Ev tipi biyogaz hakkında hersey :)

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]

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

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.

Süresi: 210lt / 60 ( 30lt su + 30kg atık ) =  3,5 gün sonunda metan gazı oluşmaya başlıyor, 20-30 gün sonunda ise 0,126 m3 toplam metan gazı üretilmesi beklenilmektedir.[32]

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]

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.