Biyokütle Enerjisi

Odun, odun kömürü, hayvan ve insan dışkısı, tarım ürünleri ve orman sektörü organik atıkları, alkol ve metan mayalanması, çeşitli su bitkileri gibi canlı (biyolojik) kaynaklar yolu ile elde edilen enerji türüne “Biyokütle (Biomass)” denilmektedir. Gelişmiş ya da gelişmekte olan ülkeler çeşitli yollarla biyokütle enerjisinden yararlanma amaçlı çalışmalar yapmaktadır. Çin Halk Cumhuriyeti 2010 yılına kadar yakacak odun sağlamak için 13,5 milyon hektar alanı

ağaçlandırmayı hedeflemiş, İsveç ısınma ve enerji üretimi için 16.000 hektar söğüt dikimi yapmış, ABD ise 2020 yılına kadar 4 milyon hektar alanı odun için ağaçlandırmayı planlamıştır. (Gürsoy, 2004:127)

Dünya’daki toplam Biyokütle üretimi deniz ve kara argümanları 2600 – 3500 EJ (62,4–84 Milyar TEP), orman artıklarından elde edilen enerji miktarı ise yaklaşık 35 EJ (10.000 MWe)’dir. Bunun yanında evcil hayvan gübreleri kaynaklı enerji potansiyeli 20 EJ civarındadır.

Biyokütle; bitkiler, ağaçlar ve tarım bitkilerinin oluşturduğu bütün organik maddeleri tanımlayan bir terim olarak esasen fotosentez ile güneş enerjisinin toplandığı ve depolandığı ortamlardır. Dünya üzerinde yer alan biyokütlenin yaklaşık % 90’ı ormanlarda bulunmakta ve dünya ormanlarının yıllık net biyolojik üretimi yaklaşık 50x1019 ton olarak tahmin edilmektedir. Biyo-yakacak teknolojileri biyokütlede ki enerjiyi ulaşım, ısınma ve elektrik üretiminde etkin olarak kullanmaktadır. Günümüzdeki biyokütle santrallerinde odun atıkları, tarımsal/çiftlik atıkları ve besin maddesi üretiminde oluşan atıklar (örneğin sert meyve kabukları, zeytin çekirdekleri v.b.) ve çöp yığınlarından oluşan metan gazları kullanılarak elektrik ve ısı üretilmektedir.

Uluslararası Enerji Birliği’ne (IEA) üye ülkeler 1970’li yıllarda ortaya çıkan enerji krizlerinden sonra enerji ormancılığı projelerine başlayarak kavak, söğüt, okaliptus, kızılağaç, akasya gibi hızlı büyüyen ağaç türlerinden elde ettikleri odunları yongalayarak kurulu güçleri 1 – 300 MW arasında değişen yaklaşık 2000 biyokütle santralinde yakarak elektrik ve ısı üretmekte, yerleşim mekanlarının merkezi sistemle ısıtılmasını sağlamaktadırlar. Bu teknoloji ile biyokütlenin yanması sonucu petrol, kömür ve doğal gaza kıyasla çevreye çok daha az CO, CO2, NOx ve SOx gibi sera etkisi ile iklim değişikliğine neden olan zararlı gazlar salındığı için, biyokütleden enerji üretimi temiz, yenilenebilir, çevre dostu, yeşil enerji olarak her geçen gün tüm dünyada önemi hızla artmaktadır. (Saraçoğlu, 2008:265)

Temel enerji kaynağı olarak nitelendirilen güneşten gelen, bitkilerin ve canlı organizmaların kökeni olarak ortaya çıkan biyokütle, çoğu kez phytomass ve zoomass olarak ikiye ayrılır. Biyokütlenin çeşitli tanımları olmakla birlikte canlı kütle, dikili ürün ya da organik karbon gibi isimlendirmeleri de bulunmaktadır.

Fotosentez ile oluşan biyokütle enerjisini tasvir etmek gerekirse 100.000 büyük nükleer enerji santralinin oluşturduğu güce eşdeğer nitelikte (9 x 107 MW) bir güce sahiptir. (www.habitaticingenclik.org.tr/dl/ yayinlar/enerji/BiyoKutle.pdf, ET:02.2010)

Biyokütle enerjisi birincil, ikincil, modern ve klasik olarak ayrılmaktadır. Birincil biyokütle enerjisi doğrudan veya dolaylı olarak dönüştürme işlemine tabi tutularak elde edilen ve oldukça hızlı yetişebilen bütün bitkiler olarak nitelendirilirken ikincil biyokütle enerjisi ise, insan veya hayvanların besin ihtiyaçlarının karşılanması ya da endüstri ve tarımsal alanlarda kullanıldıktan sonra arta kalan artıkların ve kalıntıların tamamıdır.

Klasik biyokütle enerji kaynakları yakacak odun ile bitki ve hayvan artıkları iken modern biyokütle enerji kaynakları Enerji ormanları, Orman ve ağaç endüstrisi atıkları, enerji tarımı ürünleri, tarımsal endüstri atıkları, kentsel atıklar olarak adlandırılmaktadır. (9.Çevre Sorunları Öğrenci Yaklaşımı Sempozyumu, 2006:1 )

Biyokütle argümanlarının çevrimleri sonucu katı, sıvı ve gaz yakıtlar elde edilmektedir. Biyomotorin, biyoetanol, biyogaz, gübre, hidrojen gibi çıktılar örnek olarak verilebilir. Biyokütle enerjisi birçok sektörde kullanılmakla birlikte yenilenebilir enerjide önemli bir kaynak özelliğini sürekli korumaktadır. 1970’li yıllardan sonra petrol, doğalgaz gibi fosil kaynaklı enerjiler ön plana çıkmış, son yıllarda ülkelerin teknolojik gelişmesi ve yenilenebilir enerjiye destekleri vesilesiyle biyokütle enerjisi yeniden önemini ve gelişimini dünya genelinde kazanmaya başlamıştır.

Özellikle orman artıklarından elde edilen Biyogaz ile elektrik üretimi ve ısınma ihtiyacı karşılanırken, organik çöplerden metanol elde edilmekte ve uçaklar için yakıt olarak kullanılmaktadır. Tarım artıklarından ve enerji bitkilerinden elde edilen yakıtlarla da ısınma ihtiyacı karşılanabilmektedir.

Tablo–1.21 Biyokütle Enerjisi, Yakıtlar ve Kullanım Alanları

Kaynak:9.Çevre Sorunları Öğrenci Yaklaşımı Sempozyum Bildirileri, 2006

Biyokütle çevrim yöntemleri, havasız çürütme, piroliz, doğrudan yakma, fermantasyon, gazlaştırma, hidroliz, biyofotoliz ve esterleşme reaksiyonlarıdır.

Hidroelektrik enerjisinden sonra dünya genelinde elektrik enerjisi üretilen ikinci kaynak biyokütle enerjisidir. 2008 yılında hidroelektrik enerjisinden 3,247.3 TWh/yıl elektrik enerjisi üretilirken Biyokütle’den 223,5 TWh/yıl miktarınca elektrik üretimi yapılmıştır. 2008 yılında yenilenebilir enerji kaynakları arasında dünya elektrik üretiminin %86,3’ü hidroelektrikten %5,9’u ise biyokütle enerjiden

BİYOKÜTLE ÇEVRİM YÖNTEMLERİ YAKITLAR UYGULAMA

ALANLARI Orman artıkları Havasız çürütme Biyogaz Elektrik üretimi,

Isınma

Tarım artıkları Piroliz Etanol Isınma, Ulaşım araçları Enerji bitkileri Doğrudan yakma Hidrojen Isınma

Hayvansal atıklar Fermantasyon, Havasız çürütme

Metan Ulaşım araçları, Isınma

Çöpler organik Gazlaştırma Metanol Uçaklar

Algler Hidroliz Sentetik yağ, Roketler

Enerji ormanları Biyofotoliz Motorin Ürün kurutma Bitkisel ve hayvansal

üretilmiştir.(www.energiesirenouvelables.org/obseriver/html/inventaire/pdf/Chapit re01ENG.pdf,2009:8)

Odun ve diğer türde olan biyokütle enerjisi sanayi sektöründe kullanılmakta ve diğer sektörlere nazaran daha ucuz niteliktedir. Yerel ve güvenli olması bu enerji için ekonomik bir avantaj sağlamaktadır.(ASEAN, 2010:4)

Biyokütle enerjiler kullanılarak enerji elde edilme projeleri hayata geçirilmektedir. 3. Kuşak kullanım (trigeneration) olarak nitelendirebileceğimiz uygulamalardan birisi Çin Halk Cumhuriyeti tarafından hayata geçirilmiştir. Tarımdaki bitkisel atıklardan elde edilen biyogazla çalışan mikro jeneratörlerle elektrik enerjisi elde etme projesi ile Çin Halk Cumhuriyeti 22 GW’lık bir kurulu güç yapımı hedeflemiştir. Biyokütle yakıtların karbon emisyonlarını emdikleri gerçeğini de göz ardı etmemek gerekmektedir.

Biyokütle enerjisi kapsamında yer alan enerji ormancılığı ve biyogaz-biyodizel önemli biyokütle uygulamaları arasında yer almaktadır.

Enerji ormancılığı, birim alanda, en kısa sürede odun hammaddesi üreterek, bunun enerjide kullanılmasını amaçlayan orman yetiştirme yöntemidir. Bilindiği gibi odun, güneş enerjisinin fotosentez yoluyla kimyasal enerjiye dönüşmesi sürecinin sonuçlarından birisidir. Saptamalara göre, bu süreçte 1 atom gram ya da 12 gram karbonun depolanmasıyla 112 kilo kalorilik (Kcal) enerji, 1 kilogram (kg) karbonun oluşmasıyla yaklaşık 9 bin 300 Kcal’lik güneş enerjisi depolanabilmektedir. Öte yandan bir hektar genişliğinde bir orman ise bir yılda 2 bin 280 litre benzine eşdeğerde güneş enerjisini biyokütleye dönüştürebilmektedir. Avusturya’da yapılan bir denemenin bulgularına göre ise 1 hektarlık alanda 5 ton petrole eşdeğer 20 ton kadar kuru odun elde edilebilmektedir. (Çağlar, 2007:3/41)

Var olan ormanlara zarar vermemek amacıyla kavak, okaliptüs ve söğüt gibi hızlı büyüyen ağaçlar enerji amaçlı olarak ekilmektedir. Bu ağaçlar özel teknikler kullanılarak daha hızlı büyütülebilmekte, her 5 yılda bir budama yapılmak suretiyle elde edilebilecek hammadde miktarı artırılabilmektedir.

Enerji ormancılığı klasik ve modern olarak ikiye ayrılmaktadır. Klasik yöntemde yöredeki mevcut ağaç türlerinden oluşan ormanlardan yararlanılır ve genellikle yakacak odun amaçlı üretim gerçekleştirilir. (Topal ve Arslan,2008:3) Modern yöntem biraz daha farklı olarak hem mevcut hem de modern biyokütle enerji sistemleri için kullanılabilecek ağaç türlerinin yer aldığı tesisler olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu tesislerde 4–8 yıllık süreç sonunda elde edilen malzemeler enerji üretimi için kullanılmaktadır. (Genç, 2006:15) Enerji ormanlarından elde edilen yıllık ortalama biyokütle enerjisi 1 hektardan 22 ton olarak gerçekleşmektedir. Türkiye’de enerji ormancılığı için uygun olan alanların yarısı bile değerlendirilememiştir.

Türkiye orman alanı 21,1 milyon hektar olarak ülke genelinin %27,2’sini teşkil etmektedir. Orman alanlarının 10,6 milyon hektar alanı (yaklaşık %50’si) verimli olarak kullanılabilmektedir. (www.ogm.gov.tr, ET:02.2010)

Türkiye’nin bu enerji türünden de yararlanma olanağı düşük seviyelerde kalmaktadır. Özellikle enerji ormancılığı alanında önde gelen ülkeler ile kıyaslandığında Türkiye, birim alandan elde ettiği çıktı ile yetersiz bir konumda yer almaktadır.

Bu yetersizliğin giderilebilmesi için;

1- Vatandaşların kendi arazilerinde enerji ormancılığı yapabilmeleri ve bunların üretiminde makine vb. gibi destek ve krediler sağlanması ayrıca konuyla ilgili uzmanların bilgi ve tecrübelerinden vatandaşların yararlandırılması;

2- Yurtdışı ve devlet destekli projelendirmeler yoluyla, enerji ormancılığından elde edilecek hammaddenin enerjiye dönüştürülmesi için kurulacak tesislerin teşvik edilmesi; enerjinin satılması konusunda da diğer enerji çeşitleriyle rekabet edebilecek düzeyde fiyat belirlemelerinin yapılması;

3- Enerji maliyetleri de göz önünde bulundurulduğunda, ülkemiz yerli kaynaklarından elde edilen enerji üzerine konan vergilerin teşvik sistemli ve vatandaşlar için daha az maliyetli olabilmesi için tedbirler alınması sağlanmalıdır.

Diğer bir biyokütle uygulaması biyogaz ve biyodizeldir. Biyogaz, organik atıkların, metan bakterilerinin oksijensiz ortamda çürütülmesi sonucu ortaya çıkan %60–80 metan içerikli yanıcı bir gazdır. Çevreye olumsuz etkileri karbondioksit, azot dioksit, asit yağmurlarının oluşmasına neden olan sülfür dioksit, karbon monoksit ve benzeri insan sağlığına zararlı gazlar ile kıyaslandığında çok iyi bir yenilenebilir enerji kaynağıdır. Ayrıca Biyogaz kullanılırken atmosfere bırakılan karbon dioksit, bitkiler tarafından fotosentez yoluyla geri alınır. (Erzincanlı, 2009:62)

Biyogaz doğalgaza alternatif bir gaz yakıt olarak aşağıdaki alanlarda kullanılabilir:

— Doğrudan yakma - ısınma ve ısıtma

— Kimyasalların üretiminde kullanım

—Yakıt doğalgaz içine katkı olarak kullanım pili yakıtı olarak kullanım

—Motor yakıtı olarak kullanım

—Türbin yakıtı olarak kullanım

Tablo–1.22 Çeşitli Kaynaklardan Elde Edilebilecek Biyogaz Verimleri ve Biyogazdaki Metan Miktarları

BİYOGAZ VERİMİ METAN ORANI

KAYNAK (litre/kg) (Hacim %'si)

Sığır Gübresi 90-310 65 Kanatlı Gübresi 310-620 60 Domuz Gübresi 340-550 65-70 Buğday Samanı 200-300 50-60 Çavdar Samanı 200-300 59 Arpa Samanı 290-310 59 Mısır sapları ve artıkları 380-460 59

Keten & Kenevir 360 59

Çimen 280-550 70

Sebze artıkları 330-360 Değişken

Ziraat atıkları 310-430 60-70 Yerfıstığı kabuğu 365 --- Dökülmüş Ağaç Yaprakları 210-290 58 Algler 420-500 63 Atık su çamuru 310-800 65-80 Kaynak: http://www.eie.gov.tr/turkce/YEK/Biyoenerji/01-Biyogaz/bgihammadde.html

Biyogaz’ın ısıtmada kullanımında yanma özelliği bileşiminde bulunan metan gazından ileri gelmektedir. Biyogaz hava ile 1/7 oranında karıştığı zaman tam yanma gerçekleşir. Isıtma amacıyla gaz yakıtlarla çalışan fırın ve ocaklardan

yararlanılabileceği gibi termosifon ve şofbenler de Biyogazla çalıştırılarak kullanılabilmektedir.

Biyogaz hem doğrudan yanma hem de elektrik enerjisine çevrilerek aydınlatmada kullanılabilmektedir. Biyogazın doğrudan aydınlatmada kullanımında sıvılaştırılmış petrol gazları ile çalışan lambalardan yararlanılmaktadır. Bu sistemde aydınlatma alevini arttırmak üzere amyant gömlek ve cam fanus kullanılmaktadır. Cam fanus ışığı sabitleştirdiği gibi çıkan ısıyı geri vererek alevin daha fazla olmasını sağlamaktadır.

Biyogaz, benzinle çalışan motorlarda hiçbir katkı maddesine gerek kalmadan doğrudan kullanılabildiği gibi içeriğindeki metan gazı saflaştırılarak da kullanılabilmektedir. Dizel motorlarda kullanılması durumunda belirli oranlarda (% 18–20) motorin ile karıştırılması gerekmektedir. (www.eie.gov.tr, ET:08.2010)

Biyokütle enerjisinin faydaları;

 Sürdürülebilir enerji kaynağıdır.  Atık bertarafı sağlar.

 Çevre kirliliğini önler.

 Tarımsal verimi artırır. (Atıkların işlenerek toprağa geri kazandırılması ile)

 Ekonomiyi destekler.(Atık toplama-işleme-gübre dağıtımı zinciri ile istihdam ve çoklu ekonomik değer oluşturur.)

Tablo 1.23 Türkiye’nin Biyoenerji Kaynakları Durumu (2010)

Elektrik Kurulu kapasite kW 59,65

Üretimi Enerji üretimi Gwh/yıl 220

Sonuç olarak Türkiye’de toplam kurulu biyogaz kapasitesinin 15 MW olduğu toplam kurulu elektrik kapasitesinin ise 40.000 MW olduğu gerçeğinden yola çıkarak, bu önemli enerji kaynağı için yeni tesislerin kurulması planlanmalıdır. Türkiye’nin enerji politikasında yenilenebilir enerji yatırımlarının önemi arttıkça biyokütle enerjisi için yatırımlarda artacaktır. Maliyeti yüksek bir girdi olan enerjinin hem sanayi hem de toplum için cazip ve çevreye en az zararlı üretimi noktasında hükümetler, enerji yatırımı yapan işletmeler ve sivil toplum kuruluşları stratejik önemde çalışmalar yapması gerekmektedir.

Biyoenerji diğer yenilenebilir ve yenilemeyen enerji kaynakları ile rekabet edebilir düzeydedir. Ayrıca 2. kuşak biyoyakıt teknolojileri biyomass teknolojileri ile yarışabilir düzeyde ve lider konumundadır. (IEA 2010:13)

Modern enerji ormancılığının ülkemizde yurt çapında büyük ölçekte uygulanabilmesi için, Türk hükümetinin IEA’ ya üye ülkelerin hükümetleri gibi vatandaşların kendi arazilerinde enerji ormancılığı işletmeciliğini yapabilmesi için, tarımda olduğu gibi, fidan, gübre ve makine temini, bakım ve hasat çalışmalarında kullanılacak yeteri miktarda düşük faizli krediler sağlanması ayrıca hükümetin odun ürünlerinin yakılarak elektrik ve ısı enerjisine dönüştürülmesini sağlayacak modern ısı tesislerinin kurulmasında ve üretilen elektrik ve ısının satışında vergi muafiyeti sağlayarak, hem tesislerin ülke genelinde çok sayıda kurulmasına ve hem de üretilecek elektriğin petrol, kömür, doğal gaz fiyatları ile rekabet edebilecek birim fiyatlarla satışına destek olması gerekmektedir. (Saraçoğlu, 2002:3)