Biyogaz Nedir, Nasıl Elde Edilir

Biyogazı sizlere iyi bir şekilde anlatmak için ve bu enerji kaynağının içeriği çok geniş olduğundan bölümlere ayırarak anlatmayı tercih ettim. Biyogazı anlayabilmek için öncelikle fermantasyon kavramını tanımlamak istiyorum. Fermantasyon, organik maddelerin çeşitli bakteriler tarafından genelde ısı vererek kimyasal olarak çürümesi olayıdır. Biyogaz ise genellikle hayvansal, bitkisel, evsel ve endüstriyel atıkların havasız bir ortamda fermantasyonu sonucu elde edilen, yapısında büyük oranlarda metan ve karbondioksit gazı bulunan yanıcı bir gazdır.

Biyogaz enerjisi bir bakıma güneş enerjisinin hayvanlar ve bitkiler bünyesinde biriken enerjidir. Havasız çürütme için uygun ortam koşulları doğada özellikle yaz şartlarında kolayca sağlanabildiği için biyogaz doğada kendiliğinden de oluşabilmektedir. Doğal gazla büyük benzerlik gösterir ama arasındaki en büyük farklılık biyogaz doğal gaza göre yenilenebilir bir enerji türüdür. Biyogaz üretildikten sonra geriye organik açıdan zengin gübre kalmaktadır. Bu gübrede tarımsal arazilerde kullanılabilmektedir.

Biyogaz Nasıl Elde Edilir

Biyogaz, doğalgazın kullanım alanlarıyla paralel olarak kullanılabilen bir enerji kaynağıdır. Biyogaz kullanım alanları aşağıdaki gibi sıralanabilir,

• Doğrudan yakarak ısınma ve ısıtma,
• Motor yakıtı olarak kullanımı suretiyle ulaşım
• Türbin yakıtı olarak kullanımı ile elektrik üretimi,
• Yakıt pillerinde kullanımı,
• Mevcut doğal gaza katılarak maliyetlerin düşürülmesi,
• Kimyasal maddelerin üretimi sırasında biyogaz kullanımı

Biyogaz kullanımının üstünlükleri;

• Çevre dostudur,
• Yenilenebilir bir enerji kaynağıdır,
• Son ürünü organik açıdan zengin gübredir,
• Az maliyetli atık yönetimi imkanı sağlar,
• Kırsal kesimin gelişmesine olanak sağlar,
• Sera gazlarının salınımını azaltır,
• Endüstriyel gelişimle birlikte yeni istihdam alanları yaratır.

Aşağıdaki resimde biyogaz döngüsü gösterilmiştir.

Biyogaz üretiminin tarihsel gelişimi 

Biyogaz ilk defa 18. Yüzyılın ortalarında Volga tarafından tanımlanmıştır ve günümüze kadar sürekli geliştirilmiştir. İlk oksijensiz (anaerobik) çürütme tesisi Hindistan’ın Bombay kentinde bir hastanede 1859 yılında yapılmıştır. Pasteur’ün bir öğrencisi olan Gayon, hayvan gübresi ile olan çalışmalarını 1883-1884 yıllarında yapmıştır. Bu çalışmalar neticesinde elverişli şartlarda oluşturulan gaz miktarının büyüklüğü, Pasteur’ü ve ondan sonraki araştırmacıları farklı alanlara yönlendirmiş ve bu gazın ısıtma ve aydınlatmada kullanılabileceği ortaya atılmıştır. Atık su arıtma ve bu yolla biyogaz üretimi tesisi ilk olarak 1895 yılında İngiltere’de kurulmuştur. 1897 yılında Cameron, septik tanklar adını verdiği sistemlerin patentlerini alarak bu tankları mühendislik açısından geliştirmiştir.

Oksijensiz çürütme işlemlerinin gelişimi 19. Yüzyıl’da da devam etmiştir. Almanya’da Imhoff’un çalışmaları ön plana çıkmıştır. Imhoff, 1906 yılında iki kademeli anaerobik arıtma tesisini kurmuştur. 1907 yılında biyogazdan bir gaz motoru yardımıyla enerji üretimi sağlanmıştır.

1920 ve 1930 yıllarında Buswell ve arkadaşlarının çalışmalarıyla sistemlerin kimyasının anlaşılması sağlanmıştır ve 1947’nin sonlarında çürümede etkin olarak mikroorganizmaların rol oynadığı ortaya konmuştur. II. Dünya savaşı ile birlikte günümüzde kojenerasyon olarak adlandırılan hem ısı hem de elektrik üretiminde biyogazın kullanıldığı proses uygulamaları başlatılmış ve oksijensiz ortamda çürütme prosesleri günümüze kadar sürekli geliştirilmiştir.

Biyogaz Üretim Süreci

Biyogaz, çeşitli bakterilerin faaliyetleri sonucu 4 ana basamakta üretilir. Biyokütle içerisindeki karbonhidratlar, yağlar, proteinler gibi büyük moleküllü karbon kaynakları bu 4 aşama ile metan ve karbondioksite kadar parçalanmaktadır.

1. Hidroliz fazı
2. Asidojeniz(Asit üretim) fazı
3. Asetojeniz (Asetik asit üretim) fazı
4. Metanojeniz (Metan üretim) fazı

Bu aşamalar isimlerini kendi bakterilerinden alırlar. Bunlar hidroliz, asidojenik,asetojenik ve metanojenik bakterilerdir.

Hidroliz fazında biyo kütle içerisindeki protein, yağ ve karbonhidratlar kendilerinden daha küçük olan aminoasit, yağ asidi ve monosakkaritlere ayrışır. Açığa çıkan bu daha küçük moleküllü bileşikler asidojeniz fazı ile laktat, etanol, bütirat, propionat gibi bileşiklere daha sonra da asetojeniz fazı ile asetik asit, karbondioksit ve hidrojene parçalanır. Son aşama olan metanojenizde ise asetik asit, karbondioksit ve hidrojen metan ve karbondioksit gazı içeren biyogaza dönüştürülür ve geriye ise parçalanamayan gübre niteliğindeki kısım son ürün olarak kalır.

Aşağıdaki resimde biyogaz üretim süreci gösterilmiştir.

Aşağıdaki resimde hidroliz bakterisi gösterilmiştir.

Aşağıdaki resimde metan bakterisi gösterilmiştir.

Biyogaz Bileşimi

Genellikle üretilen biyogazın bileşiminde %52 oranında metan gazı (CH₄) , %45 oranında ise karbondioksit (CO₂) ve %2’lik kısım ise hidrojen sülfür (H₂S), oksijen (O₂), azot (N₂), hidrojen (H₂) ve karbon monoksit (CO)’ten oluşur. Biyogaz bileşimindeki metanın yanıcı etkisi yüzünden enerji açısından değerli bir gazdır. Yine içerisindeki hidrojen sülfürün su ile karışımı sonucunda oluşan asidin korozif etkisinden dolayı üretim tesislerinde dikkat edilmesi gereken bir gazdır. Ayrıca, hidrojen sülfürün insan sağlığı için zehirleyici etkisi de vardır. Metan gazı normalde renksiz ve kokusuz bir gaz olmasına rağmen biyogaz içeriğindeki hidrojen sülfürden dolayı çürük yumurta gibi kokar. Biyogaz içeriğindeki hidrojen sülfürün oranı artıkça bu koku keskinleşmektedir.

Organik madde çürüme akışı aşağıdaki resimde gösterilmiştir.

Biyogaz üretim kaynakları

Biyogaz üretimi için çürüyebilen organik hammaddeler kullanılır ve bunlar tarımsal faaliyetlerden, evsel atıklardan ve endüstri kaynaklı atıklardan gelen organik atıklar olarak üç kategoride sınıflandırılabilir.Tarımsal faaliyetler sonucu bitkisel ve hayvansal atıklar açığa çıkmaktadır.

• Tarımsal atıklar: buğday, arpa, çavdar, yulafın sap ve samanı, mısır silajı, şeker pancarı atıkları, küspe atıkları, çimen v.b.
• Hayvansal atıklar: büyükbaş, küçükbaş, kümes hayvanı ve domuz gübresi v.b.
• Evsel organik atıklar: Yemek atıkları, meyve ve sebze atıkları ve diğer yeşil atıklar.
• Endüstri atıkları: Yulaf posası, nişasta atıkları, peynir altı suyu, zeytinyağı işleme artıkları, zeytin küspesi, meyve posası (meşrubat sektörü), meyve ve sebze artıkları, mutfak atıkları, mezbaha atıkları, arıtma çamurları, hayvansal yan ürünler v.b.

Aşağıdaki tabloda gösterilen hammaddeler 1 ton materyal başına üretilebilecek biyogaz miktarını m³ biyogaz/ton hammadde cinsinden gösterir.

Biyogaz çok çeşitli yöntemlerle üretilip kullanıldığı için bu konuyu bölümlere ayırarak anlatmaya çalıştım umarım biyogaz ile alakalı yazımın 1. bölümü sizlere faydalı olmuştur. Bir sonraki biyogaz yazımda ise biyogaz tesisleri hakkında bilgi vereceğim.

Biyogaz nasıl elde edilir animasyon video.