Biyokütle Çevrim Teknolojileri

Biyokütle Çevrim Teknolojileri

Biyokütle kaynakları biyokütle çevrim teknikleri ile biyokimyasal ve termokimyasal yöntemlerle işlenerek katı, sıvı ve gaz ürünlere ve yakıtlara çevrilmektedir. Çevrim işlemleri sonunda biyoetanol, biyodizel, biyogaz ve pirolitik gaz gibi ana ürün olan yakıtların yanısıra gübre ve hidrojen gibi yan ürünler de elde edilmektedir.

Aşağıda çeşitli dönüşüm yöntemleri görülmektedir.

Biyokütle Çevrim Teknolojileri-2
Biyokütle Çevrim Yöntemler

Biyokütleden enerjinin yanısıra mobilya, kağıt, yalıtım malzemesi yapımı alanlarında da yararlanılmaktadır. Biyokütle kaynakları çevrim teknikleri ve bu teknikler kullanılarak elde edilen yakıtların uygulama alanları aşağıdaki tabloda görülmektedir.

Biyokütle Çevrim Yöntemleri Yakıtlar Uygulama Alanları
Orman artıkları Havasız çürütme Biyogaz Elektrik üretimi, ısınma
Tarım atıkları Piroliz Etanol Isınma, ulaşım araçları
Enerji bıtkıleri Doğrudan yakma Hidrojen Isınma
Hayvansal atıklar Femantasyon-Havasız çürütme Metan Isınma, ulaşım araçları
Çöpler (organik) Gazlaştırma Metanol Uçaklar
Algler Hidroliz Sentetik yağ Roketler
Enerji ormanları Biyofotoliz Motorin Ürün kurutma
Bitkisel ve hayvansal yağlar Esterleşme reaksiyonu Motorin Ulaşım araçlan, ısınma, seracılık




1. Doğrudan Yakma

Genel olarak yakma işlemi, biyokütlenin bünyesindeki yanabilir maddelerin sıcaklığın etkisiyle birlikte oksijenle hızlı bir şekilde kimyasal tepkimesi olarak tanımlanmaktadır. Enerji üretmek maksadıyla biyokütlelerin doğrudan yakılması işlemi bilinen en eski yöntemlerdendir.

Fakat günümüzde biyokütlelerden daha fazla enerji ve verim elde etmek amacıyla yeni yakma yöntemleri ve sistemleri geliştirilmektedir. Biyokütlelerin yakılmasıyla enerji üreten mevcut termik santrallerin yerini artık akışkan yataklı sistemlerle kurulan santraller almaktadır. Biyokütle kaynaklarının tamamından doğrudan yakma yöntemiyle enerji elde etmek mümkün olmakla birlikte bünyedeki nem oranı miktarı yükseldikçe sonuçta elde edilen ısıl değer düşmektedir.

Tarım atıklarının (ayçiçeği sapları ve mısır gibi) içinde bulunan başlıca yanabilir maddeler karbon, hidrojen ve potasyum gibi metalik bazı elementlerdir. Yakma işlemiyle gerçekleşen kimyasal tepkime esnasında havadaki oksijen tüketilmekte ve tepkime sonucunda ısı enerjisi ile birlikte su buharı, karbondioksit ve bazı metal oksitler ortaya çıkmaktadır.

2. Havasız Çürütme

Havasız çürütme, oksijensiz ortamda yaşayan bazı mikroorganizmalar tarafından gerçekleştirilen biyolojik bir işlemdir. Tamamen oksijensiz ortamda gerçekleşen bu olay organik madde + su + bakteri = karbondioksit + metan + hidrojen sülfür + gübre + bakteri şeklinde olmakta ve termofilik ve mezofilik bakteriler tarafından gerçekleşmektedir. Bu bakterilerden termofilik olanlar 54°C’de mezofilik bakteriler ise 35°C civarında üretim yapabilmektedir.

Termofilik bakteriler sıcaklık değişimleriden çok daha fazla etkilenmekle birlikte mezofilik bakterilere kıyasla daha yüksek hızda metan üretebilmektedir. Havasız çürütme olayında tarım atıkları, bu amaçla yetiştirilen bazı özel bitkiler ve çoğunlukla da hayvan gübresi kullanılmaktadır. Bu olay sonucunda biyokütleden sıvı ve gaz yakıt elde edilir. Gaz olarak elde edilen ve yaygın olarak kullanılan yakıt biyogaz en çok bilinenlerdendir ve % 25 – 45 arası karbondioksit ile % 55 – 75 arası metan gazı ihtiva etmektedir.

Bu yöntemle elde edilen biyogazın ısıl değeri yaklaşık 5200 kilokalori/m³ olmaktadır. Biyogaz eğer hayvan gübresinden elde ediliyorsa işlem sonucunda kalan malzeme yine değerli bir gübre olarak kullanılmaktadır. Havasız çürütme yönteminin verimi kullanılan biyokütle kaynağına, sıcaklığa ve pH değerine göre değişmekle birlikte % 60 ila % 70 arasında olmaktadır. Biyokütlelerin oksijensiz ortamda mikroorganizmalar yardımıyla fermantasyona uğratılması sonucunda karbondioksit ve metan gazı ile birlikte gübre ortaya çıkmaktadır. Daha önce yapılan çalışmalar havasız çürütme yoluyla evsel ve endüstriyel atıklardan elde edilen gübrenin kaliteli olmadığını göstermiştir. Fakat besleyiciliği ve kalitesi daha az olan gübrenin dışında yinede yakıt olarak değerlendirilebilen metan gazı elde edilebilmektedir. Buna karşın hayvan gübrelerinden ve bitki artıklarından bu yöntemle yaygın olarak kullanılan ve bilinen biyogaz üretilebilmektedir.

3. Fermantasyon

Biyokütlenin yapısından farklı oranlarda hemiselüloz ve lignin bulunmaktadır. Selüloz enzimatik hidrolizden sonra yapılan kimyasal hidroliz, kimyasal işlemler veya enzimler yoluyla glikoza parçalanabilmektedir. Kimyasal hidroliz şartları glikozu bozabileceğinden bu işlem dikkatli bir şekilde yapılmalıdır. Glikozun fermantasyonu sonucunda aseton, butanol ve etanol elde edilebilmektedir. Elde edilen bu ürünlerin yanısıra ham petrolden elde edilebilecek çoğu kimyasal ürün de üretilebilmektedir. Bu ürünler petrolden elde edilen kimyasal ürünlerin yerlerine kullanılabilmektedir. Yani selüloz, glikoz ve birçok kimyasal ürün elde etmek için kullanılabilen ucuz bir biyokütle kaynağı niteliğindedir.




4. Gazlaştırma

Yapısında karbon içeren biyokütlelerin yüksek sıcaklıkta bozunması sonucunda yanabilir gaz elde etme işlemine gazlaştırma denilmektedir. Gazlaştırma işleminde yakıt hücresine kontrollü bir şekilde hava verilmesiyle biyokütle yakılmaktadır. Bu işlem sonucunda hidrojen ve metan gibi yanabilir gazların yanı sıra azot, kabonmonoksit ve karbondioksit gibi gazlar da ortaya çıkmaktadır. Biyokütlenin gazlaştırılması işleminde çevreye herhangi bir zarar verilmez çünkü biyokütlenin içindeki kükürt miktarı ihmal edilecek seviyede olmaktadır. Biyokütle öğütülüp parçacıklara ayrılarak akışkan yataklı sistemde yanma odasında kum ile birlikte yukarı yönde hava verilip itilerek yapılmaktadır. Bu karışım hava akımı sayesinde kolaylıkla akışkan gibi hareket ettirilebilecek şekilde yürütülmektedir. Karışımdaki biyokütlenin bir kısmının yakılması ile kumun 650°C ile 850°C ısınması sağlanır.

Kimyasal tepkime sonucunda oluşan gazlar yukarıya doğru çıkarken, katran ve benzeri istenmeyen zararlı maddeler siklon ayrıştırıcı içinden geçirilmek suretiyle elenmektedir. Yukarıya doğru çıkan bu gaza jeneratör gazı, gen gazı veya odun gazı adı verilmektedir. Bu gazın hacmindeki mevcut ısıl değeri 4 ile 11 MJ/m³ (1000 – 2600 Kcal/m³ ) arasında değişmekle beraber doğal gaza kıyasla daha düşük enerjiye sahip olmaktadır. Gazlaştırma işleminde 3 tip biyokütle kaynağı kullanılmaktadır. Bu kaynakları bitkilerin samanları, mısır sapları, pirinç, buğday ve ayçiçeği gibi tarım atıkları, kayısı çekirdeği kabuğu ve ceviz kabuğu gibi gıda işleme endüstrisi atıkları ve orman endüstirisi atıkları oluşturmaktadır.

Gazlaştırma işleminde son yıllarda daha çok kullanılan sürekli besleme olanağıyla diğer sistemlerden daha üstün olan akışkan yataklı sistemlerin yanısıra sabit ve oynar yataklı sistemler de kullanılmaktadır. Daha basit gazlaştırma sistemlerinde bile yakıt verimi % 85-90 olmaktadır.

5. Biyofotoliz

Biyofotoliz, deniz suyu içindeki bazı mikroskobik alglerden güneş enerjisi yoluyla oksijen ve hidrojen üretilmesi işlemidir. Bu algler deniz suyunu bir tür güneş pili gibi işleyerek fotosentetik olarak ayrıştırmaktadır. Gelecekte hidrojen yoluyla enerji üretim teknolojisi yaygınlaşıp geliştikçe biyofotoliz konusu üzerine yapılan araştırmaların önem arz edeceği düşünülmektedir.

6. Piroliz

Organik malzemelerin (biyokütle) oksijensiz ortamda yüksek sıcaklık altında termokimyasal bozunması işlemine piroliz (karbonizasyon) denilmektedir. Bu bozunma sonucunda sıcaklığın etkisiyle malzemelerin yapısında bağ kopmaları veya zincir kırılmaları meydana gelmekte ve bunun sonucunda katı, sıvı ve gaz fazlarında ürünler elde edilmektedir. Bu ürünlerden sıvı olanına biyoyağ, katı olan ürüne ise biyoçar denilmektedir. Isıl işlem sonucu metan ve hidrojen gibi gazlar meydana gelirken, organik maddelerden ise petrol ve türevlerine benzer bir yapı oluşmaktadır. Piroliz işlemini gerçekleştirmek için farklı yöntemler bulunmaktadır. Herhangi bir fazda çıkan ürünlerin miktarı ve özellikleri piroliz işleminde kullanılan metoda, piroliz sıcaklığına, ısıtma hızına, atığın parçacık boyutuna ve hammaddeye bağlıdır. Piroliz öncesi biyokütlenin parçalanarak daha küçük hacimde kullanılması, ortaya çıkacak ürünlerin verimliliğini ve biyokütlenin ısınma oranlarını arttırdığından işlemin verimini yükseltmektedir. Bunun yanında kullanılan piroliz aletinin tipi de biyokütlenin gereken öğütülme miktarını belirlemektedir.




Sıcaklık, termokimyasal bir süreç olması itibariyle pirolizi ve ürünlerin verimini etkileyen en önemli faktördür. Piroliz sıcaklığı 400-500°C aralığında olduğunda daha fazla biyoçar elde edilirken, 700°C ve üzerinde sıvı ve gaz bileşenlerinin verimi artmakta, daha az biyoçar elde edilmektedir. Piroliz işlemine maruz kalacak olan atığın sıcaklığının arttırılma hızı da önemli bir parametredir. Isıtma hızı ne kadar yavaş olursa pirolizden elde edilen katı ürün miktarı o kadar fazla olmaktadır. Piroliz işleminde atıkların tamamı ürün olarak geri dönüştürülebildiğinden, her türlü artık veya organik maddeye uygulanabildiğinden, kendi ürettiği gaz ile ısıtılarak enerji tüketimini azalttığından, parametreler değiştirilerek elde edilmesi istenen ürün ayarlanabildiğinden sıklıkla kullanılan bir yöntemdir. Bu nedenle piroliz işleminde hedeflenen ürün katı ürün ise atık yavaş piroliz işlemine; sıvı ürün ise atık, hızlı piroliz işlemine tabi tutulmalıdır. Piroliz işlemi yavaş, hızlı ve ani (flaş) piroliz olmaz üzere 3 şekilde yapılabilmektedir.

6.1. Yavaş Piroliz

Yavaş piroliz düşük sıcaklık ve düşük ısınma hızlarında biyoçar üretimini gerçekleştirmek için binlerce yıldır kullanılmaktadır. Bu proseste, buhar alıkonma süresi çok yüksektir (5 dk-30 30 dk arasında) ve aynı zamanda buhar fazındaki bileşenler birbirlerini etkilemeye devam etmektedirler. Bununla beraber yavaş piroliz iyi kalitede biyoyakıt üretimine imkan vermeyen bazı teknolojik sınırlamalara sahiptir. Yavaş piroliz prosesindeki öncül ürünün parçalanması yüksek alıkonma süresine bağlı olarak oluşmaktadır ve biyoyakıt verimi ve kalitesini ileri derecede etkilemektedir. Bununla beraber uzun alıkonma süresi ve düşük ısı transferi ekstra enerji girişini gerektirmektedir.

6.2. Hızlı Piroliz

Fosil yakıtların azalması ve çevresel problemlerle ilgili olarak yenilenebilir lignoselülozik atıkların işlenmesi giderek ilgi çeken bir alan olmaktadır. Biyokütle farklı teknolojiler kullanılarak yakıt ve değerli kimyasal maddelere dönüştürülebilmektedir. Bu teknolojiler arasında hızlı piroliz en çok dikkat çeken işlemdir. Geleneksel piroliz yönteminin amacı yavaş ısıtmayla katı ürün elde etmektir. Fakat yüksek verimde sıvı ürün elde etmek amacıyla yüksek ısıtma hızlarına sahip hızlı piroliz sistemleri geliştirilmiştir. Hızlı piroliz genellikle yüksek kalitede sıvı biyoyakıt üretmek için kullanılmaktadır. Hızlı piroliz sistemlerini etkileyen birçok faktör bulunmaktadır. Bunlar; nem içeriği, tane boyutu, uygulanan ön işlemler, reaktör tipi, kullanılan ısı kaynağı, gerçekleşen ısı transferi, ısıtma hızı, reaksiyon sıcaklığı, buhar alıkonma zamanı oluşan biyoçar ve sıvı ürünün toplanma şeklidir. Hızlı piroliz, yüksek sıcaklıklarda kısa alıkonma zamanından dolayı, sıvı ürün üretiminde endüstriyel ölçekte bile tercih edilmektedir. Biyokütlenin hızlı pirolizi, oksijenin bulunmadığı ortamda hızlı bir bozunma ve buharın hızlıca yoğuşturulması ile %70-80 gibi yüksek oranlarda biyoyağ olarak da bilinen sıvı ürünlere dönüştürülmesi işlemidir. Yüksek biyoyağ eldesi orta dereceli piroliz sıcaklıklarında (500°C civarında), çok yüksek ısıtma hızlarında (103-105 °C/s) ve çok kısa buhar alıkonma sürelerinde (<2s) mümkündür. Hızlı pirolizde ikincil reaksiyonların oluşmaması için piroliz buharı, çok kısa zamanda alınıp soğutulmalıdır. Hızlı pirolizde katı ürün verimi ise en düşük seviyededir.

6.3. Ani (Flaş) Piroliz

Birkaç saniye ya da daha kısa bir zamanda gerçekleşen piroliz yöntemine denir. Isıtma hızı oldukça yüksek olup reaksiyon süresi de buna bağlı olarak sadece birkaç saniyedir. Bu nedenle flaş piroliz yapmak amacıyla özel reaktörler tasarlanmıştır. Akışkan yataklı reaktör ve sürükleyici akım reaktörü bu işlem için tasarlanmış iki reaktör tipidir. Flash pirolizde biyokütlenin çok hızlı bir şekilde ısıtılması için parçacık boyutunun oldukça küçük olması gerekir. Flash pirolizgenellikle 500°C sıcaklıkta çok hızlı ısıtma hızlarında ve 100-1000 milisaniye gibi çok kısa alıkonma sürelerinde gerçekleştirilir. Sıvı ürün verimi biyokütle tipine göre değişmekle birlikte kuru biyokütle için maksimum %70’dir. Flash piroliz sonucu oksijenlenmiş hidrokarbonlardan oluşan oldukça kompleks bir sıvı ürün elde edilir. Bunun nedeni oldukça hızlı olan sıcaklık artışından dolayı lignin, selüloz ve hemiselülozların aynı anda bozunmasıdır




Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Next Post

Voleybolda Kaç Hakem Bulunur? Voleybol Hakem İşaretleri Resimli

Sal Ağu 11 , 2020
Share on WhatsApp Share on Facebook Share on Twitter Share on LinkedIn Share on Email Share on Telegram1. Hakemler ve Görevleri Voleybol maçlarında görev alan hakemler; Başhakem, Yardımcı hakem, Yazı hakemi, Çizgi hakemleri, Skor hakemi, Challenge hakemi olan görevlilerden oluşur. Voleyboldaki hakemler ve görevlerini ayrı ayrı açıklayalım: 1.1. Başhakem Başhakem, […]
voleybolda-kaç-hakem-bulunur-hakem-işaretleri