biyogaz

[MESUT UYSAL]

BİYOGAZIN TANIMI VE ÖZELLİKLERİ

Biyogaz, hayvansal ve bitkisel atıkların oksijensiz ortamda
ayrışması sonucu ortaya çıkan bir gaz karışımıdır.
Bileşiminde % 60-70 metan (CH4), % 30-40 karbondioksit (CO2), % 0-2
hidrojen sülfür (H2S) ile çok az miktarda azot (N2) ve hidrojen (H2)
bulunmaktadır.

Biyogaz üretiminde kullanılabilecek bazı atıklar

Hayvansal Atıklar : Sığır, at, koyun, tavuk gibi hayvanların
gübreleri, insan dışkısı, mezbaha atıkları ve hayvansal
ürünlerin işlenmesi sırasında ortaya çıkan atıklar

Bitkisel Atıklar : İnce kıyılmış sap, saman, mısır artıkları,
şeker pancarı yaprakları gibi bitkilerin işlenmeyen kısımları
ile bitkisel ürünlerin işlenmesi sırasında ortaya çıkan
atıklar.

Biyogaz üretiminde hayvansal ve bitkisel atıklar tek başına
kullanılabileceği gibi belli esaslar doğrultusunda
karıştırılarak da kullanılabilir.

Biyogaz, temiz ve mavi bir alevle yanar.

Biyogaz, kullanılmadığı zaman çürük yumurta kokusundadır ancak
yanarken bu koku kaybolur. Bu özellik, biyogazı ileten borularda
kaçak olup olmadığını anlamada kolaylık sağlar.

Biyogaz çok düşük sıcaklıklarda (-164 °C)
sıvılaştırılabilmektedir. Bu işlem çok pahalıdır bu nedenle
gaz tüplerinde depolanması ekonomik değildir. Genellikle gaz halinde
kullanılmaktadır.

BİYOGAZ ÜRETİMİNİN YARARLARI

Ülkemizde hayvansal ve bitkisel atıklar, çoğunlukla ya doğrudan
doğruya yakılmakta veya tarım topraklarına gübre olarak
verilmektedir. Ancak atıkların yakılarak ısı üretiminde
kullanılması daha yaygın olarak görülmektedir. Bu şekilde
istenilen özellikte ısı üretilemediği gibi, ısı üretiminden
sonra atıkların gübre olarak kullanılması da mümkün
olmamaktadır. Biyogaz teknolojisi ise organik kökenli atıklardan hem
enerji eldesine hem de atıkların toprağa kazandırılmasına imkan
vermektedir.

1 m3 biyogazın etkili ısısı;

0.62 l gazyağının

1.46 kg odun kömürünün

3.47 kg odunun

0.43 kg bütan gazının

12.30 kg tezeğin

4.70 Kwh elektriğin

1.18 m3 havagazı'nın

sağladığı etkili ısıya eşdeğerdir.
1 m3 biyogaz
= 0.66 l motorin

= 0.75 l benzin

= 0.25 m3 propan

= 0.2 m3 bütan

= 0.85 kg kömür

Biyogaz temiz ve ısı değeri yüksek bir enerji kaynağıdır.

Biyogaz üretiminden sonra atıklar yok olmamakta üstelik çok daha
değerli bir gübre haline dönüşmektedir.

Biyogaz üretimi sonucu hayvan gübresinde bulunabilecek yabancı ot
tohumları çimlenme özelliğini kaybetmektedir.

Biyogaz özellikle kırsal kesimde çevre sağlığını olumlu
etkilemektedir. Çünkü; biyogaz üretimi sonucunda hayvan gübresinin
kokusu hissedilmeyecek ölçüde yok olmaktadır. Ayrıca gübrelerden
kaynaklanan insan sağlığını tehdit eden hastalık etmenleri
büyük oranda etkinliğini kaybetmektedir.

BİYOGAZIN KULLANIM ALANLARI

Biyogaz, çok yönlü bir enerji kaynağı olarak doğrudan ısıtma ve
aydınlatma amacıyla kullanıldığı gibi, elektrik enerjisine ve
mekanik enerjiye çevrilmesi de mümkün olmaktadır.

Biyogazın ısıtmada kullanımı

Biyogazın yanma özelliği bileşiminde bulunan metan (CH4) gazından
ileri gelmektedir. Biyogaz, hava ile yaklaşık 1/7 oranında
karıştığı zaman tam yanma gerçekleşmektedir.

Isıtma amacıyla gaz yakıtlarla çalışan fırın ve ocaklardan
yararlanılabileceği gibi termosifon ve şofbenler de biyogazla
çalıştırılarak kullanılabilir.

Biyogaz, sıvılaştırılmış petrol gazı ile çalışan sobaların
meme çaplarında basınç ayarlaması yapılarak kolaylıkla
kullanılabilmektedir. Biyogaz sobalarda kullanıldığında
bünyesinde bulunan hidrojen sülfür (H2S) gazının yanmadan ortama
yayılmasını önlemek üzere bir baca sistemi gerekli olmaktadır. Bu
nedenle, daha sağlıklı bir ısınma için kalorifer sistemleri
tercih edilmektedir.

Biyogazın aydınlatmada kullanımı

Biyogaz, hem doğrudan yanma ile hem de elektrik enerjisine çevrilerek
de aydınlatmada kullanılabilmektedir. Biyogazın doğrudan
aydınlatmada kullanımında sıvılaştırılmış petrol gazları ile
çalışan lambalardan yararlanılmaktadır. Bu sistemde aydınlatma
alevini arttırmak üzere amyant gömlek ve cam fanus
kullanılmaktadır. Cam fanus ışığı sabitleştirdiği gibi çıkan
ısıyı geri vererek alevin daha fazla olmasını sağlamaktadır.

Biyogazın motorlarda kullanımı

Biyogaz, benzinle çalışan motorlarda hiçbir katkı maddesine gerek
kalmadan doğrudan kullanılabildiği gibi içeriğindeki metan gazı
saflaştırılarakta kullanılabilmektedir. Dizel motorlarda
kullanılması durumunda belirli oranda (% 18-20) motorin ile
karıştırılması gerekmektedir.

BİYOGAZ TESİSLERİNİN TASARIMI

Biyogaz üretimi iki ayrı yöntemle gerçekleşmektedir.

Kesik besleme yöntemi: Tesis hayvansal ve/veya bitkisel atıklarla
doldurulmakta ve alıkoyma-bekleme süresi kadar beklenmektedir. Bu
süre sonunda tesis tamamen boşaltılmakta ve işlem sürekli
tekrarlanarak gaz üretimi sağlanmaktadır.
Sürekli besleme yöntemi: Tesis hayvansal ve/veya bitkisel atıklarla
doldurulmakta ve alıkoyma süresi kadar beklenmektedir. Daha sonra
biyogaz üretim tankının (fermantör) sıcaklığına bağlı olarak
günlük beslemelere geçilmekte ve sürekli gaz üretimi
sağlanmaktadır.

Birçok ülkede biyogaz tesisleri planlanan amaca göre farklı
teknolojiler kullanılarak inşaa edilmektedir. Biyogaz tesisleri, aile
tipi (6-12 m3 kapasiteli) çiftlik tipi (50-100-150 m3 kapasiteli),
köy tipi (100-200 m3 kapasiteli) tesisler olarak ele alınabileceği
gibi başta Almanya olmak üzere Amerika, Danimarka, İsviçre gibi pek
çok ülkede 1000-10.000 m3 kapasiteli biyogaz tesisleri
işletilmektedir.

Aile tipi 6-12 m3 kapasiteli sabit kubbeli biyogaz tesisleri Çin'de
çok yaygın bir biçimde kullanılmakta ve bu tip tesislerde oluşan
biyogaz tesis içinde (kubbe bölümünde) toplanmakta ayrı bir gaz
depolama tankı kullanılmamaktadır. Ancak bu durum biyogazın
kullanımı sırasında gaz basıncının düşmesine neden olmakta
dolayısıyla gaz basıncı sabit kalmamaktadır. Yeterli gaz
basıncını sağlamak üzere Çin tipi tesisler genellikle kullanım
yerlerine yakın kurulmaktadır. Büyük kapasiteli tesislerde ise
oluşan biyogaz, tesisten ayrı veya tesis içinde sabit olmayan bir
yerde toplanmakta (gaz depolama tankı) ve gaz basıncının sabit
kalması sağlanabilmektedir. Bu tip biyogaz tesislerine en çok
Hindistan'da rastlanmaktadır.

Aile tipi biyogaz tesisleri dışındaki diğer tesislerin çoğunda
biyogazın oluştuğu ortamın (fermantör) ısıtılması optimum
biyogaz üretimi için gerekli olmaktadır.

Biyogaz üretiminde ortam sıcaklığı çok önemlidir. Genel bir
kural olarak bu sıcaklığın 30-35 °C olması istenir. Isıtmalı
olmayan tesislerde özellikle kış aylarında sıcaklığın bu
derecelere ulaşması mümkün değildir. Sıcaklığın 10 °C'nin
altına düşmesi biyogaz üretimini durdurabilmektedir.

Biyogaz tesislerinde ısı kontrolünün sağlanması amacıyla güneş
enerjisinden yararlanılabileceği gibi en pratik ve en yaygın
kullanılan sistem, tesis içine yerleştirilen serpantinlerden
yararlanmaktır (sıcak su boruları). Bu sistemde su, tesis
tarafından sağlanan biyogazla ısıtılarak sirkülasyon pompası ile
tesis içine yerleştirilen serpantinler içinde dolaştırılarak
ısıtma sağlanmaktadır.

Biyogaz Tesislerinin Kapasitelendirilmesi

Biyogaz tesisleri projelendirilirken öncelikle kapasitenin tesbiti
gerekmektedir. Bunun için tesiste, sadece hayvan gübresi
kullanılacaksa; günlük ortaya çıkan gübre miktarı, hayvanların
beslenme şekilleri ve gübrelerin katı madde miktarları
bilinmelidir.

Günlük ortaya çıkan gübre miktarı: Hayvanların gübre verimleri
cinslerine göre değişik miktarlarda olabilmektedir. Gübre
miktarının hesabında; büyükbaş hayvanlar için 10-20 kg/gün
(yaş) gübre verimi kabul edilebileceği gibi canlı ağırlığın %
5-6'sı da günlük gübre miktarına esas alınabilir. Aynı
şekilde koyun ve keçi için 2 kg (yaş)/gün veya canlı
ağırlığın % 4-5'i günlük gübre üretimi olarak kabul
edilebilmektedir. Tavuk için günlük gübre üretimi ise 0.08-0.1 kg
(yaş)/gün veya canlı ağırlığın % 3-4'üdür.

Hayvanların beslenme şekilleri: Hayvanların mer'a da veya ahırda
beslenmeleri günlük gübre üretimini etkiler.

Gübrelerin katı madde oranları: Optimum biyogaz oluşumu için tesis
içi gübre-su karışımının katı madde oranının % 7-9 olması
gerekmektedir. Katı madde oranları; sığır gübresinin % 15-20,
tavuk gübresinin % 30, koyun gübresinin ise % 40 civarındadır.

Bilinmesi gereken diğer bir konu ise hayvan gübrelerinin değişik
sıcaklıklarda optimum alıkoyma-bekleme süreleri ve biyogaz üretim
miktarlarıdır.

20 büyükbaş hayvanı olan bir çiftçi ailesi için gerekli olan
biyogaz tesisinin kapasite hesabı aşağıda verilmiştir;

Kabuller:
Fermantör sıcaklığı : 30°C

Üretilen gübre miktarı : 10 kg (yaş)/gün/hayvan
Gübrenin katı madde oranı : % 20
Alıkoyma-bekleme süresi : 30 gün
Gübrenin yoğunluğu : 975 kg/m3
Günlük gübre üretimi : 20x10 = 200 kg (ağırlık olarak)
200/975 = 0.205 m3 (hacim olarak)
Tesise günlük beslemede verilecek su miktarı : 200 kg (% 10 katı
maddenin sağlanması için gerekli su miktarı)
Tesisin hacmi : 200 x 2 x 30 /1000 = 12 m3

12 m3 kapasiteli bir biyogaz tesisinden yukarıda belirtilen
koşullarda günlük elde edilebilecek biyogaz miktarı 6-7 m3
civarındadır.

Bu hesabı tavuk gübresi için yaptığımız takdirde, yine tesisi 30
°C'de çalıştırdığımızı kabul edersek, 12 m3 kapasiteli bir
tesis için gerekli olan tavuk sayısı yaklaşık 2000'dir ve bu
tesisten günde 14-15 m3 biyogaz elde edilebilir.

Aşağıda tavuk ve büyükbaş hayvan işletmelerinin hayvan
sayılarına bağlı olarak kurabilecekleri biyogaz tesislerinin;
büyüklüğü, günlük biyogaz üretimleri ve bu gazın etkili
eşdeğer ısı karşılığı LPG miktarları verilmiştir.

İşletmelerin Hayvan Sayısı
Uygun Tesis Büyüklüğü

(m3)
Günlük Beslemeler İçin Gereken Gübre

(kg(yaş)/gün)
Üretilebilecek

Biyogaz Miktarı

(m3/gün)
Eşdeğer

LPG Miktarı

(kg)

2.500 adet tavuk
15
200
17
7

5.000 adet tavuk
30
400
34
14

10.000 adet tavuk
60
800
68
28

20.000 adet tavuk
120
1600
136
56

50.000 adet tavuk
300
4000
340
140

5 adet büyükbaş
5 m3
75
2,5
1

10 adet büyükbaş
10
150
5
2

50 adet büyükbaş
50
750
25
10

100 adet büyükbaş
100
1500
50
20

Kabuller: Fermantör sıcaklığı: 30 °C, gübrelerin katı madde
oranı: büyükbaş hayvan için 15 kg (yaş)/gün, tavuk için 0.08 kg
(yaş)/gün, alıkoyma-bekleme süresi: büyükbaş hayvan için 30
gün, tavuk için 24 gün.

Biyogaz tesislerinin tasarımında ele alınması gereken diğer
konular ise;

tesisin kurulacağı yerin seçimi

tesis inşaatı, tesisin yalıtımı

tesisin ısıtılması, tesisin işletme koşulları

biyogazın depolanması ve dağıtımı

biyogazın taşınması,

biyogaz kullanım araçlarının belirlenmesi,

tesisten çıkan biyogübrenin depolanması, tarlaya taşınması ve
dağıtımı gibi esaslarının önceden ortaya konmasıdır.

Bütün bu temel konular hakkında yeterli teknik bilgiye sahip olmadan
bir biyogaz tesisi yapmak ve işletmek mümkün değildir.

Biyogaz tesislerinden çıkan gübre (fermente gübre) sıvı
formdadır.

Fermente gübre

Tarlaya sıvı formda uygulanabilir.

Granül haline getirilebilir.

Beton veya toprak havuzlarda doğal kurumaya bırakılabilir.

ÜLKEMİZDE BİYOGAZ ÜRETİMİ KONUSUNDA YAPILAN ARAŞTIRMA VE
UYGULAMA ÇALIŞMALARI

Ülkemizde biyogaz üretimi ile ilgili araştırma çalışmaları en
yoğun biçimde 1980-86 yılları arasında Merkez TOPRAKSU Araştırma
Enstitüsünde (Köy Hizmetleri Ankara Araştırma Enstitüsü)
yürütülmüş ve biyogaz üretimi ile ilgili birçok temel bulgular
elde edilmiştir. Aynı zamanda, yapılan araştırma, uygulama,
eğitim ve yayım çalışmaları başarılı sonuçlar vermiş,
kamuoyunun ilgisi çekilmiş ve önemli düzeyde bilgi birikimi
sağlanmıştır. Söz konusu Enstitü'de kurulan biyogaz
laboratuvarında yürütülen araştırmalar ve elde edilen sonuçlar
aşağıda özetlenmiştir.

-YIL 1982-

1- "Sığır-Koyun-Tavuk Gübreleri ve Bunların Karışımlarından
Elde Edilebilecek Biyogaz Verimleri". Araştırma fermantör
sıcaklığı 30 °C'de sabit tutulan 1 m3 kapasiteli prototip
biyogaz tesislerinde yürütülmüştür. En yüksek biyogaz verimi
tavuk gübresinden elde edilmiştir (1215.6 l./m3). Tavuk gübresinin
karışıma girdiği konularda biyogaz üretimi artmıştır.

2- "Ankara Koşullarında 12 m3 Kapasiteli TOPRAKSU Tip A Biyogaz
Tesisinde Sığır Gübresinin Biyogaz Verimi". Araştırma sabit
kubbeli (Çin Tipi) biyogaz tesisinde yürütülmüş, fermantör
sıcaklığına müdahale edilmemiştir. Fermantör sıcaklığı 9
°C'de biyogaz verimi 1.4 m3/gün, 20 °C'de 5.9 m3/gün olmuştur.

3- "Ankara Koşullarında 28 m3 Kapasiteli Biyogaz Tesisinin Gaz
Verimi". Bu araştırma, çiftlik tipi ısıtmalı ve gaz depolama
tankı tesisten ayrı olan bir biyogaz tesisinde, karıştırma
sistemlerinin karşılaştırılması amacıyla yürütülmüştür.
Tesis sıcaklığı 20 °C ile 30 °C arasında tutulmuş, mekanik
karıştırmalı uygulamadan 9.97-25.05 m3/gün, babılgan (kabarcık
tüfeği) ile karıştırmalı uygulamadan ise 7.64-14.56 m3/gün
biyogaz elde edilmiştir.

4- "Değişik Sıcaklıklarda Sığır ve Tavuk Gübrelerinden Elde
Edilen Biyogaz Miktarları" Sığır ve tavuk gübresinden 9-18-27 ve
36 °C'de elde edilebilecek biyogaz miktarları araştırılmış ve
sonuçlar aşağıda verilmiştir.

Sığır ve Tavuk Gübrelerinin Değişik Sıcaklıklarda Biyogaz
Verimleri

Fermantör Sıcaklığı (°C)
Sığır Gübresi (l./m3)
Tavuk Gübresi (l./m3)
*
9
101,4
253,3

*
18
339,7
448,0
*
27
509,8
1008,9
*
36
686,0
1266,2

5- "Değişik Besleme Aralıklarında Sığır ve Tavuk
Gübrelerinden Elde Edilen Biyogaz Miktarları" Fermantör
sıcaklıkları 30 °C'de sabit tutularak hergün, üç günde bir,
beş günde bir ve yedi günde bir besleme yapılmıştır. Sığır
gübresinden en yüksek biyogaz verimi, beş günde bir beslenen
konudan sağlanırken (785.7 l./m3) tavuk gübresinden en yüksek
biyogaz verimi hergün beslenen konudan elde edilmiştir (1099.7
l./m3).

6- "12 m3 Kapasiteli Biyogaz Tesisinde Tavuk Gübresinin Gaz
Verimi" Doğal koşullarda yürütülen araştırmada fermantör
sıcaklığı 5-19 °C arasında gerçekleşmiştir. Tesisten 10
°C'de 2.4 m3/gün, 15 °C'de 4.8 m3/gün ve 19 °C'de 6.9
m3/gün biyogaz elde edilmiştir.

Biyogaz üretim teknolojisinin ülkemizde başarılı olabilmesi için
daha pek konuda araştırma yapılması gerekmektedir. Bugüne kadar
yapılan araştırmalar belirli bir bilgi birikimi sağlamıştır.
Ancak bu yeterli değildir. Yapılması gereken araştırmalarda
öncelik verilecek konular aşağıdaki gibi sıralanabilir;

Biyogaz tesislerinin inşaat tiplerinin bölge koşullarına göre
geliştirilmesi,

Ucuz ve yöresel izolasyon materyallerinin saptanması,

Biyogaz kullanım araçlarının geliştirilmesi,

Bitkisel atıklardan da biyogaz elde edilmesi olanaklarının
saptanması,

Biyogaz tesislerinden çıkan gübrenin bitkisel üretime ve toprak
özelliklerine etkilerinin araştırılması,

Biyogaz tesislerinden çıkan gübrenin araziye taşınımını ve
dağıtımını sağlayıcı mekanizasyonun geliştirilmesi,

Biyogazın çevre sağlığına olan katkılarının saptanması.

Biyogaz üretim teknolojisinin kırsal kesimde yaratacağı
sosyo-ekonomik etkilerinin araştırılması.

Biyogaz üretimi konusunda yine 1980-86 yılları arasındaki dönemde;
TOPRAKSU Genel Müdürlüğü tarafından her il merkezinde 3 adet,
bölge merkezlerinde ise 5 adet biyogaz tesisinin yapılması
planlanmış ve bu tesislerin çoğu işletmeye açılmıştır. Diğer
taraftan, kendi olanakları ile biyogaz tesisi kurmak isteyen kişi ve
kuruluşlara kredi ve teknik yardım olanağı sağlanmıştır.

Köy Hizmetleri Ankara Araştırma Enstitüsü tarafından 1987
yılında yapılan bir anket sonucunda yapımı gerçekleştirilen
biyogaz tesislerinin birçoğunun aşağıda özetlenen nedenlerden
dolayı işletilemediği tesbit edilmiştir.

Tesis inşaatı konusunda yeterli eğitim sağlanamaması nedeniyle
inşaat hataları yapılmıştır.

Tesis sahipleri teknik bilgi yetersizliği nedeniyle tesisleri
işletememişlerdir.

Tesis işletmecileri danışman bir kuruluş bulamamışlardır.