Biyokütle Enerjisi

Biyokütle, iklim sisteminde önemli bir role sahiptir. Biyokütlenin büyümesinde fotosentez en önemli adımdır ve şu eşitlik ile verilir:

CO2 + H2O + güneş ışını + klorofil ▶ (CH2O) + O2

Karbondioksit (CO2), fotosentez yoluyla organik maddeye dönüştürülür ve güneş ener- jisi biyokütle içinde sabit karbon biçiminde alıkonur. İnorganik maddeler, CO2 ve su organik kimyasallara dönüştürülür ve oksijen açığa çıkar. Yapı bloğu olarak tanımlanan karbonhid- rat (CH2O) ana organik üründür. 1 gmol sabit karbon başına yaklaşık 470 kJ enerji tutulur.

Küresel ısınmanın en önemli nedeni sera gazları olup bunlar arasında da küresel ısınmaya en çok neden olan gaz CO2’dır. Sera gazları kızılötesi radyasyonu tutar ve yeryüzünün ısınmasına neden olurlar. Özellikle endüstriyel faaliyetler sebebiyle atmosferde- ki sera gazı düzeyi giderek artmakta, küresel ısınma kaçınılmaz bir hâl almaktadır. Bu ise dengede var olan CO2 miktarına her yıl ton- larca yeni CO2 eklenmesi anlamına gelmek- tedir.

Fosil ya- kıtlarla kıyaslandığında, biyokütlenin yeni- lenebilir olmasının yanında en önemli avan- tajı atmosferdeki CO2 salınımına katkısının sıfır olmasıdır. Çünkü biyokütleler, yetişme sürecinde atmosferdeki karbondioksiti bünyesinde tutarken yandıkları zaman da onu atmosfere geri verir.

Biyokütle yakıtları ise çok çeşitlidir. Biyokütle kay- naklı ham maddeler kullanarak gaz yakıt (yakmak için), sıvı yakıt (taşıtlara yakıt amaçlı ya da kimyasal ham madde amaçlı) ve katı yakıt (odun kömürü) elde etmek mümkündür.

Gelişmekte olan ülkelerde geleneksel evsel kullanım: Bu amaçla; yakacak odun,vodun kömürü ve tarımsal atıklar başlıca evsel pişirme (kuzine gibi), aydınlatma ve ortam ısıtması amacıyla kullanılmaktadır. Bu yolla biyokütlenin faydalı enerjiye dönüşümü genellikle %5-15 arasındadır.

Modern endüstriyel kullanım: Özellikle gelişmiş ülkelerde endüstriler biyokütleyi ısıl dönüşüm teknikleri ile yararlı ürünlere dönüştürmektedirler. Böyle bir dönüşüm prosesinin etkinliği %30-55 arasındadır.

Enerji ormancılığı; birim alanda, mümkün olan kısa bir sürede odunsu ham maddeler üretilmesi, kesimden sonra herhangi bir dikime gerek duyulmadan sürgünden yetişebilen türlerden oluşan bu ham maddelerin enerji üretiminde kullanılmasını amaçla-yan orman yetiştirme yöntemidir.

Atık biyokütle kaynakları çok çeşitlidir. Bunlar;

• kentsel katı atıklar,

• kanalizasyon atıkları,

• hayvansal atıklar,

• tarımsal ürün atıkları

• orman atıkları, çevre düzenleme ve ağaç budama atıkları ve

• su bitkilerini içerir.

Çöplerin biyokütle kaynağı olarak kullanılabilecek kısmının %80 olduğu bilinmektedir ve çöplerin enerjiye dönüştürülebilecek kısımlarını ise kâğıt, odun parçaları ve plastikler oluşturmakla birlikte en yüksek pay kâğıt atıklarındadır. Organik olmayan cam, metal gibi maddelerin ayrıştırılmasın- dan sonra bu atıklar dönüşüme hazır hâle getirilebilir. Kentsel katı atıkların birikiminin zamanla artıyor olduğu gerçeği birçok problemi de beraberinde getirecektir. Eşzamanlı atık bertaraf ve bu atıklardan enerji kazanımı birlikte sürdürüldüğü takdirde işi fırsata çevirmek mümkündür. Kentsel katı atıkların üst ısıl değerleri 12,7 MJ/kg olup 1990’larda ABD’de bu atıklardan üretilen enerji yılda 2,5 EJ’dür

Bu tür atıklar hasat sırasında tarlada kalan ya da ayırma ve temizleme sırasında biriken atıklardır. Bu atıkların büyük kısmını soya fasulyesi, buğday, yulaf ve arpa samanları, mısır koçanı gibi tarla atıkları ile yerfıstığı ve fındık kabukları, pamuk atıkları, şeker kamışı gibi değişik atıklar oluşturmaktadır. Türkiye bulunduğu iklim şartları nedeniyle tarım ülkesi olarak nitelendirilmektedir. O yüzden bu potansiyelden kaynaklanan atıkların iyi değer- lendirilmesi gerekmektedir.

Biyokütlenin yapısında;
• ekstraktifler
• selüloz, hemiselüloz ve lignin
• lipitler, protein, nişasta, esterler, trigliseridler bulunur.

Nem giderme; biyokütlenin içermiş olduğu tüm nemin sıvı olarak uzaklaştırılmasıdır. Kurutma da benzer bir prosestir. Nem giderme ile kurutma arasındaki temel fark; kurutma işleminde nem, buhar olarak uzaklaştırılmaktadır.

Briketleme ve pelletleme; biyokütlenin yüksek sıcaklık ve en önemlisi basınç altında sı- kıştırılarak mümkün olan en küçük alana en fazla ürün sıkıştırma yöntemidir. Bu yolla daha yüksek yoğunluklu ham madde elde edilirken taşıma ve depolama kolaylığı sağlanmaktadır.

Biyokimyasal dönüşüm prosesi; ham maddenin biyokimyasal ve mikroorganizmalar yardımı ile sıvı ve gaz ürünlere dönüştürülmesidir. Sıvı ürünler için etanol ve metanol, gaz ürünlere de biyogaz örnek olarak verilmektedir. İki önemli uygulaması bulunmaktadır: havasız ortamda biyokimyasal parçalanma ile biyogaz eldesi ve fermantasyon ile alkol eldesi.

Fermantasyon içerdiği sulu bulamacın mikroorganizmalarla etkileşime girerek enzimatik olayla diğer ürünlere dönüştürüldüğü biyolojik bir süreçtir. Fermantasyonla alkol eldesinde en sık kullanılan ham maddeler nişasta ve selülozdur. Nişasta içeren atıklar arasında şeker pancarı, şeker kamışı, mısır, patates ve pirinç yer almaktadır.

Biyodizel; kolza, aspir, ayçiçek, soya gibi yağlı tohum bitkilerinden elde edilen yağların, atık kızartma yağlarının veya hayvansal yağların kısa zincirli bir alkol ile (genellikle me- tanol) bir katalizör eşliğinde reaksiyona girmesi ile oluşan C16-C18 yağ asidi zincirlerinden oluşan metil ya da etil ester tipi bir yakıttır.

Yanma: Bir yakıtın oksijen ile hızlı tepkimesine yanma denir. Gazlaştırma: Gazlaştırma, karbon içeren yakıtların yanabilir gaz yakıta dönüştürülmesi prosesidir.

İşletme şartlarına bağlı olarak piroliz başlıca üç gruba ayrılabilir:
• Yavaş piroliz (geleneksel piroliz veya karbonizasyon prosesi)
• Hızlı piroliz
• Flash piroliz.
Yavaş piroliz (Geleneksel Piroliz ya da Karbonizasyon): Yavaş ısıtma şartlarında işletilen prosestir. Amaç, katı ürünü (char) maksizimize etmek ise uygulanan prosesin adı karbonizasyondur. Tarihçesi eskilere dayanan odun kömürü elde etmek için de uygulanan bir yöntemdir. En fazla katı ürün elde edilirken sıvı ve gaz ürünler de üretilir. Bu süreç en uzun alıkonma süresine sahiptir (saatler ve hatta günler). Eğer amaç sıvı ve gaz ürün eldeetmek ise hızlı ya da flash piroliz tercih edilmelidir.

Hızlı Piroliz: Karbonizasyon ile flash piroliz arasında yer alır. Amaç değerli sıvı ürünverimini maksimize etmektir. Hızlı piroliz, ham maddenin hızlı ısıtılması ve kısa alıkonma zamanı ile bilinen ısıl yöntemlere göre avantaj sağlamaktadır. Hızlı piroliz, 0,5-10 sani- ye aralığında bir alıkonma zamanında ham maddenin hızla ısıtılmasını gerektirmektedir. Bu yöntem, 650oC’den düşük sıcaklıklarda uygulanır.

Flash Piroliz: Amaç sıvı ve gaz ürünü maksimize etmektir. Karbonizasyon ve hızlı pirolizle karşılaştırıldığında çok hızlı ısıtma hızlarına sahiptir (<700oC/s) ve daha düşük katı alıkonma süresine sahiptir (<0,5 s). 650oC ve daha yüksek çalışma sıcaklıklarında çalışılır.