Biyokütle Teknolojiler

Klasik ve çağdaş biyokütle enerji kaynaklarının, doğrudan yakma, termokimyasal (piroliz ve gazlaştırma), biyokimyasal (havasız çürütme ve mayalanma) ve fizikokimyasal (esterifikasyon) dönüşüm süreçlerinden geçmesiyle

176

Hüseyin Öğüt, “Enerji Güvenliğinin Sağlanmasında Biyoyakıtların Rolü”, (TMMOB EMO Đç

Anadolu Bölgesi Enerji Forumu - 29.6.2007, Nevşehir), s. 3,

http://www.emo.org.tr/resimler/ekler/5a01195b62ec393_ek.pdf, (Erişim Tarihi: 20.12.2007), 177

Robert C. Brown, Biorenewable Resources: Engineering New Products from Agriculture, Iowa State Press, Iowa, 2003, s. 61-62.

çeşitli biyo-ürünler elde edilmektedir. Bu ürünler ve biyokütle teknolojileri; “biyoenerji (ısı ve elektrik)” ve “biyoyakıt (biyomotorin, biyoetanol, biyogaz vb.)” teknolojileri olmak üzere iki ana başlıkta incelenmektedir179.

2.5.3.1. Biyoenerji Teknolojisi

Biyokütle enerji kaynakları, uzun yıllardır ısı enerjisi (ısıtma, pişirme vb. alanlarda) elde edilmesinde kullanılmaktadır. Buna karşın, yeni yöntemlerle birlikte sadece ısı değil, elektrik enerjisi üretiminde de biyokütlelerden yararlanılması mümkün hale gelmiştir. Bu yöntemlerden başlıcaları şu şekildedir:

Doğrudan yakma: Biyokütlelerin doğrudan yakılarak ısı enerjisi üretilmesi, bilinen en eski yöntem olmakla birlikte, son yıllarda verimi yükseltmek ve ısı enerjisinden elektrik enerjisi elde etmek için yeni yakma sistemleri geliştirilmektedir. Özellikle, biyokütle ile kömürün bir arada kullanıldığı (birlikte yakma) termik santrallerde, % 45’in üzerindeki verimlilik oranıyla elektrik üretiminde ticari bir seviyeye ulaşılmıştır.

Bununla birlikte, ısı ve elektrik enerjilerinin aynı sistemde üretildiği “birleşik ısı-güç (kojenerasyon)180” sistemlerinde ise, toplam verimlilik (ısı+elektrik) oranı % 70-90 seviyesindedir. Bu nedenle, birleşik ısı-güç sistemi, biyokütlelerden ısı ve

179

Bu bölümde; European Biomass Industry Association (EUBIA), “Conversion Routes to Bioenergy”, http://p9719.typo3server.info/113.0.html, (Erişim Tarihi: 22.12.2007); IEA, “Biofuel Production”, IEA Energy Technology Essentials ETE 02, January 2007, s. 1-4,

http://www.iea.org/textbase/techno/essentials2.pdf, (Erişim Tarihi: 29.11.2007); E. Işıl ARSLAN, Sibel ASLAN ve Murat TOPAL, “Biyokütlenin Enerjiye Dönüştürülmesi” (Ed. : Ahmet Öztopal ve Zekai Şen), 1. Türkiye Đklim Değişikliği Kongresi - TĐKDEK 2007 (11-13.4.2007, Đstanbul)

Bildiri Kitabı, Su Vakfı Yayınları, Đstanbul, 2007, s. 487-490; Filiz Karaosmanoğlu, “Türkiye için

Çevre Dostu - Yenilenebilir Bir Yakıt Adayı : Biyomotorin”, Kojenerasyon dergisi, Sayı: 10, Nisan 2002, s. 50-53; Habitat için Gençlik (Youth for Habitat ) Türkiye, “Biyokütle Çevrim Teknolojileri”, http://www.youthforhab.org.tr/tr/yayinlar/enerji/biyokutle/cevrim.html, (Erişim Tarihi: 24.12.2007); Öğüt, a.g.m., s. 2; adlı çalışmalardan yararlanılmıştır.

180

Kojenerasyon kısaca, hem elektrik hem de ısı enerjilerinin aynı sistemden üretilmesidir. Bu birliktelik, iki enerji türünün de tek tek kendi başlarına ayrı yerlerde üretilmesinden daha ekonomik neticeler oluşturmaktadır. Basit çevrimde çalışan, yani sadece elektrik üreten bir gaz türbini veya motoru, kullandığı enerjinin %30-40 kadarını elektriğe çevirebilmektedir. Bu sistemin kojenerasyon şeklinde kullanılması halinde sistemden dışarıya atılacak olan ısı enerjisinin büyük bir bölümü de kullanılabilir enerjiye dönüştürülerek toplam enerji girişinin % 70-90 arasında değerlendirilmesi sağlanabilmektedir. Türkiye Kojenerasyon Derneği, “Kojenerasyon Nedir ?”,

elektrik üretiminde en üst seviyede verimlilik sağlayan çağdaş bir sistem olarak değerlendirilmektedir.

Doğrudan yakma yönteminde, hemen her türlü biyokütle kaynağını kullanma olanağı bulunmaktadır. Ancak, nem oranı yükseldikçe elde edilen ısı değeri azalacağından, ağırlıklı olarak odun, sap, saman, talaş vb. katı biyokütleler doğrudan yakma yöntemiyle değerlendirilmektedir.

Gazlaştırma (Gazifikasyon): Gazlaştırma yöntemi de, katı biyokütlelerden ısı ve elektrik enerjisi elde edilmesini sağlayan termokimyasal bir yöntemdir. Gazlaştırma, karbon içeren katı biyokütlelerin yüksek sıcaklıkta (650 0C ile 850 0C arasında) bozunması sonucu yanabilir gaz elde etme işlemi olarak tanımlanmaktadır. Bu işlem sırasında biyokütle, yakıt hücresine denetimli bir şekilde hava verilerek yakılmakta ve çıkan ürünler arasında hidrojen, metan gibi yanabilir gazların yanı sıra karbonmonoksit, karbondioksit ve azot gibi gazlar da bulunmaktadır.

Gazlaştırma yöntemiyle elde edilen gaz karışımı ise, ısı ve buhar üretmek için yakılabilmekte veya elektrik üretmek için gaz türbinlerinde kullanılabilmektedir. Ancak, gaz türbinlerinde elektrik üretimini sağlayan “biyokütle gazlaştırma sistemi” henüz deneme aşamasında olup, ticari anlamda tam olarak hizmet veren bir tesis bulunmamaktadır. Bu sistemin, yakın bir gelecekte geleneksel sistemlerle rekabet edebileceği düşünülmektedir.

Havasız (Anaerobik) çürütme: Havasız çürütme kısaca; biyokütle içindeki bakterilerin oksijensiz bırakılmasını sağlayan biyokimyasal bir yöntem olarak tanımlanmaktadır. Bu işlemin sonucunda, temel olarak metan gazı ve karbondioksitten meydana gelen biyogaz elde edilmektedir. Organik kentsel atık, kanalizasyon çamuru ve hayvansal atık gibi yüksek nem oranına sahip yaş biyokütleler, biyogaz üretimi için en elverişli ham maddeler olmaktadır.

Havasız çürütme yöntemi sonucu ortaya çıkan biyogaz, ısı ve elektrik enerjisi üretiminde (birleşik ısı-güç sistemi) kullanılmakta; doğal gazla birleştirildiğinde

taşıtlarda yakıt (biyometanol) olarak değerlendirilmektedir. Yapısı itibariyle biyogaz, doğaya salınan karbon miktarının azaltılmasında önemli bir yakıt seçeneği olmaktadır.

2.5.3.2. Biyoyakıt Teknolojisi

Biyoyakıtlar; yaygın olarak tarımsal biyokütlelerden değişik yöntemlerle üretilen, özellikleri standartlaştırılmış ve ticari özelliği olan yakıtları ifade etmektedir. Bu yakıtlardan biyogaza daha önce değinilmiş olduğundan, çalışmanın bu bölümünde; dünyadaki toplam biyoyakıt üretimi içindeki payları % 90’ın üzerinde olan sıvı yakıtların (biyoetanol ve biyomotorin) dönüşüm süreçleri incelenmektedir.

Mayalanma (Fermantasyon): Biyoyakıt teknolojisinde mayalanma, özellikle şeker, nişasta veya selüloz açısından zengin olan enerji bitkilerine (şeker pancarı, mısır, şeker kamışı, patates vd.), çam, kayın gibi ağaçlara ve kentsel atıklara uygulanan bir yöntemdir. Bu yöntem, biyokütlenin yapısındaki sıvıları, yakılabilir bir sıvı olan alkole dönüştürmektedir.

Mayalanma yöntemiyle ilgili genel uygulama, biyokütledeki şeker ve nişastanın, su ve mayayla karıştırılarak bozulması temeline dayanmaktadır. Bu işlem sonucunda, etanol, bütanol ve ham petrol ürünlerinden elde edilen ürünlere eş değer kimyasal maddeler ortaya çıkmaktadır.

Selüloz içerikli biyokütlelerin mayalanması ise biraz daha uzun bir süreç olmasına karşın, bu biyokütlelerden daha büyük miktarda alkol elde edilmektedir. Buna göre; selüloz içerikli biyokütleler, öncelikle hidroliz (asit veya enzimatik hidroliz) yöntemiyle mayalanabilir şekerlere dönüştürülmekte (parçalanmakta); daha sonra, ortaya çıkan bu şekerler mayalanarak alkol üretilmektedir.

Mayalanma yöntemi sonucu üretilen başlıca yakıt ise biyoetanol olup; bu yakıt, dünyadaki toplam biyoyakıt üretiminde en yüksek paya (> % 90) sahiptir. Biyoetanol, benzinle karıştırılarak kullanılabilen alternatif bir yakıt türü olmakla

birlikte, karışımdaki oranı % 5 (E5) ile % 85 (E85) arasında değişmektedir. Bu teknolojinin kullanımı, özellikle yeni nesil benzinli taşıtlarda hızla yaygınlaşmaktadır.

Biyoetanol, ulaşım sektöründe yaygın olarak kullanılmasının yanı sıra, ısı ve elektrik santrallerinde, birleşik ısı-güç sistemlerinde ve kimyasal madde üretiminde de değerlendirilmektedir. Fosil yakıtlara göre daha az karbondioksiti doğaya bırakan biyoetanol, üretiminde kullanılan şeker pancarı, şeker kamışı gibi yüksek seviyede karbon emici enerji bitkilerinin kullanımıyla çevreye karşı oldukça duyarlı bir yakıt türüdür. Ayrıca, benzinle karıştırılarak kullanıldığı zaman, benzinin daha verimli ve temiz yanmasına yardımcı olarak taşıtların başarımını yükseltmektedir.

Esterifikasyon: Biyoyakıt teknolojisinde esterifikasyon, kanola (kolza), ayçiçeği, soya, aspir, pamuk gibi yağlı tohum bitkilerine; hayvansal yağlara ve yemeklerde kullanılan kızartma yağlarına uygulanmakta olan bir yöntemdir. Bu yöntemin temelinde; söz konusu biyokütlelerdeki yağların, metanol veya başka bir alkol türü ile gliserin gibi çözücü (katalizör) bir maddenin tepkimeye girmesi yatmaktadır.

Bu tepkimenin sonucunda, petrol kökenli motorinden ayrı bir motorin türü olan biyomotorin (biyodizel) ortaya çıkmaktadır. Biyomotorin, motorine çok yakın ısı değerine ve motorinden daha yüksek alevlenme noktasına sahiptir. Bu özellik, biyomotorini, kullanma-taşınma-depolanma ögeleri açısından daha güvenli bir yakıt yapmaktadır.

Biyomotorin, saf halde veya her oranda petrol kökenli motorinle karıştırılarak taşıtlarda yakıt olarak kullanılmaktadır181. Bununla birlikte, biyomotorinin sahip olduğu özellikler, alternatif yakıtın “dizel motorlar” dışında, üreteç veya kalorifer yakıtı olarak kullanımına da olanak sağlamaktadır. Ayrıca, biyomotorinden; seralarda, maden ocaklarında ve savunma endüstrisinde yararlanılması da mümkün olmaktadır.

181

Karışımdaki biyomotorin, % 5, % 20, % 50 veya % 100 oranında olmakta ve B5, B20, B50 veya B100 olarak adlandırılmaktadır.

Biyomotorin, çevresel etkileri açısından değerlendirildiğinde ise, fosil kökenli motorine karşı önemli bir üstünlüğe sahiptir. Yakıtın kullanımı sırasında üretilen karbondioksit miktarı, karışımdaki biyomotorin oranına göre değişmekle birlikte, fosil kökenli motorinle karşılaştırıldığında % 40-60 oranında daha az olmaktadır. Biyomotorin ham maddesinin, kullanılmış bitkisel yağlar veya hayvansal yağlar olması durumunda, doğaya bırakılan karbon miktarının daha da düştüğü gözlemlenmiştir.

Sonuç olarak; biyokütle teknolojileri, sera gazlarının yarattığı küresel ısınma sorunu için önemli bir seçenek haline gelmiştir. Toplumların bu konuyla ilgili duyarlılığı da, özellikle otomotiv (Renault, General Motors vb.) ve yakıt (Shell, BP vb.) endüstrisinde, yenilenebilir bir enerji kaynağı olan biyokütleye yönelik çalışmaların artmasına neden olmaktadır.