EVSEL ATIKLARDAN
BİOGAZ ÜRETİMİ (EVTİPİ BİOGAZ)
ÖZET
Türkiye genelin
de günlük atık miktarının 15.000 ton’a ulaşması çevresel açıdan daha uygun
yöntemleri beraberindegerektirmektedir.[22]Organik atıklardan anaerobik
şartlarda biyogaz üretimi hem çevresel hem de yenilenebilir enerji kazanımı
açısından önemlidir. Evlerde oluşan atıklardaki biogaz potansiyelini eve
kurulabilen sistem sayesinde evde kullanılabilir hale getirilmektedir. Sistem
evden çıkan yemek, meyve kabuğu vb. organik atıkların depoda toplanıp
karıştırılması ve oluşan metan gazının kullanılması ile gerçekleşmektedir. Evin
gaz ihtiyacının bir kısmı bu sistemden sağlanarak doğaya, ülke ekonomisine
katkı sağlanması amaçlanmaktadır.
1.GİRİŞ
Günümüzde
enerji önemli bir yer almaktadır. Birçok ülke enerji kaynaklarını elde etmek
için bir rekabet halindedir. Bu güne bakarsak sanayinin gelişmesiyle büyümesi
ile birlikte enerji ihtiyacı da aynı ölçüde artmaktadır. Bu sebeple elde edilen
enerjinin yüksek verimle kullanılması gerekmektedir. Türkiye dünya nüfusunda
%1,2’lik, enerji tüketiminde ise %0,8’lik bir paya sahiptir.[20]
İhtiyaçlarımızın karşılanması ve gelişim sürecinin sağlam bir şekilde
sürdürülmesinde ihtiyaç duyulan enerji; sanayi,konut gibi alanlarda
kullanılmaktadır. Sınırlı olan enerji kaynaklarından daha fazla yararlanmak
için yöntemler bulunmalıdır. Çünkü enerji fiyatlarının sürekli artış halinde
olması ve fosil yakıtlarının bir süre sonra bitecek olması enerji kaynaklarını
tespit ederek oluşan kaynaktan faydalanmayı zorunlu hale getirmiştir. Enerji ısı, ışık, elektrik, jeotermal ve benzeri
enerji türü kaynakları ile birlikte, diğer yenilenebilir doğal enerji
kaynaklarını da kapsayan büyük bir enerji topluluğu haline gelmiştir.
Genel
olarak biyogaz organik atıkların oksijensiz ortamda tepkimesi sonucu meydana
gelmiş bir gazdır. Biyogaz elde etmek içi temel
olarak ev atıklarını kullanırız.Evde oluşan atıklardan biyogaz üretimi ile tek bir evin ısıtma ve doğalgaz
giderlerini karşılar.
2. Çalışmanın Amacı ve Önemi
Önemi; Türkiye
de ihtiyaçların çok hızlı bir şekilde artmasından dolayı sosyal ve endüstriyel
gelişmeler ile bazı problemler oluşmuştur. Enerji ihtiyacının büyük bir kısmını
yurtdışından ithal etmektedir. Ülkemizde var olan yenilenebilir enerji
kaynakları verimli kullanılırsa enerjide dışa bağımlılık kalmayacaktır. Bu
nedenden dolayıbiyogaz bu problemler için en etkili çözüm haline gelmiştir.Ev
de oluşan çöpleri çöp atık merkezlerine göndermek yerine bu çöpleri kullanarak
ev ve ülke bütçesine katkı amaçlı kullanacağımızı düşündük.
Amacı; Isı ve elektrik enerjisi
dönüşümünü en masrafsız ve kolay şekilde üretmek içindir. Bir diğer amacı da
organik atıkların kontrollü şekilde depolanması ve koku sorununun büyük ölçüde
çözmek vetarımda organik gübre kullanmak. Evde
biriken atıklarıdeğerlendirerek ocak, şofben,kalorifer gibi alanlar da
kullanarak evin bütçesine katkı sağlamış olduk.
3. BİYOGAZ
Biyogaz
sistemlerin de ana mantık eve ve ülkemize gelir sağlamaktır. Biyogaz
tesislerinde kurulumları ile birlikte ev de oluşan atıkları anaerobik çürütme yöntemi ile metan gazına
dönüştürmektir. Dönüştürdükden sonra bu metan gazını çeviri cihazlar ile elektrik,
ısı enerjisine dönüştürülür.
Biyogaz
dünya da hem gelişmiş hem de gelişmekte olan ülkeler de tarımsal,endüstriyel,hayvan
atıkları biyogaz üretimin de çok yaygın bir şekil de kullanılmaktadır. Evlerde oluşan
atık/atıklar (meyve kabukları, yemek artıkları vb) ile biyogaz üretilebilir.
Çin ve Hindistan gibi gelişmekte olan ülkelerin kırsal bölgelerinde basit
teknoloji ile kurulmuş on binlerce aile tipi anaerobik çürütücü bulunmakta ve
üretilen biyogaz yemek pişirme ve aydınlatmada kullanılmaktadır.
Biyogaz
3 ana aşamadan meydana gelmektedir.İlk aşama hidroliz aşamasıdır. Bu aşamada salgılanan enzimler ile çözünür halde bulunmayan
maddeler çamur içerisinde çözünür hale dönüşme işlemidir.Çözünür hale dönüşmüş
organik maddeler küçük yapılı maddeleri de asit oluşturma ile gerçekleşir. Daha
sonra bu gazlar Hidrojen ile karbondioksit sentezi sonucunda biyogaza
dönüştürülmesi ile gerçekleşir.
Organik
atıkların biyogaz üretiminde kullanılmasıyla aşağıdaki faydalarda
sağlanmaktadır:
Koku
problemini minimuma indiririz, su kaynaklarını koruruz, yabancı bitki tohumları
yok edilrek güvenlik sağlanır, evsel atıklar kullanıldığı için sinek üremesi
önlenir. Kontrolsüz sera gazı salımı engellenir ve bu nedenle gübre kokusu
azalır.
3.1. Üretiminde
Kullanılabilecek Atıklar
Biyogaz genel olarak organik maddelerden(atıklardan)
kullanılabilir gaz halinde üretmemizi sağlar.
Elde etme bakımında ayrıştırma gerektiği için atık madde olarak bitkisel veya
hayvansal atıklar kullanılır. Özellikle ev tipi organik atıklardan daha fazla
gaz elde edilir; Süt, meyve ve sebze kabuk yada diğer atıkları, yumurta yağ vb
atıklar ile gerçekleşir.[33]
|
ATIK
|
Taze Katı (%)
|
Uçucu Katı(%)
|
BİYOGAZ VERİMİ
Litre/Kg |
|
TAVUK ATIĞI(YUMURTA)
|
10-35
|
70-75
|
310-620
|
|
TAVUK ATIĞI(ET)
|
50-90
|
60-80
|
550-650
|
|
BUĞDAY ATIĞI
|
70-92
|
85-93
|
200-300
|
|
MISIR ATIĞI
|
80
|
91
|
350-480
|
|
PİRİNÇ ATIĞI
|
89
|
93
|
170-280
|
|
KÜSPE
|
65
|
78
|
140-190
|
|
SEBZE ATIĞI
|
5-20
|
75-86
|
300-400
|
|
YAPRAKLAR
|
80
|
90
|
300-400
|
|
SÜT
|
8-12
|
90
|
350-800
|
|
KONSANTRE SÜT
|
20-25
|
90
|
250-500
|
|
YEMEK ATIKLARI
|
10 18
|
80 95
|
500-600
|
Tablo 1. Evsel atıkların biyogaz verimi
Tablo 1 ‘de
görüldüğü gibi evsel atıkların biyogaz verimi gösterilmiştir. En çok verimi
tavuk atığı(et) olarak 500-600 litre arası gaz verimi oluşur. Bir diğer verim
artışı olarak yemek atıklarını görüyoruz; 500-600 litre arası gaz elde
edebiliyoruz.
Tavukatığıyumurtaveettavukçuluğuna göre
değişik verimler sağlayabilir.Tavuklar da yumurta atıkları sürekli
alınmakta ve kullanılmaktadır.
3.2. Reaktörler
Reaktör; Organik atıkların
toplanıldığı alandır. Bu alan hava almayacak şekil de yapılmış ve içinde ki
atıkları karıştırmak için içinde bir karıştırıcı olan alandır. Karıştırma
işlemi ile atıkların kimyasal tepkimeye girmesi hızlandırılır. Bu alana
sıcaklığı koruyabilmek için ısıtıcı da eklenebilir. Sıcaklık değeri olarak 35C’nin
altında olması gerekir aksi takdir de atıklardaki gaz oranı değişmektedir. Sıcaklık
ile gaz üretimi doğru orantılıdır;sıcaklık azalırsa gaz üretimi de azalır,
artarsa üretim de artar. Birden fazla reaktör çeşidi bulunmaktadır.
Bir ve İki aşamalı Reaktörler; Bir aşamalı Reaktör de önce anaerobik bir şekilde gerçekleşen aşamalar bir metaryal tank içerisinde yerleştirilir. İki aşamalı reaktör de fermante olmuş olan materyal depolama ve gaz toplama işlemleri birleştirilir.
Kuru ve Yaş Reaktörler; Yaş reaktör çim silajı için sulandırma gibi bir işlem gerektirmektedir. Günümüze bakarsak bu reaktörler; katı atıklar, biyolojik atıklar için geliştirilmiş.reaktör.çeşitleridir.
Sürekli ve Kesikli Reaktörler; Kesikli reaktörler içi hammadde ile doldurulmuş bir tankın içinde doldurulur. Doldurulduktan sonra atıklar yalıtılır ve fermantasyon işlemi bitinceye kadar bu şekilde kalır. Sürekli tip reaktörler de ise hammadde düzenli ve sürekli bir şekilde doldurulur. Kesikli reaktörler de ise ; tek aşama, ardışık kesikli ve hibrit kesikli reaktörler kullanılır.
Düşük ve Yüksek Hızlı Reaktörler; Bu reaktörler sistem hızına bağlı olarak düşük yada yüksek hızlı reaktörler olarak gruplandırılır. Düşük hızlı reaktörler de büyük hacimli reaktörler ve anaerobik temas reaktörler bulunabilir. Her iki reaktör çeşidi de endüstriyel uygulamalarda.kullanılabilir.
Güneş Enerjili Destekli Biyogaz Reaktörler; Elde edilen biyogaz miktarını ve değerini etkileyen en önemli etmenlerden biridir. Fermentasyon sıcaklığı. Sıcaklık değerinin 38-87 C ara değerinde sıcaklık değerinin sabit tutulması gerekmektedir. Kış aylarına bakarak bu sıcaklık değerini korumak için ekstra ısıtma desteğine ihtiyaç duyulur. Bu ısıtmayı güneş enerji.sistemi.ile.sağlanmasıdır.
Biyogaz sistemin de güneş enerjisini
kullanım alanına göre aktif ve pasif olmak üzere 2’ye ayrılmaktadır.Pasif tipli
reaktörler de üstü ne ışığı geçirebilen bir örtüyle yapılmaktadır. Yüzey
kısmını siyah boya ile kaplarız ve gelen güneş ışınının soğurulmasını
sağmaktadır. Bu sayede.ısı.kayıplarını.düşürmektedir.
Güneş enerjisinin bir diğer kullanılığı alan da aktif sistemdir. Bu sistemde düzlemsel güneş kolektörlerinden yararlanmıştır. Pasif sistemden ayrı olarak diyebiliriz ki bu sistem de sirkülasyon pompası, ısı eşanjörü ve genellikle sıcaklığı sabit tutmak için otomasyon sistemi kullanılmaktadır.[1]
Güneş enerjisinin bir diğer kullanılığı alan da aktif sistemdir. Bu sistemde düzlemsel güneş kolektörlerinden yararlanmıştır. Pasif sistemden ayrı olarak diyebiliriz ki bu sistem de sirkülasyon pompası, ısı eşanjörü ve genellikle sıcaklığı sabit tutmak için otomasyon sistemi kullanılmaktadır.[1]
4. EV TİPİ BİYOGAZ
Günümüze bakarsak her evde tüketim sonucunda çeşitli
organik atıklaroluşmaktadır. Bu oluşan atıklarçöpe gönderilir. Çöplerde
toplanılan bu atıklar yer kaplamakta, koku ve yangın gibi sorunlara yol
açmaktadır. Bu çöpe gönderilecek olan atıklardan organik olanları evde
kurulan
sistemde depolayarak gaz üretiminde kullanarak çevreye ve ev bütçesine katkı
sağlanabilir. Türkiye’de kişi başına günde 0,6kg evsel organik atık olmak üzere
genel ortalama 1,0kg atık oluşmaktadır[23].
Buna göre günde 68.000 ton, yılda toplam 28,4
Milyon ton civarında evsel nitelikte organik gıdaların kullanılmadan atıldığı
tahmin edilmektedir.[23]
Evsel organik katı atıklar
içindeki geri kazanılabilir atıklar tam bir ayrıştırmaya tabi tutulsa,
depolanacak atık hacminde yaklaşık % 35 oranında bir azalma
gerçekleştirilebilir. Ağırlık olarak ise evsel atıklarımızın % 12’si geri
kazanılabilir atıklardır. Bu da yıllık olarak yaklaşık 3 milyon tona karşılık
gelmektedir.Evsel katıatığın
%65.5inin yaşevsel atık olduğu varsayıldığında ortaya çıkan değer ise 352,4 gr
gün\kişi L' dir.[24]
Türkiye’de İstanbul’u örnek
verirsek kişi başına düşen atık miktarı 1 kilodan fazladır. Genel olarak her
gün 20 ton atık üretilmektedir.Bu atıklar sebze, meyve, et mamulleri,
yumurtalar şeklinde çoğaltılır.Bizim çalışmamız da evde oluşan çöpleri çöp atık merkezlerine göndermek yerine bu
çöpleri kullanarak ev ve ülke bütçesine katkı amaçlı kullanmaktır.
76 milyon nüfusluk Türkiye de günde yaklaşık olarak 1,31kg*
76 milyon = 100 bin ton/gün ev atığı çöp olarak çıkmaktadır.[24] Türkiye de
evsel katı atıklarının %50’den fazlası eorobik bir şekilde fermante edilerek
parçalanır.Bu atıkları evlerde değerlendirebilmek için tek reaktörlü
biyogaz sistemi tasarlanmıştır. Tek reaktörü seçme nedenimiz çalışması basit ve
maliyetin düşükolmasıdır. Yapacağımız fermantasyonun bütün aşamaları bir tank
içerisinde yerleştirilir. Tek reaktör de hidrolitik ve asitleşme aşamaları gerçekleştiririz.
Bu işlemde kuru-kesikli sistem ve yaş-sürekli sistemler kullanılır.
1
m3 biyogaz ile şunlar yapılabilir:
·
2 BG motoru 1saat süre ile çalıştırabilir,
·
60 W eşdeğerindeki fitilli bir lambayı 7
saat süre ile çalıştırabilir,
·
4 kişilik bir ailenin üç öğün yemeğini
pişirebilir,
·
300 litrelik bir buzdolabını 3 saat süre
ile çalıştırabilir,
·
1.25 kw-h elektrik enerjisi üretebilir.[24]
Ülkemizde genel nüfus
70.000.000’dur. Burda kişi başına günlük 1kg atık düşmektedir. Bu
atıkların % 34' ünün mutfak atığı olduğunu biliyoruz. Buna göre;
70.000.000 x 1 x 0,34 = 23.800.000 kg
70.000.000 x 1 x 0,34 = 23.800.000 kg
Yıllık olarak bakarsak eğer 23.800.000 x 365 = 8.687.000 ton mutfak atığı şu an heba olmaktadır.[2]
210 litre hacimli sistem de; Bir
aylık metan gazı üretim hesabı şu şekildedir;
210 lt * 60 ( 30lt su + 30kg atık ) / 100 ( % üzerinden ) = 126 litre oluşmaktadır bu kadar litre de 0,126 m3 metan gazı üretilmektedir.
210 lt * 60 ( 30lt su + 30kg atık ) / 100 ( % üzerinden ) = 126 litre oluşmaktadır bu kadar litre de 0,126 m3 metan gazı üretilmektedir.
4.1 Sistemin Genel Yapısı
Sistemimiz evlerde kullanılmak üzere
tasarlanmıştır. Müstakil evlerde bahçe, odunluk gibi alanlara
yerleştirilebilir. Apartman dairesinde kullanılacak ise sistemi apartmanın
balkonuna yerleştirebiliriz. Sistemi konumlandırdıktan sonra sistemin gaz
borusunu apartmanın yada müstakil evin ocak, şofben, kat kalorifer sistemi ile
bağlantısını oluştururuz.
4.2. Sistemin Çalışması
Sistemin sol üst köşesine atık döküm yeri
oluşturduk. Atıkların sisteme dâhil edilmesi sırasında önceden oluşmuş olan
gazın kaybolmaması için gazın biriktiği kubbe kısmı ile fermantasyonun(karıştırma
işlemi) yapıldığı yer arasına kapak yerleştirildi. Atık sisteme dâhil edilirken
kapak kapanarak gaz çıkışı engellenir, sisteme atık takviyesi ve bulamaç çıkışı
yapıldıktan sonra kapaklar açık konumda gazın kubbede toplanmasına imkân
sağlamaktadır.
Sistem için hazırlanan atıkları atık döküm
yerinden atığın kilosu kadar litre boyutunda su ilave ederek haznemize
boşaltırız. 30 L atığa 30 L su dökülüp karıştırılması gerekmektedir. Bu
işlemden sonra Karıştırma ünitesi çalıştırarak atıkları bulamaç haline getirene
kadar karıştırırız. Karıştırma işlemi karıştırıcılara bağlanan matkap motoru
ile yapıldı. Karıştırma süresi 30 dk
sürmesi yeterlidir. Günde birkaç kere karıştırabiliriz. Karıştırma işlemin de
amacımız gaz üretimindeatıklarıparçalayarakgaz oranını arttırmaktır.
Gaz üretimi için bekleme.süresi.olarak.aşağıdaki.formül.kullanılır;
Bekletme.süresi=.Sistemin.hacmi./.Atık.miktarı
Örnek.verirsek;
Bekletme süresi= 210lt hacimli(sistemimize) / 30kg(atık miktarı)=7 gün bekleyeceğiz.
Ev atığın da, metan gazı veya biyogaz elde edebilmek için en fazla başvurulan yöntem, kesik besleme yöntemidir.[1]
Örnek.verirsek;
Bekletme süresi= 210lt hacimli(sistemimize) / 30kg(atık miktarı)=7 gün bekleyeceğiz.
Ev atığın da, metan gazı veya biyogaz elde edebilmek için en fazla başvurulan yöntem, kesik besleme yöntemidir.[1]
Sistemde belli bir süre
(15-20 gün) bekletilen atık, bu süre içinde fermantasyona uğrar ve gaz elde
edilir. Elde dilen bu gaz sistemin kubbesinde biriktirilir. Sistemdeki atıktan
yaklaşık 2 ay kadar verim alınabilir. 15-20 gün önce doldurulmuş
ve biyogaz vermeye başlamış olan tesisten, aşağıyukarı 2
ay kadar verimli bir şekilde gaz alınır ve bu süreden sonra, giderek gaz verimi
düşer.Bu nedenle bulamacın
ortalama her iki ayda bir boşaltarak, yenidentaze ev atığıyla doldurmak
gerekir.Bulamaç çıkışı sistemin altında
bulunmaktadır. Bu bulamacı gübre olarak saksı çiçeklerinde veya bahçelerde
kullanabiliriz.
Tankın her dolduruluşunda fermantasyon
oluşumutamamlanıp biyogaz üretiminin başlaması için 10-20 gün kadar
beklenir. Bu nedenle üretim,belli aralıklarla kesintiye uğrar. İşte bundan
dolayı, sözü edilen biyogaz üretimyöntemine kesik besleme ve kesik üretim yöntemi adı
verilmiştir.
1 kilo ev atığı, 30 gün bekletme ve
20°C sıcaklıkta 0,15 litre biyogaz verir, eğer bekletme süresi 100 güne ve
sıcaklık 33°C'ye çıkarılırsa, 0,54 litre biyogaz alınabilir.[26]Yeni karışım
eklemeden önce, en az 30-35 gün bekletme süresi olmalıdır çünkü alınabilecek
metan gazının yarısı bu süre içinde ortaya çıkar. Diğer yarısı ise daha yavaş
bir hızda ileriki günlerde çıkacaktır. Sistemin kurulduğu ev sahibi tercihine
göre sistemi istediği zaman boşaltıp yeni atık ekleyebilir. Sistemi iki ayda
bir boşaltmak en ideal olanıdır.
Bekleme süresi bittikten sonra kubbede depolanan gazı, bir
hortum ile ocak, şofben vb. yerlerde kullanmak üzere dağıtabiliriz.
Kubbede gaz birikmesi fazla olduğunda tehlike
yaratmaması için sistemi gaz, ısı ve basınç sensörü ile takip edilmektedir.
Sistem uyarı verirse gaz otomatik olarak evdeki doğalgaz şofben sisteminde
ısıtma amaçlı kullanılabilir.
Resim3: Sistem iç yapısı
4.3. Sistem Teknik Özellikleri
Saçtan yapılmış mekanizmanın aşağıdaki özelliklere sahip olması
gerekmektedir. 210 litre hacimli bir sistem geliştirdik. Bu oluşan sistemin
%100 bir şekilde sızdırmazlık testi gerekmektedir. Hava değişimlerinden dolayı
mamül çeliktir ve soğuk çekmeli şekildedir. Kapak olarak vidalı çember
kullanılır, plastik veya metal pim kilitli olması gerekiyor.
Kullanacağımız ana sistemin
ölçümleri aşağıda Tablo 2 de verilmiştir.
|
HACIM
|
ÇAP
|
YÜKSEKLİK
|
SAÇ KALINLIĞI
|
AĞIRLIK
|
|||
|
LİTRE (LT)
|
İÇ ÇAP
(mm) |
DIŞ ÇAP
(mm) |
İÇ YÜK
(mm) |
DIŞ YÜK
(mm) |
GÖVDE (MM)
|
KAPAK (MM)
|
KG
|
|
210
|
571.5
|
60
|
846
|
880
|
0.70
|
0.80
|
13.30
|
Tablo 2. Sistemin ölçüleri
Saçtan yapılmış mekanizmanın ana
ölçümleri yukarıda ki bilgiler de verilmiştir. Mekanizmaya atılan atıkları
karıştırmak için 50 cm Boyutunda demir çubuk ve matkap motoru yerleştirdik.
Atık döküm yeri ile gazometre(gazın birikeceği) yer arasına 60 cm boyutunda
çubuk anahtar yerleştirdik. Bulamaççıkışı ve gaz çıkış yeri için 6 cm çapın da
2 ayrı çıkış noktası koyduk. Atık döküm yeri için de 10 cm’lik çıkış noktası
koyduk. Gazometre de ki gazın basıncını ölçmek için Gaz basınç sensörü
monteledik. Bulamaç atık çıkışı için 1
adet tıpa yerleştirdik. Sistemin son kısmı olarak da oluşan gazı tüp gaz
hortumu ile gazı istenilen yere gönderiyoruz.