TARIMDA ENERJİ KULLANIMI

Tarımda kullanılan güç makinalarına; traktörler, termik motorlar, elektrik motorları, canlı kuvvet kaynakları, su ve rüzgâr motorları örnek olarak gösterilebilir. Ekim, dikim ve gübreleme makinaları; sulama makinaları, tarımsal savaşım makinaları, hasat ve harman makinaları, yem hazırlama makinaları ve daha birçok tarım makinası da iş makinalarına örnek teşkil eder.

Dünyada bulunan doğal (birincil-primer) enerji kaynakları fosil enerjisi, nükleer enerji ve yenilenebilir enerjilerdir.

Yenilenebilir enerji kaynaklarının başlıcaları güneş enerjisi, hidrolik enerji, rüzgâr enerjisi, jeotermal enerji ve biyokütle (biyomas) enerjisidir. Bu enerjilerden bir bölümü ısı, elektrik, hidrojen gibi ikincil (sekonder) enerjilere dönüştürülerek kullanılırlar.

Biyokütle: Enerji elde edilmesi amacıyla kullanılan organik kökenli artık ve atıklardır.

Dünyada nüfus artışı, sanayileşme ve kentleşme olguları, küreselleşme sonucu artan ticaret olanakları doğal kaynaklara ve enerjiye olan talebi giderek artırmaktadır

Türkiye’nin temel enerji politikaları aşağıdaki başlıklarla özetlenebilmektedir:

• Maliyet, zaman ve miktar yönünden enerjinin tüketiciler için erişilebilir olması,

• Serbest piyasa uygulamaları içinde kamu ve özel kesim imkânlarının hare-kete geçirilmesi,

• Dışa bağımlılığın azaltılması,

• Enerji alanında ülkemizin bölgesel ve küresel etkinliğinin artırılması,

• Kaynak, güzergâh ve teknoloji çeşitliliğinin sağlanması,

• Yenilenebilir kaynakların azami oranda kullanılmasının sağlanması,

• Enerji verimliliğinin artırılması,

• Enerji ve doğal kaynakların üretiminde ve kullanımında çevre üzerindeki olumsuz etkilerin en aza indirilmesi.

2018 yılında ülkemizin toplam birincil enerji tüketimi 106,3 milyon tep, üretimi ise 29,2 milyon tep olarak gerçekleşmiştir. Enerji arzında %32’lik pay ile doğalgaz ilk sırayı alırken, doğalgazı %29,9 ile petrol, %29,5 ile kömür izlemiş, %8,6’lık bölüm ise hidrolik dahil olmak üzere yenilenebilir enerji kaynaklarından karşılanmıştır.

Ekserji: Tanımlanmış termodinamik koşullarda, belli bir miktar enerjinin diğer bir enerji biçimine dönüştürülebilen en yüksek miktarı anlamına gelir.

Bir enerji dönüşümünde kayıp ve kullanılabilir enerjilerin ölçüsü, dönüşümü yapan makina ya da cihazın verimi ya da iyilik derecesi olarak aşağıdaki şekilde tanımlanır:

Bu eşitlikte;

η   : Makinanın verimi (%),

ÇE    : Çıktı enerjisi miktarı (iş) (kJ, kcal ya da kWh),

GE    : Girdi enerjisi miktarı (iş) (kJ, kcal ya da kWh) dır.

Fosil yakıtlar, bitkilerin ve hayvanların milyonlarca yıl toprak altında kalarak çürümesi ile oluşurlar. Fosil yakıtlar sondajlarla ya da kazılar sonucunda yeraltından çıkarılırlar. İçinde bulunduğumuz zamanda da yeraltında sıcaklık ve basınç etkisiyle bu yakıtların oluşumu sürmektedir. Ancak, tüketim hızı bu oluşum hızından daha fazladır. Fosil yakıtlar kısa sürede yenilenemeyen, tüketilenden daha az bir kısmı yeniden oluşabilen enerji kaynaklarıdır ve artan nüfus, şehirleşme ve endüstrileşme bu yakıtlara olan gereksinimi arttırmaktadır. Bu yakıtların giderek tükenmesi ve fiyatlarının devamlı artmasının yanında yanma sonucu çevreye verdikleri zararlar ve insan sağlığı üzerindeki etkileri de dikkate alınmalıdır.

Dizel yakıtı, ham petrolün birinci kuledeki damıtılması sırasında 200-380°C kaynama aralığında elde edilir ve Dizel motoru yakıtı motorin olarak bilinir. Dizel yakıtı için piyasada kullanılan mazot deyimi yanlıştır. Çünkü mazot motorinden daha kalındır. Motorin gerek görünüş ve gerek kimyasal yapı bakımından, benzin-den farklıdır. Motorin yakıtının en önemli özelliği, yakıtın iyi yanmasının bir ölçeği olan setan sayısı ile belirlenmektedir.

Özgül yakıt tüketimi: Geliştirilen birim güç veya üretilen enerji başına tüketilen yakıt miktarıdır.

Bir tarım traktörünün kullanım süresine bağlı olarak yakıt tüketimi değeri aşağıdaki eşitlikle hesaplanabilir:

Pestisit: Böcek öldürücü (insektisit), yabancı ot öldürücü (herbisit), mantar öldürücü (fungusit)gibi kimyasalların genel adıdır.

Canlı kuvvet kaynaklarının iş yapabilme yetenekleri genel olarak aşağıdaki eşitlikle belirlenir:

Yenilenebilir enerji kaynaklarının potansiyeli iklim verilerine ve coğrafi konumlara göre farklılıklar gösterdiğinden bu enerjilerin tarımsal işlerde ekonomik olarak kullanılabilirliği değişkenlik göstermektedir. Tarımda kullanılabilen yenilenebilir enerji kaynakları arasında güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi, hidrolik enerji, jeotermal enerji ve biyokütle enerjisi sayılabilir.

Güneşin enerjisini ısı olarak toplama yönteminde yaygın olarak kullanılan güneş kollektörlerinde (toplayıcılarda) ısı enerjisinin önemli bir kısmı su, hava ya da başka bir akışkana aktarılmakta; toplanan enerjinin az bir kısmı ise radyasyon (ısıl ışıma), konveksiyon (ısı taşınımı) ve kondüksiyon (ısı iletimi) yoluyla kaybolmaktadır. Uygulamada birçok kullanım alanı bulunan düz yüzeyli kollektörlerin yapısı; soğurma (absorpsiyon) yeteneği yüksek olan bir soğurucu plaka, soğurucu plakanın önüne yerleştirilmiş cam ya da plastik örtü ve madeni kollektör kasasından (çatı) oluşmaktadır. Düz yüzeyli kollektörün en önemli elemanı, kasanın içinde bulunan soğurucu plakadır. Kasanın soğurucu ile temas eden yüzeyine bir ısı izolasyon maddesi yerleştirilir.

Düz yüzeyli bir güneş kollektöründe toplanan enerji değeri aşağıdaki eşitlikle hesaplanabilir:

Odaklı kollektörler, direkt güneş radyasyonunun bir nokta ya da bir hat boyunca toplanması esasına göre çalışırlar. Difuz radyasyon değerlendirilemediğinden odaklı kollektörler, ancak güneşlenme yönünden zengin olan yörelerde verimli olarak kullanılabilirler ve çoğunlukla iç bükey ayna, kesik koni ve silindirik şekildedirler. Bazı özel durumlarda düz plakalı yansıtıcılardan yararlanılarak da odaklı kollektörler yapılmaktadır.

Tarımsal üretimde ürün kurutma, sera ısıtma, sulama, toprak dezenfeksiyonu (solarizasyon) gibi işlemlerde güneş enerjisinden yararlanılmaktadır.

Rüzgâr türbinleri ile elde edilen mekanik enerji çoğunlukla elektrik enerjisine dönüştürülerek işletme içinde kullanılır ya da elektrik üretimi fazla ise şebekeye verilir. Rüzgârdan üretilen elektrik enerjisinin; elektriksel tüketicilerde kullanılması, sera iklimlendirmesi, sulama ve drenaj, ısı pompası, soğutma sistemleri, rüzgâr değirmen tesisleri gibi birçok tarımsal uygulama alanı bulunmaktadır.

Hidrolik enerjinin elde edilmesinde bir akarsuyun kinetik enerjisinden veya bir gölün potansiyel enerjisinden yararlanılır. Akan sudan yararlanılarak ilk olarak bir türbin veya çark döndürülür. Türbine bağlanan bir alternatör sayesinde bu dönme hareketi ile alternatif akım üretilir. Su çarklarında ise mekanik enerji, kasnak ya da dişli çark gibi güç aktarma organlarıyla iş makinalarına ya da bir jeneratöre iletilir.

Türbinler çarpmalı ve tepkili olmak üzere iki gruba ayrılır. Çarpmalı türbinler yüksek düşüye sahip santrallarda kullanılır. Bu sistemde su bir kanaldan geçirilerek hızlandırılır ve türbin (Pelton türbini) kanatlarına püskürtülür. Tepkili türbinler, alçak ve orta düşülü santrallarda kullanılır. Burada, türbine gelen suyun akış hızı düşüktür. Türbin kanatlarının özel yapısı suyu çarkın merkezine doğru hızlandırır. Bu türbinlere örnek olarak Kaplan türbini ve Francis türbini verilebilir.

Yeryüzünün derinliklerinde bulunan ve kendiliğinden ya da sondajlarla yeryüzü-ne çıkarılan, akışkana bağlı olan ısı enerjisine, jeotermal enerji adı verilmektedir. Jeotermal enerji, tarımda ve tarımsal ürünlerin işlenmesinde, genellikle de seraların ısıtılmasında kullanılmaktadır. Seraların ısıtılması yanında; tarımda açık alanlarda toprak ısıtmada, hayvan barınaklarında uygun ortam koşulları sağlanmasında, tarım ürünlerinin kurutulmasında, balık yetiştiriciliğinde, mantar üretiminde, toprak ıslahında olmak üzere birçok alanda jeotermal enerjiden yararlanılmaktadır. 

Genel olarak biyolojik kökenli fosil olmayan organik maddelere biyokütle (biyomas) denir. Fotosentez sırasında güneş enerjisini depolayan bitkisel organizmalar da biyokütle olarak adlandırılmaktadır. Biyokütle aynı zamanda bir organik karbon olarak da kabul edilebilir. Biyokütle kaynakları atıklar (tarımsal üretim atıkları, tarım ürünlerini işleyen sanayi atıkları, ürün atıkları, kırsal kesimdeki odunsu atıklar), orman ürünleri (odun, budama atıkları, talaş) ve enerji bitkileri (nişasta bitkileri, şeker bitkileri, yağlı tohumlu bitkiler) olarak üç grupta toplanabilir. Daha ayrıntılı bir gruplandırma ise şöyle yapılabilir:

• Odun ve odunsu biyokütle (bitkinin gövdesi, dalı, kabuğu, yonga, briket, pelet)

• Otsu ve tarımsal biyokütle (yıllık ya da çok yıllık bitkiler, otlar ve çiçekler, saman)

• Suda yaşayan biyokütle (yosunlar)

• Hayvan ve insan atığı biyokütle (hayvan ve insan dışkıları)

• Bulaşık ve endüstriyel biyokütle (belediye atıkları, hastane atıkları, endüstri atıkları)

Biyokütlenin avantajları şunlardır:

• Yenilenebilir bir enerji kaynağıdır ve doğaldır,

• İklim değişikliğine olumlu katkı yapar,

• Kül, karbon, kükürt, azot ve iz elementler düşüktür,

• Zararlı salımlar azdır,

• Kısmen ucuzdur,

• Yeni istihdam olanakları sağlar,

Biyokütlenin bu özelliklerine karşın olumsuz özellikleri ise şu şekilde sıralana-bilmektedir:

• Klor, potasyum, sodyum, mangan içerikleri yüksektir,

• Enerji içeriği düşüktür,

• Gıda üretimiyle rekabet halindedir,

• Toprakların zarar görüp biyolojik çeşitliliğin yitirilmesi söz konusudur,

• Çevreye kötü koku ve zararlı bileşenler yayabilir,

• Isıl işleme girdiğinde zararlı salımlar ortaya çıkabilir,

• Toplanma, taşınma, depolanma ve ön işlenme giderleri fazladır.