Biyokütle (Biyomas) Enerji

Odun (enerji ormanları), yağlı tohumlu bitkiler (ayçiçeği, kolza, soya, v.b), karbonhidrat bitkileri (patates, buğday, mısır, pancar, v.b), elyaf bitkileri (keten, kenef, kenevir, sorgum, v.b), bitkisel artıklar (dal, sap, saman, kök v.b), hayvansal atıklar, şehirsel atıklar ve endüstriyel atıklar gibi kaynakların oksijensiz ortamda fermente (mayalanma) olması ile elde edilen enerjiye biyokütle enerjisi denir. Biyokütle-biyogaz enerjisinin dünyada ilk olarak 19. yüzyılda İngiltere’de fosseptiklerde oluşan gazın sokak aydınlatmasında kullanılmıştır. Türkiye’de ilk olarak 1970’de Toprak Su Araştırma Enstitüsü, 1977’de Türkiye Bilimsel ve Teknik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) konuya ilgi çalışmalar yapmıştır. Ağaç kesiminden elde edilen odun ve hayvan atıklarından oluşan tezeğin basit şekilde yakılması klasik biyokütle olarak tanımlanırken, enerji bitkileri, enerji ormanları ve ağaç endüstrisi atıklarından elde edilen biyodizel, etanol ve biyogaz gibi çeşitli yakıtlar, modern biyokütle enerjisi olarak tanımlanır. Klasik biyokütleden yakıt fiziksel süreç ve dönüşüm süreçleri olarak iki şekilde elde edilir. İlkinde boyut küçültme, kırma ve öğütme, kurutma, filtrasyon, ekstraksiyon ve briketleme gibi fiziksel işlemler sonunda biyokütleden, biyogaz, biyoetanol ve biyomotorin gibi yakıtlar elde edilirken, dönüşüm süreçlerinde biyokimyasal ve termokimyasal süreçler sonucunda enerji elde edilir (Özsabuncuoğlu ve Uğur, 2005: 205).

İlk bakışta Biyokütle kullanımının artmasının, atmosferdeki karbon monoksit miktarını arttırıcı etki yaptığı düşünülse de, söz konusu kaynakların kullanımı orman ve bitki kaynaklarının yenilenmesi demektir. Kullanımı sera etkisi yaratmaz ve doğal karbon döngüsünde çevrimini tamamlar. Böylelikle önemli derecede karbondioksit absorbe edilir. Biyokütle enerjisi kesikli değil, sürekli bir kaynaktır, yani yenilenebilir enerji demektir. Biyokütle, yerli kaynaktır, yerel üretimi ve istihdamı artırır, böylece

kırsal kesimde göçü önler. Yan ürünleri yem ve hayvancılık sektöründe önemli birer girdidir (DEK-TMK, Enerji Raporu 2010: 112)

Biyokütle enerjisinin kullanımı kırsal kesimlerde sosyo-ekonomik yapının iyileşmesine olumlu katkıda bulunur, döviz çıkışını azaltır, enerji arz güvenliğinin sağlanmasında olumlu katkıda bulunur. Biyokütle enerji kaynağı fosil yakıtlarla %2–25 arasında değişen oranlarda diğer yakıtlarla birlikte yakılabildiği için fosil tabanlı enerji kaynaklarından gerçekleşen karbondioksit salınımını azaltıcı etki yapar. Örneğin bir kömürlü termik santralde kömür, %33–37 oranında Biyokütle ile yakıldığında kükürt dioksit ve azot oksit emisyonlarında %30 oranında bir azalma olduğu görülmüştür (DPT–8. BYKP İklim Değişikliği Komisyon Raporu, 2000: 66–67).

1.3.1.2.5.1. Enerji Ormanı

Biyokütle enerji kaynaklarından biri enerji ormanıdır. Yakacak odun gereksinimini karşılamak üzere, sürgün verme özelliği bulunan, kısa idare süreleri ile işletilen ormanlara enerji ormanı denir. Bu ormanlar, enerji amaçlı yakacak odun elde edilmesine uygun ağaç türlerinden oluşan, kısa sürede üretimi yapılan ve kendisini genel anlamda kök ve sürgünlerle yenileyen ormanlardır. İlk bakışta orman varlığını azaltıcı gibi görünse de, burada söz konusu olan mevcut kaynak sadece enerji tüketimi amacıyla yetiştirildiği için, yenilenebilir, çevre dostu ve temiz bir enerji kaynağı olarak görünmektedir. Araştırmalara göre 1 hektarlık bir alanda 5 ton petrole eşdeğer 20 ton kuru odun elde edilebilmekte, 2280 litre benzine eşdeğer güneş enerjisi Biyokütleye dönüştürülebilmektedir (Ünaldı, 2003: 56). Enerji ormanı olarak kullanılacak materyaller diğer yakıtlarla karşılaştırıldığında odunun yanma süresi daha kısa sürede olmakta ve daha çabuk ısı vermektedir. Ayrıca odunun yakılmasından sonra çevreye salınan kükürt ve karbondioksit miktarı daha az olmaktadır. Enerji ormancılığı enerjide dışa bağımlılığı azaltmakta, maliyet öngörüsü sağlamakta, atmosferdeki karbondioksit miktarının azaltılmasına yardımcı olmakta, erozyonu önlemekte ve su kaynaklarının devamlılığını sağlamaktadır(Çağlar, 2007: 40–44).

1.3.1.2.5.2. Biyoyakıtlar

Biyokütle enerji kaynaklarından ikincisi biyoyakıtlardır. Biyokütle kaynaklarından elde edilen sıvı, katı ve gaz alternatif yakıtlar biyoyakıt olarak

adlandırılırlar. Günümüzde en yaygın kullanılan biyoyakıtlar, Biyogaz, Biyodizel ve Biyoetanoldür. Az gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde bu kaynaklar daha çok ısınma ve pişirme işlerinde kullanılırken, gelişmiş ülkelerde elektrik, gaz ya da sıvı yakıt üretimlerinde kullanılmaktadır.

Biyogaz, hava ile ilişkisi kesilmiş (anaerobik) ortamdaki organik atıkların biyo metanlaştırma süreçleri (havasız bozunma, biyolojik bozunma, mikrobiyal bozunma, anaerobik fermantasyonun kontrollü süreci) sonucunda oluşan ve bileşimi yaklaşık %60’ı metan, %40’ı karbondioksitten oluşan gazdır (Yavuzcan, 1974: 100). Hayvan gübreleri, endüstriyel/evsel ve şehirsel atıklar, zirai atıklar ve algler hammadde olarak kullanılabilir. Üretimi düşük maliyetlidir ve kendini kısa zamanda amorti eder. Biyogaz dogal gaza alternatif olarak, dogrudan yakma-ısıtma ve ısınmada, motor yakıtı olarak, türbin yakıtı olarak elektrik eldesinde, yakıt hücresi yakıtı olarak ve dogalgaz için katkı maddesi olarak kullanılabilir (Karaosmanoğlu, 2006: 11–12).

Biyogazın içinde bulunan metan gazı ona yanma özelliği sağlamakta, böylece ısınma ve ısıtma amaçlı olarak, fırın ve ocaklarda, kalorifer, termosifon ve şofbenlerde kullanılabilmektedir. Diğer yandan bu özelliği sayesinde hem yanmada hem de elektrik enerjisine çevrilerek aydınlatmada kullanılabilmektedir. Bu noktada sıvılaştırılmış petrol gazları ile çalışan lambalardan yararlanılmaktadır. Son olarak akaryakıt motorlarında katkı maddesine gerek kalmadan doğrudan veya içindeki metan gazı saflaştırılarak kullanılabilir (Karacan, 2007: 314)

Biyogaz kullanımı ile organik kökenli maddeler enerji elde etmede kullanılarak atıkları toprağa kazandırılmaktadır. Ucuz, çevre dostu bir enerji ve gübre kaynağıdır. Biyogaz üretimi sonucu, kullanılan hayvan gübresinin kokusu hissedilmeyecek ölçüde kaybolmakta, bundan kaynaklanan insan sağlığını ve yeraltı sularını tehdit eden hastalık etmenleri büyük oranda yok olmaktadır. Biyogaz üretiminden sonra bazı atıklar gübre haline dönüşmekte, böylece mikroplar, kurt yumurtları ve sineklerin üreyebileceği kirli ortamlar ortadan kalkmaktadır. Kullanılırken atmosfere bırakılan karbondioksit fotosentezle geri alınabilir. Elektrik üretiminde de kullanılabildiği için, küçük yerleşim birimlerine inşa edilen elektrik iletim hatları ve trafo maliyetlerinden tasarruf sağlar. Son olarak biyogaz üretimi kırsal kesimlerde ek gelir sağlar ve enerjide dışa bağımlılığı azaltıcı etki yapar. (Karacan, 2007: 314–315)

Diğer iki önemli yakıt türü biyodizel ve biyoetanoldür. Biyodizel kolza (kanola), ayçiçek, soya, aspir gibi yağlı tohum bitkilerindeki gliserinin, transesterifikasyon yönetimi ile bitkisel yağlardan ayrılması ile oluşur. Elde edilen yağlar metanol veya ethanol ile tepkimeye sokulur. Bu işlem sonucunda metil ester (yani biyo dizel) oluşur. Elde edilen yakıtın dizel motorlarda kullanılması için ASTM D6751 test metoduna göre yapılacak kimyasal testlerdeki spesifikasyonları karşılaması gerekir. Elde edilen yakıt genellikle normal dizel yakıt ile karıştırılarak kullanılır ve karışıtırılma oranına göre (örneğin B20, %20 oranında karıştırılabilen biyodizel demektir) etiketlendirilir. Günümüzde biyodizel, artan enerji gereksiniminin, çereyi kirletmeden, sürüdürülebilir şekilde karşılanmasının yollarından biri olarak kabul edilmektedir. (NBB, 2012: http://www.biodiesel.org/). Biyodizelin pek çok avantaji vardır. Öncelikle biyodizel kullanılabilen motorlarda büyük değişiklikler yapılmadan kullanılabilir. Normal motorinin saklandığı şartlarda saklanabilir. Ulaştırma sektörünün haricinde jeneratörlerde ve kaloriferlerde, seralarda, maden ocaklarında ve tüm sanayi dallarında kullanımı mümkündür. Biyodizel çeresel açıdan da avantajlıdır, çünkü biyolojik karbon döngüsü içinde biyodizel, fotosentez ile karbondioksiti dönüștürüp karbon döngüsünü hızlandırır. Bu yüzden de küresel ısınmayı arttırıcı etkisi yoktur. Ayrıca biyodizelin CO2, SOx emisyonlarını ve yanmamıș hidrokarbon (HC)’ları daha az salındığı yapılan deneylerle kanıtlanmıştır (Ar ve Diğerleri, 2003: 588–589).

Biyo yakıtlar içinde en önemli kalem biyoetanoldür. Biyoetanol benzin ve dizele en önemli alternatiftir, çünkü hammadde olarak kullanılabilen şeker pancarı, mısır, buğday gibi bitkiler dünyanın pek çok yerinde tarıma elverişlidir. Biyoetanol yenilenebilir bir kaynaktır ve kullanımı sera gazı salınımını azaltıcı etki yapacaktır. Bu kapsamda başta Brezilya ve ABD olmak üzere dünyanın gelişmiş ülkeleri her geçen yıl biyoetanol üretimlerini arttırmaktadırlar. Örneğin AB, Biyoyakıtlar için Enerji Stratejisi (Energy Strategy for Biofuels) kapsamında hazırladığı RESTMAC projesi ile konuya daha kapsamlı bir yaklaşım gelirtirmeyi hedeflemektedir (RESTMAC, 2006: 3).

Biyoetanol üretiminde birinci jenerasyon (tahıl ve şeker mahsullerinden) ve ikincil jenerasyon (lingoselülozik biyokütle) olmak üzere iki çeşit yöntem vardır. Tahıl bitkilerine ilaveten şeker bitkilerinin kullanımı ile daha sıcak ve kurak bölgelerde biyoetanol hammaddesi yetiştirilebilmeye başlanmış, lingustic yöntemlerde kenevir, okaliptüs ağacı veya sazlıkların kullanımı ile daha yüksek kapasiteli enerji verebilen

hammaddeler yetiştirebilmek mümkün olmuştur. Hangi tür olursa olsun geleneksel bir biyoetanol üretiminde önce hammadde depolanır. Sonra parçalama ve hammaddenin öz suyunu çıkarmak için işlem uygulanır. Sonra seyreltme ve dinlenme aşamasına geçilir. Nişastalı veya odunsu hammadde söz konusuysa hidroliz işlemi uygulanır. Beşinci aşamada maya ve enzimlerle fermentasyon aşamasına geçirlir. Altıncı aşamada karbondioksit depolanır ve etanol elde edilir. Sonra buharlaştırma ve damıtma uygulanır. Oluşan atık sular bertaraf edilir ve son olarak yakıt depolanır (RESTMAC, 2006: 3). Ürünün kozmetik, içecek, ilaç, deterjan, dezenfektanlar, gübre ve ulaştırma olmak üzere pek çok sektörde kullanılm alanı vardır. (RESTMAC, 2006: 10).