Biyogaz Tesisleri ile Isı ve Elektrik Üretimi

Önceki yazımda biyogazın genel özellikleri ve oluşumuna değinmiştim şimdiki yazımda ise bu gaz ile ısı ve elektrik üretimi sağlayan biyogaz tesislerini ele alacağım. Biyogazdan enerji üretimi birçok disiplini bünyesinde barındıran özel tesislerle mümkün olmaktadır. Bu tesisler artık dünya üzerinde çok yaygınlaşmaya başlamıştır. Biyogaz ile enerji üreten biyogaz tesisleri, AB ülkeleri aşağıda gösterildiği gibidir.

Türkiye’de Biyogaz Tesisleri

Dünyada ise ABD, Çin, Hindistan, Japonya gibi ülkeler bu enerji kaynağını kullanır.

Ülkemizde ise Türk-Alman projesi kapsamında faal olarak 22 adet biyogaz tesisi bulunur. Bu tesisler ve planlanma aşamasında ki tesisler aşağıdaki resimde görülmektedir.

Aşağıdaki resimde ülkemizdeki hayvansal atıkların dağılımı gösterilmiştir.

Biyogaz Tesislerinde Isı ve Elektrik Üretimi

Biyogazdan enerji üretim tesisleri; Biyokütlenin reaktörlerle biyogaza dönüştürüldüğü ve ardından elektrik ve ısı üretilen tesislerdir. Biyogaz hava geçirmeyen, adyabatik ve kapalı bir sistem olan biyogaz reaktörlerinde üretilir. Biyogazın eldesi için oldukça uygun bir ortamdır. Biyogaz tesislerinde genellikle 3 tip reaktör bulunur bunlar; Balon, kule, çadır tipleridir.

Aşağıda resimde reaktör tipleri gösterilmiştir.

• Balon
• Kule
• Çadır

Aşağıdaki resimde biyogaz tesis şemasını görüyorsunuz.

Şekilde de gördüğünüz gibi gübre havuzunda toplanan biyokütle burada bir süre bekletilir ve belli zaman aralıklarında yeni biyokütle eklenir. Burada bekletilerek biyokütle üzerinde bakteri oluşumu sağlanır. Buradan ise biyokütle adyabatik hava geçirmeyen ön fermantasyon tankına gönderilir. Burada biyokütle karıştırılır ve sıkıştırılarak ön fermantasyona uğrar. Daha sonra reaktöre gönderilir.

Reaktör içinde yaklaşık olarak 40 ⁰C’de biyokütle önceki yazımda anlattığım proseslerden geçer yani bakterilerin ürettiği enzimlerle biyokütle ilk olarak sulu parçalanmaya uğrar. Daha sonra açığa çıkan asitlerle de biyokütle içindeki maddeleri parçalamaya başlar. Sonunda metan üreten bakteriler tarafından biyogaz üretilir. Reaktör içinde ise biyogaz üretimini hızlandırmak amacıyla biyokütle karıştırıcılarla karıştırılıyor. Üretilen biyogaz yaklaşık olarak %51 civarında Metan (CH₄), %48 civarında ise karbondioksit (CO₂) , %1 ise diğer gazlardan(H₂S, H₂O, N₂, H₂) oluşuyor.

Aşağıdaki resimde çadır tipi bir biyogaz reaktörünün karıştırıcısı ile birlikte gösterilmiştir.

Reaktörde oluşan biyogaz, reaktörün çatısında birikiyor buradan da metan yüzdesini arttırmak için birtakım proseslerden geçiyor. Bunun nedeni biyogaz enerji üretimi için metan oranının yüksek olması gerekir bu oran tesislerde yaklaşık olarak %96-98’e kadar çıkartılıyor. Öncelikle reaktör çıkışında biyogazın nem tutucularla nemi alınıyor ve buradan da hidrojen sülfürü ayrıştırmak için biyogaz desülfürizasyon ünitesine aktarılıyor.

Biyogazdaki hidrojen sülfür, çevresel zararları ve gaz motorlarında korozyona sebep vermesi nedeniyle giderilmesi gerekir. Biyolojik desülfürizasyon yüksek performans ve yüksek işletme maliyeti avantajı sağlar. Biyolojik desülfürizasyon ünitelerinde sülfüre duyarlı özel bakteriler kullanılır. Bu bakteriler belirli orandaki O₂ varlığında gazın içindeki H₂S’i elementer sülfüre ve sülfürik aside çevirerek gaz ortamından ayırırlar.

Desülfürizasyon ünitesi genel görünümü aşağıdaki gibidir.

Hidrojen sülfürden ayrıştırılan biyogaz buradan da gaz yıkama ünitesine gönderilir. Gaz yıkama sistemine Scrubber de denir. Biyogaz tesisleri ve işletmelerin faaliyetleri sonucu oluşan zararlı gazların ayrıştırılmasını sağlar. Bu üniteye gönderilen biyogaz yer çekimi kuvvetiyle veya yağmurlama sistemiyle aşağı doğru inen suyla karşılaşarak biyogaz içindeki karbondioksit (CO₂) suyla emilir ve metan oranı yüksek bir gaz açığa çıkar. Bu ünitede basıncın yükselip alçalmasıyla emilen karbondioksit (CO₂), bakteriler ve diğer zararlı gazlar açığa çıkar bu işlem tekrarlandığında geriye yaklaşık olarak %98 oranında metan kalıyor.

Gaz yıkama ünitesi genel görünümü aşağıdaki gibidir.

Gaz yıkama ünitesinden çıkan biyogaz özel kompresörlerle enerji üretim amacıyla gaz tankına gönderilerek burada bekletiliyor. Metan oranı yüksek olan biyogaz içten yanmalı motorlar veya gaz türbinlerinde kullanılarak elektrik ve ısı üretimi sağlanıyor. Üretilen elektrik, mevcut elektrik şebekelerine verilerek kullanılmaktadır. Üretilen ısınının bir kısmıysa fermantörlerin sıcaklığını sabit tutmak için, artan ısı ise tesisin yakınlarında bulunan tesis, ev v.b. için ısıtma amaçlı kullanılabilmektedir.

Aşağıdaki resimde biyogaz motoru ve kojenerasyon ünitesini gösterilmiştir.

Aşağıdaki resimde biyogaz kullanılan bir gaz türbin şeması gösterilmiştir.

Biyogaz santrallerinde enerji üretimi ısı ve elektrik enerjisinin aynı anda üretilebildiği kojenerasyon sistemiyle sağlanır. Kojenerasyon tesisine gelen yüksek saflıkta metan gazı içeren biyogaz termik makineler ile yakılıp ısı ve buradan da gaz türbinleriyle elektrik üretilir. Gaz türbiniyle üretilen bu elektrik şebekelere aktarılır. Elektrik üretiminde kullanıldıktan sonra oluşan atık ısı ise ısı geri kazanımıyla hanelerin ısıtılmasında kullanılır. Ayrıca biyogaz araçlarda biyoyakıt olarak kullanılabilmektedir.

Aşağıdaki resimde biyogazın yakıt olarak kullanımı gösterilmiştir.

Reaktör dibinde biriken atıklar ise tarımsal araziler için gübre olarak kullanılmak üzere ayırıcılardan geçerek sıvı ve katı gübre olarak tarım arazilerine gönderilir. Bu gübreler tarımsal arazilerin su tutma kapasitesini arttırarak tarımsal ürün kalitesini arttırır. Biyogazın atığının da kullanılmasıyla sistem çevrimi tamamlanır. Belirtildiği gibi biyogazın hiçbir atığı ziyan olmamıştır.

Tesislerde Biyogaz Üretiminde Etkili Olan Faktörler

Biyogaz tesisinde kullanılacak materyal ile ilgili etmenler;

• Materyalin cinsi ve içeriği
• Kuru madde ve organik madde oranı
• Partikül büyüklüğü

Biyogaz sistemindeki fermantör ile ilgili etmenler;

• Fermantörün yapıldığı malzeme
• Fermantörün boyutları ve hacmi
• Fermantörün bulunduğu yer
• Karıştırma, yükleme ve boşaltma sisteminin özellikleri
• Isıtma sistemi ve yalıtım özellikleri

İşlem süreci ile ilgili etmenler;

• Uçucu madde oranı
• Organik kuru madde oranı
• Hidrolik yükleme oranı
• Fermantasyon sıcaklığı
• Bekleme süresi

Biyogaz yaygınlaşması gereken bir enerji kaynağıdır. İlk yatırım maliyeti genel olarak RES ve GES’lerden kısmen düşük olup kendilerini kısa sürede amorti etmektedir. Ülkemiz hayvansal ve bitkisel atık yönünden çok zengindir. Gerek hayvancılık gerekse tarımsal üretim oldukça yüksektir. O halde bu enerji kaynağından ısı ve elektrik üretiminin ülkemizde yaygınlaşması enerji açığımızı kapatmamızda önemli bir etken olacaktır. Özellikle ısınmamızı ithal ettiğimiz doğal gazdan karşıladığımız günümüzde biyogaz hem dışa bağımlılığımızı azaltacak hem de temiz bir çevre sağlayacaktır.

Biyogazı sizlere iki bölümde anlatmaya çalıştım umarım bu yazılarım sizlere, özelliklede bu konuda araştırma yapmak isteyenlere faydalı olmuştur.

Aşağıdaki videoda biyogaz, eldesinden enerji üretimine kadar güzel bir şekilde anlatılmış.

Önceki yazımız: Biyogaz Nedir, Nasıl Elde Edilir