can be growed up everywhere, esspecially it supports social-economic developments on the rural areas. Plant residues among biomass sources that remain in the field after harvesting have an important place inside the biomass resources which has a very high potential to use on producing energy for our country. In our country generally, biomass is evaluated using  direct combustion method that is traditional method and provide energy with low productivity. On the other hand, in developed countries, using by modern biomass conversion technologies (thermochemical and biochemical methods, etc.) with various processes (anaerobic digestion, pyrolysis, fermentation, gasification, hydrolysis, biophotolysis, esterification reaction), rising up the fuel quality, the alternative biofuels (biogas, landfill gas, biodiesel, bioethanol, synthetic oil) are being producing. Thermal and electrical energy are obtained from these obtained fuels. When the paddy production process at Thrace Region is examined, it can understand that the paddy stalks, which high rately left on the field after harvesting, is one of the most important reason for soil preparation's interruption. Pratically for the paddy stalk, due to there is not enough technological infrastructure, there is less request, it can not languish easily due to high ash content (%18-20), and the costs of mixing to soil is very high, so; although prohibited by law, the burning of paddy stubble, it becomes only one option for the producers. But, by burning the paddy stalk, nitrogen, phosphorus (≈%25), potassium (≈%20)  and sulfur (%5-60) losses are occured. Also, It's an unwanted situation due to negative effects to environment as air pollution, fire hazard. When the negative aspects of paddy stalk's burning or mixing it to soil by shearing is considered, the needing of the collecting this biomass from the fields and evaluating it in industry on various fields, terms to contribute for environment and region's economy, is important enough to not be ignored. It is thinked that the content in terms of paddy stalk will be used efficiently in order to produce energy by using the thermo-chemical methods. The paddy field wastes in our country and Thrace Region has quite big biomass potential. There isn't any studying about investigating by thermal and electrical equivalent of available biomass potential in our country. On this thesis, the biomass potential of paddy stalk, which is one of the important field wastes for Thrace Region, were determined thermal and electrically for Terkirdağ sample. Osmancık variety paddy stalk samples were collected from 3 different locations and for these samples, the proximate analysis, elemental analysis and heat capacity measurements were performed in order to do characterization of paddy stalks by using termo-chemical conversion methods intended for evaluating. Also the soil samples ,which were taken from paddy stalk sample's field, will be analized, it will be determined depending on location that is there any important difference on the fuel properties or not. It was thinked that the results of this study will be the principal in order to create a data base about biomass composition and fuel properties which was created at some of the developed countries depending on product variety.