Biyogaz Teknolojileri

Biyogaz Nedir?

Organik maddelerin anaerobik fermentasyonu sonucunda elde edilen biyogaz, özellikleri nedeniyle doğal gaza benzeyen yanıcı bir gazdır. Biyogaz, %40-70 metan (CH4), %60-30 karbondioksit (CO2) ve diğer gazlardan hidrojen sülfür (H2S), azot (N2), hidrojen (H2), karbonmonoksit (CO) oluşur. Doğal gaz veya LPG ile çalışan tüm cihazlarda, küçük büyük modifikasyonlar yapılarak rahatlıkla kullanılabilir. Biyogaz sistemlerinin çekiciliği, çevresel ve sağlık ile ilgili sorunlara yol açan organik atıkları girdi olarak kullanması ve bu atıkları değere çevirmesindedir.

Özellikle kırsal kesimde oldukça fazla miktarda bulunan hayvansal atıklar, biyogaz sistemleri için en önemli girdilerdendir. Bu atıklar ya uzun süre bekletilerek tarımsal uygulamalarda gübre olarak kullanılmakta, ya da tezek denilen forma çevrilerek verimsiz bir şekilde yakılmaktadır. Biyogaz teknolojilerinin önemi burada ön plana çıkmaktadır. Bu sistemler, hayvansal atıkların bekletilmeden kullanılmasına olanak tanımakta, enerji içeriği yüksek olan biyogazla birlikte, yabancı ot tohumlarının ve patojenlerin giderildiği, bitkilerin kullanımına elverişli formda yüksek azot içeriğine sahip organik gübre sağlamaktadır.

Biyokütle Enerjisi Nedir?

Biyokütle, 100 yıllık periyottan daha kısa sürede yenilenebilen, karada ve suda yetişen bitkiler, hayvansal atıklar, gıda endüstrisi ve orman yan ürünleri ile kentsel atıkları içeren, biyolojik kökenli fosil olmayan tüm organik madde kitlesi olarak tanımlanmakta, bu kaynaklardan elde edilen enerjiye de biyokütle enerjisi adı verilmektedir. Biyokütlede enerji depolanması fotosentez yoluyla olmaktadır ve verimi %1’in altındadır. Dünya genelinde fosil enerji tüketimi, yıllık güneşten gelen toplam ışınımın %0,01’ine denk gelmektedir. Genel olarak, fotosentez yoluyla depo edilen enerji, yıllık global enerji tüketiminin 10 katı civarındadır. Fakat bu enerjinin %1,5’inden daha az miktarı kullanılmaktadır.

Anaerobik Fermentasyon

Anerobik fermentasyon, organik malzemelerin oksijensiz ortamda yaşayan bakteriler tarafından bozulmasıdır. Bu bozulma sonucunda organik gübre ve biyogaz açığa  çıkmaktadır. Aerobik fermentasyonda ise başlıca karbondioksit ve kompost gübre elde edilir. Anaerobik fermentasyonda ise arobik fermentasyonun tersine, organik maddelerin mineralizasyonu çok az miktarda yani bakteri hücresi üretimiyle mümkün olmaktadır.

Biyogazın Tarihçesi

Şaşırtıcı olabilir ama biyogaz, Asurlular tarafından M.Ö. 1000 yıllarında kullanılmaya başlanmıştır. M.S. 23-79 yılları arasında yaşayan Plinius, bataklıkların üzerinde titreyerek yanan alevlerden bahsetmektedir. 17. Yüzyılda Jan Baptista Van Helmont organik maddelerin bozunumuyla yanıcı gaz üretildiğini belirtmiştir. 1682 yılında Robert Boyle, hayvansal ve bitkisel atıkların çürütülmesiyle gaz üretiminin sağlandığını ifade etmektedir. Kont Alessandro Volta 1776 yılında, bozunan organik madde miktarı ile üretilen yanıcı gaz miktarı arasındaki ilişkiyi göstermiştir. 1804-1810 yıllarında Jhon Dalton, Sir Humphry Davy ve William Henry sığır gübresinden anaerobik fermentasyonla metan üretiminin gerçekleştirildiğini ispatlamıştır. Avagadro CH4’Ü 1821’de tanımlamıştır. 1868’de Bechamp ve 1873’te Popoff, metan üretimine neden olan olguyu bakterilere bağlamıştır. Tarihçesi bu şekilde alıntılar ile M.Ö. yüzyıllardan günümüze kadar devam etmektedir.

Biyogazın Oluşum Aşamaları

Biyogaz üretimi, dört ana aşamadan oluşan, mikroorganizmalar tarafından yönetilen, hassas bir biyokimyasal reaksiyon zinciridir. Bu süreç, organik atığın değerli metan gazına dönüştürülmesini sağlar. Biyogaz oluşumun başlıca adımları şunlardır:

• Hidroliz (Parçalama Fazı): Biyokütleyi oluşturan kompleks organik polimerlerin (karbonhidrat, protein, lipidler) hidrolazlar adı verilen ekstraselüler enzimler aracılığıyla parçalanmasıdır. Çözünmez polimerlerin, hücre zarlarından geçebilecek basit, çözünür monomerlere ayrıştırılması.

• Asidojenez (Asit Oluşturma Fazı): Hidrolizden elde edilen monomerlerin, asidojenik bakteri grupları tarafından fermente edilmesidir. Uçucu yağ asitleri, alkoller, laktik asit ve inorganik gazların oluşumu.

• Asetojenez (Ana Ürün Oluşturma Fazı): Asidojenez ürünlerinin asetojenik bakteriler tarafından asetat, H2 ve CO2’ye dönüştürülmesidir. Bu reaksiyonlar, termodinamik olarak ancak H2 kısmi basıncının düşük tutulmasıyla mümkündür. Bu metanojenik arkelerle zorunlu bir ortak yaşam (simbiyoz) gerektirir.

• Metanojenez (Enerji Üretim Fazı): Metanojenik arkelerin son metabolik aktivitesi ile asetatın, H2 ve CO2’nin metan CH4 ve CO2’ye dönüştürülmesidir. Asetoklastik metajonez ve hidrojenotropik metanojenez.

Biyogazın Kullanım Alanları

Biyogaz doğrudan yakılarak, sıcak su ve sıcak hava elde etmede, kurutmada, buhar elde ederek ısı ve güç üretiminde kullanılabilir. İçten yanmalı motorlarda yakıt olarak kullanılarak, mekanik iş ve elektrik elde edilebilir. Diğer bir kullanım alanı da absorpsiyonla ısıtma ve soğutmadır. Gaz türbinlerinde kullanım ise içerdiği su buharının ve diğer kalıntı gazların tamamen giderilmesini gerektirmektedir. Özellikle elektrik şebekesine bağlı olmayan kırsal yerleşimlere sahip ülkelerde, küçük ölçekli çiftliklerde biyogaz doğrudan yakılarak aydınlatma amaçlı olarak da kullanılabilmektedir. Biyogazın kurutmada ve özellikle kuluçka makinasında kullanımı durumunda sistem yatırımının geri ödeme süresi düşmektedir. Elde edilen fermente gübre sistemde önem taşıdığında, bu atığın kurutulması veya sterilize edilmesi için biyogazın kullanılması ekonomik olmaktadır.

• Isı Üretimi

• Enerji Üretimi

• Mekanik İş Üretimi

• Isıtma ve Soğutma

• Gaz Türbinleri

• Aydınlatma

• Kurutma

• Kuluçka Makinesi enerjisi

Biyogaz Reaktörleri

Reaktörler genellikle besleme şekline göre kesikli beslemeli tip ve sürekli beslemeli tip olarak ikiye ayrılırlar.

• Kesikli beslemeli tip reaktörler: Besleme materyali reaktöre bir kere doldurulur ve gaz çıkışı bitene ya da azalana kadar beklenir. Daha sonra boşaltılarak tekrar yeni materyal eklenir. Bu tip reaktörler, besleme materyalinin yeterli miktarda bulunmadığı ya da dönemsel olarak bulunabildiği yerlerde veya besleme materyalinin iri taneli bir yapıya sahip olduğu yerlerde avantajlı olmaktadır

• Sürekli beslemeli tip reaktörler: Materyal düzenli aralıklarla eklenir ve eklenen materyal kadar fermente olmuş materyal boşaltılır. Sürekli beslemeli tip reaktörlerde ideal olan kesintisiz besleme ve boşaltmadır. Fakat pratikte bu uygulanamamaktadır.

Biyoreaktör Çeşitleri

Bu reaktörlerin başlıca çeşitleri şunlardır:

• Anaerobik filtre reaktörler,

• Katı- Yukarı akışlı reaktörler

• Katı dönüşümlü karıştırmalı tip reaktörler

• Yukarı akışlı anaerobik reaktörler

• Anaerobik kontakt reaktörler

• Akışkan yataklı reaktörler

• Sabit film reaktörler

• Ardışık kesikli tip reaktörler

• İki fazlı reaktörler

Biyogaz Yenilenebilir Enerji mi?

Biyogaz, kesinlikle yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Zira, hammaddesi olan organik atık (biyokütle); tarımsal faaliyetler, hayvancılık ve kentsel atıklar gibi sürekli kendini yenileyen ve döngüsel süreçlerle temin edilen kaynaklardan elde edilir. Yanması sonucu atmosfere saldığı karbondioksit, zaten doğal döngü içinde daha önce bitkiler tarafından absorbe edilmiş olduğundan, net karbon emisyonu nötr kabul edilir.

Aces Process olarak, kimya ve gıda sektörleri başta olmak üzere, biyoreaktör ve fermenter üretimi konusunda 30 yılı aşkın köklü tecrübeye sahip olmakla beraber, uzman bir mühendislik firmasıyız. Müşterilerimizin özel ihtiyaçlarına yönelik özelleştirilmiş endüstriyel reaktörlerin tasarımı, yüksek standartlarda üretimini ve tesisinizin anahtar teslim kurulumunu gerçekleştiriyoruz.