EV ATIKLARINDAN BİYOGAZ ÜRETİM PROJESİ

1. GİRİŞ

Günümüzde enerji önemli bir yer almaktadır. Birçok ülke enerji kaynaklarını elde etmek için bir rekabet halindedir. Bu güne bakarsak sanayinin gelişmesiyle büyümesi ile birlikte enerji ihtiyacı da aynı ölçüde artmaktadır. Bu sebeple elde edilen enerjinin yüksek verimle kullanılması gerekmektedir. Türkiye dünya nüfusunda %1,2’lik, enerji tüketiminde ise %0,8’lik bir paya sahiptir.[20] İhtiyaçlarımızın karşılanması ve gelişim sürecinin sağlam bir şekilde sürdürülmesinde ihtiyaç duyulan enerji; sanayi, konut gibi alanlarda kullanılmaktadır. Sınırlı olan enerji kaynaklarından daha fazla yararlanmak için yöntemler bulunmalıdır. Çünkü enerji fiyatlarının sürekli artış halinde olması ve fosil yakıtlarının bir süre sonra bitecek olması enerji kaynaklarını tespit ederek oluşan kaynaktan faydalanmayı zorunlu hale getirmiştir. Enerji ısı, ışık, elektrik, jeotermal ve benzeri enerji türü kaynakları ile birlikte, diğer yenilenebilir doğal enerji kaynaklarını da kapsayan büyük bir enerji topluluğu haline gelmiştir.

2. Çalışmanın Amacı ve Önemi

Önemi; Türkiye de ihtiyaçların çok hızlı bir şekilde artmasından dolayı sosyal ve endüstriyel gelişmeler ile bazı problemler oluşmuştur. Enerji ihtiyacının büyük bir kısmını yurtdışından ithal etmektedir. Ülkemizde var olan yenilenebilir enerji kaynakları verimli kullanılırsa enerjide dışa bağımlılık kalmayacaktır. Bu nedenden dolayı biyogaz bu problemler için en etkili çözüm haline gelmiştir. Ev de oluşan çöpleri çöp atık merkezlerine göndermek yerine bu çöpleri kullanarak ev ve ülke bütçesine katkı amaçlı kullanacağımızı düşündük.

Amacı; Isı ve elektrik enerjisi dönüşümünü en masrafsız ve kolay şekilde üretmek içindir. Bir diğer amacı da organik atıkların kontrollü şekilde depolanması ve koku sorununun büyük ölçüde çözmek ve tarımda organik gübre kullanmak. Evde biriken atıkları değerlendirerek ocak, şofben, kalorifer gibi alanlar da kullanarak evin bütçesine katkı sağlamış olduk.

3. BİYOGAZ

Biyogaz sistemlerin de ana mantık eve ve ülkemize gelir sağlamaktır. Biyogaz tesislerinde kurulumları ile birlikte ev de oluşan atıkları anaerobik çürütme yöntemi ile metan gazına dönüştürmektir. Dönüştürdükden sonra bu metan gazını çeviri cihazlar ile elektrik, ısı enerjisine dönüştürülür.

Biyogaz dünya da hem gelişmiş hem de gelişmekte olan ülkeler de tarımsal, endüstriyel, hayvan atıkları biyogaz üretimin de çok yaygın bir şekil de kullanılmaktadır. Evlerde oluşan atık/atıklar (meyve kabukları, yemek artıkları vb) ile biyogaz üretilebilir. Çin ve Hindistan gibi gelişmekte olan ülkelerin kırsal bölgelerinde basit teknoloji ile kurulmuş on binlerce aile tipi anaerobik çürütücü bulunmakta ve üretilen biyogaz yemek pişirme ve aydınlatmada kullanılmaktadır.

Biyogaz 3 ana aşamadan meydana gelmektedir. İlk aşama hidroliz aşamasıdır. Bu aşamada salgılanan enzimler ile çözünür halde bulunmayan maddeler çamur içerisinde çözünür hale dönüşme işlemidir. Çözünür hale dönüşmüş organik maddeler küçük yapılı maddeleri de asit oluşturma ile gerçekleşir. Daha sonra bu gazlar Hidrojen ile karbondioksit sentezi sonucunda biyogaza dönüştürülmesi ile gerçekleşir.

3.1. Üretiminde Kullanılabilecek Atıklar

Biyogaz genel olarak organik maddelerden(atıklardan) kullanılabilir gaz halinde üretmemizi sağlar.  Elde etme bakımında ayrıştırma gerektiği için atık madde olarak bitkisel veya hayvansal atıklar kullanılır. Özellikle ev tipi organik atıklardan daha fazla gaz elde edilir; Süt, meyve ve sebze kabuk ya da diğer atıkları, yumurta yağ vb atıklar ile gerçekleşir.[33]

ATIK	Taze Katı (%)	Uçucu Katı(%)	BİYOGAZ VERİMİ Litre/Kg
TAVUK ATIĞI(YUMURTA)	10-35	70-75	310-620
TAVUK ATIĞI(ET)	50-90	60-80	550-650
BUĞDAY ATIĞI	70-92	85-93	200-300
MISIR ATIĞI	80	91	350-480
PİRİNÇ ATIĞI	89	93	170-280
KÜSPE	65	78	140-190
SEBZE ATIĞI	5-20	75-86	300-400
YAPRAKLAR	80	90	300-400
SÜT	8-12	90	350-800
KONSANTRE SÜT	20-25	90	250-500
YEMEK ATIKLARI	10 18	80 95	500-600

Tablo 1. Evsel atıkların biyogaz verimi

Tablo 1 ‘de görüldüğü gibi evsel atıkların biyogaz verimi gösterilmiştir. En çok verimi tavuk atığı(et) olarak 500-600 litre arası gaz verimi oluşur. Bir diğer verim artışı olarak yemek atıklarını görüyoruz; 500-600 litre arası gaz elde edebiliyoruz.

Tavuk atığı yumurta ve et tavukçuluğuna göre değişik verimler sağlayabilir. Tavuklar da yumurta atıkları sürekli alınmakta ve kullanılmaktadır.

4. EV TİPİ BİYOGAZ

Günümüze bakarsak her evde tüketim sonucunda çeşitli organik atıklar oluşmaktadır. Bu oluşan atıklar çöpe gönderilir. Çöplerde toplanılan bu atıklar yer kaplamakta, koku ve yangın gibi sorunlara yol açmaktadır. Bu çöpe gönderilecek olan atıklardan organik olanları evde kurulan sistemde depolayarak gaz üretiminde kullanarak çevreye ve ev bütçesine katkı sağlanabilir. Türkiye’de kişi başına günde 0,6 kg evsel organik atık olmak üzere genel ortalama 1,0 kg atık oluşmaktadır[23]. Buna göre günde 68.000 ton, yılda toplam 28,4 Milyon ton civarında evsel nitelikte organik gıdaların kullanılmadan atıldığı tahmin edilmektedir.[23]

Evsel organik katı atıklar içindeki geri kazanılabilir atıklar tam bir ayrıştırmaya tabi tutulsa, depolanacak atık hacminde yaklaşık % 35 oranında bir azalma gerçekleştirilebilir. Ağırlık olarak ise evsel atıklarımızın % 12’si geri kazanılabilir atıklardır. Bu da yıllık olarak yaklaşık 3 milyon tona karşılık gelmektedir. Evsel katı atığın %65.5inin yaş evsel atık olduğu varsayıldığında ortaya çıkan değer ise 352,4 gr gün\kişi L' dir.[24]

 Türkiye’de İstanbul’u örnek verirsek kişi başına düşen atık miktarı 1 kilodan fazladır. Genel olarak her gün 20 ton atık üretilmektedir. Bu atıklar sebze, meyve, et mamulleri, yumurtalar şeklinde çoğaltılır. Bizim çalışmamız da evde oluşan çöpleri çöp atık merkezlerine göndermek yerine bu çöpleri kullanarak ev ve ülke bütçesine katkı amaçlı kullanmaktır.

76 milyon nüfusluk Türkiye de günde yaklaşık olarak 1,31kg* 76 milyon = 100 bin ton/gün ev atığı çöp olarak çıkmaktadır.[24] Türkiye de evsel katı atıklarının %50’den fazlası eorobik bir şekilde fermante edilerek parçalanır. Bu atıkları evlerde değerlendirebilmek için tek reaktörlü biyogaz sistemi tasarlanmıştır. Tek reaktörü seçme nedenimiz çalışması basit ve maliyetin düşük olmasıdır. Yapacağımız fermantasyonun bütün aşamaları bir tank içerisinde yerleştirilir. Tek reaktör de hidrolitik ve asitleşme aşamaları gerçekleştiririz. Bu işlemde kuru-kesikli sistem ve yaş-sürekli sistemler kullanılır.

1 m3 biyogaz ile şunlar yapılabilir:

·         2 BG motoru 1saat süre ile çalıştırabilir,

·         60 W eşdeğerindeki fitilli bir lambayı 7 saat süre ile çalıştırabilir,

·         4 kişilik bir ailenin üç öğün yemeğini pişirebilir,

·         300 litrelik bir buzdolabını 3 saat süre ile çalıştırabilir,

·         1.25 kw-h elektrik enerjisi üretebilir.[24]

Ülkemizde genel nüfus  70.000.000’dur. Burda kişi başına günlük 1kg atık düşmektedir. Bu atıkların % 34' ünün mutfak atığı olduğunu biliyoruz. Buna göre;
70.000.000 x 1 x 0,34 = 23.800.000 kg

Yıllık olarak bakarsak eğer  23.800.000 x 365 = 8.687.000 ton mutfak atığı şu an heba olmaktadır. [2]

210 litre hacimli sistem de; Bir aylık metan gazı üretim hesabı şu şekildedir;
210 lt * 60 ( 30lt su + 30kg atık ) / 100 ( % üzerinden ) = 126 litre oluşmaktadır bu kadar litre de 0,126 m3 metan gazı üretilmektedir.

Süresi: 210lt / 60 ( 30lt su + 30kg atık ) =  3,5 gün sonunda metan gazı oluşmaya başlıyor,  20-30 gün sonunda ise 0,126 m3 toplam metan gazı üretilmesi beklenilmektedir. [32]

4.1 Sistemin Genel Yapısı

Sistemimiz evlerde kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Müstakil evlerde bahçe, odunluk gibi alanlara yerleştirilebilir. Apartman dairesinde kullanılacak ise sistemi apartmanın balkonuna yerleştirebiliriz. Sistemi konumlandırdıktan sonra sistemin gaz borusunu apartmanın ya da müstakil evin ocak, şofben, kat kalorifer sistemi ile bağlantısını oluştururuz.

Atıklardan oluşan biyogaz üretim sistemimizin genel yapısı Resim 2’de görülmektedir.  Görüldüğü gibi bulamaç çıkışından çıkan bulamaç gübrelere dökülerek yüksek verim sağlanılabiliyor. Gaz deposundan çıkan gazı da evin çeşitli yerlerinde kullanıldığını görüyoruz.

4.2. Sistemin Çalışması

Sistemin sol üst köşesine atık döküm yeri oluşturduk. Atıkların sisteme dâhil edilmesi sırasında önceden oluşmuş olan gazın kaybolmaması için gazın biriktiği kubbe kısmı ile fermantasyonun (karıştırma işlemi) yapıldığı yer arasına kapak yerleştirildi. Atık sisteme dâhil edilirken kapak kapanarak gaz çıkışı engellenir, sisteme atık takviyesi ve bulamaç çıkışı yapıldıktan sonra kapaklar açık konumda gazın kubbede toplanmasına imkân sağlamaktadır.

Sistem için hazırlanan atıkları atık döküm yerinden atığın kilosu kadar litre boyutunda su ilave ederek haznemize boşaltırız. 30 L atığa 30 L su dökülüp karıştırılması gerekmektedir. Bu işlemden sonra Karıştırma ünitesi çalıştırarak atıkları bulamaç haline getirene kadar karıştırırız. Karıştırma işlemi karıştırıcılara bağlanan matkap motoru ile yapıldı.  Karıştırma süresi 30 dk sürmesi yeterlidir. Günde birkaç kere karıştırabiliriz. Karıştırma işlemin de amacımız gaz üretiminde atıkları parçalayarak gaz oranını arttırmaktır.  

Gaz üretimi için bekleme.süresi.olarak.aşağıdaki.formül.kullanılır;

Bekletme.süresi=.Sistemin.hacmi./.Atık.miktarı

Örnek.verirsek;
Bekletme süresi= 210lt hacimli(sistemimize) / 30kg(atık miktarı)=7 gün bekleyeceğiz.
Ev atığın da, metan gazı veya biyogaz elde edebilmek için en fazla başvurulan yöntem, kesik besleme yöntemidir. [1]

Sistemde belli bir süre (15-20 gün) bekletilen atık, bu süre içinde fermantasyona uğrar ve gaz elde edilir. Elde dilen bu gaz sistemin kubbesinde biriktirilir. Sistemdeki atıktan yaklaşık 2 ay kadar verim alınabilir.  15-20 gün önce doldurulmuş ve biyogaz vermeye başlamış olan tesisten, aşağı yukarı  2 ay kadar verimli bir şekilde gaz alınır ve bu süreden sonra, giderek gaz verimi düşer. Bu nedenle  bulamacın ortalama her iki ayda bir boşaltarak, yeniden taze  ev atığıyla doldurmak gerekir. Bulamaç çıkışı sistemin altında bulunmaktadır. Bu bulamacı gübre olarak saksı çiçeklerinde veya bahçelerde kullanabiliriz.   

Tankın her dolduruluşunda fermantasyon oluşumu tamamlanıp biyogaz üretiminin başlaması için 10-20 gün kadar beklenir. Bu nedenle üretim, belli aralıklarla kesintiye uğrar. İşte bundan dolayı, sözü edilen biyogaz üretim yöntemine kesik besleme ve kesik üretim yöntemi adı verilmiştir.

1 kilo ev atığı, 30 gün bekletme ve 20°C sıcaklıkta 0,15 litre biyogaz verir,  eğer bekletme süresi 100 güne ve sıcaklık 33°C'ye çıkarılırsa, 0,54 litre biyogaz alınabilir.[26] Yeni karışım eklemeden önce, en az 30-35 gün bekletme süresi olmalıdır çünkü alınabilecek metan gazının yarısı bu süre içinde ortaya çıkar. Diğer yarısı ise daha yavaş bir hızda ileriki günlerde çıkacaktır. Sistemin kurulduğu ev sahibi tercihine göre sistemi istediği zaman boşaltıp yeni atık ekleyebilir. Sistemi iki ayda bir boşaltmak en ideal olanıdır.

Bekleme süresi bittikten sonra kubbede depolanan gazı, bir hortum ile ocak, şofben vb. yerlerde kullanmak üzere dağıtabiliriz.

Kubbede gaz birikmesi fazla olduğunda tehlike yaratmaması için sistemi gaz, ısı ve basınç sensörü ile takip edilmektedir. Sistem uyarı verirse gaz otomatik olarak evdeki doğalgaz şofben sisteminde ısıtma amaçlı kullanılabilir.

4.3. Sistem Teknik Özellikleri

Saçtan yapılmış mekanizmanın aşağıdaki özelliklere sahip olması gerekmektedir. 210 litre hacimli bir sistem geliştirdik. Bu oluşan sistemin %100 bir şekilde sızdırmazlık testi gerekmektedir. Hava değişimlerinden dolayı mamül çeliktir ve soğuk çekmeli şekildedir. Kapak olarak vidalı çember kullanılır, plastik veya metal pim kilitli olması gerekiyor.

Kullanacağımız ana sistemin ölçümleri aşağıda Tablo 2 de verilmiştir.

HACIM	ÇAP		YÜKSEKLİK		SAÇ KALINLIĞI		AĞIRLIK
LİTRE  (LT)	İÇ ÇAP (mm)	DIŞ ÇAP (mm)	İÇ YÜK (mm)	DIŞ YÜK (mm)	GÖVDE (MM)	KAPAK (MM)	KG
210	571.5	60	846	880	0.70	0.80	13.30

Tablo 2. Sistemin ölçüleri

Saçtan yapılmış mekanizmanın ana ölçümleri yukarıda ki bilgiler de verilmiştir. Mekanizmaya atılan atıkları karıştırmak için 50 cm Boyutunda demir çubuk ve karıştırma işlemi için matkap motoru yerleştirdik. Atık döküm yeri ile gazometre (gazın birikeceği) yer arasına 60 cm boyutunda çubuk anahtar yerleştirdik. Bulamaç çıkışı ve gaz çıkış yeri için 6 cm çapın da 2 ayrı çıkış noktası koyduk. Atık döküm yeri için de 10 cm’lik çıkış noktası koyduk. Gazometre de ki gazın basıncını ölçmek için Gaz basınç sensörü monteledik. Bulamaç  atık çıkışı için 1 adet tıpa yerleştirdik. Sistemin son kısmı olarak da oluşan gazı tüp gaz hortumu ile gazı istenilen yere gönderiyoruz.

Resim 4: Sistemin Ölçüleri

Sistem yaklaşık olarak 700 tl ye mal olmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynakları devletin destekleme konularından biri olduğundan sistemi devletten desteği ile gerçekleştirebiliriz.

Altarnatif enerji kaynaklarını kullanarak jeotermal,biyogaz, güneş ve rüzgar enerjisi üretim tesislerin hibe desteği verilecektir. Hibe desteğin de hem tüzel hemde gerçek kişiler yararlanabilmektedir. Proje tutarının üst limitinin tüzel kişiler de 600.00 tl, gerçek kişiler de ise 150.000 olarak belirlemiştir ve bu uygulamalar da tutarların %50’si hibe olarak geçmektedir.[25] Biyogaz tesisleri ülkemizde kamu, özel finans kuruluşları ve Avrupa Birliği fonları ile desteklenir. Verilen destekler hibe, teşvik ve faizsiz veya düşük faizli kredi şeklinde gerçekleşmektedir.

5.SONUÇ

Enerjinin öneminin arttığı günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklarından son seviyede faydalanılması gereklidir. Yenilenebilir enerji kaynakları arasında bulunan biyogaz, organik evsel atıklardan da üretilebilmektedir. Türkiye'de evsel atıklarımızın içerisinde yüzde 50'ye yakını organiktir ve mutfak ağırlıklıdır. Bu evsel atıklardan çıkan gazları doğaya salarak (metan, karbondioksitten 21 kat daha zararlıdır) var olan potansiyel enerjiden mahrum oluyoruz aynı zamanda doğayı kirletmekteyiz.

Ev atıklarını kullanarak gübre oluşumuna katkı sağlıyoruz. Bulamaç çıkışı ile bitki gübreleri kuvvetlenir. Çöplerin ev tarzı biyogaz sistemlerin de kullanarak çöp arabaların da azalma görürürüz.

Bu sistemle 1 kilo ev atığı, 30 gün bekletme ve 20°C sıcaklıkta 15 litre biyogaz vermektedir.

Evde kullanılan gazın büyük bir kısmını bu sistem sayesinde karşılayabilirsiz. Sistem kendini yaklaşık 2 sene içerisinde amorti edecektir.

Şuan tüketmekte olduğumuz enerjinin yüzde 70’inden fazlasını yurtdışından ithal etmekteyiz. Türkiye, doğalgaz tüketiminde diğer ülkelere göre en hızlı artan Avrupa ülkesidir. Türkiye doğalgaz tüketimin de 2000 yılına 14,6 milyar metreküpten, 2012 yılında 46,3 milyar metreküpe çıkmıştır. Türkiye, 2012 yılındaki doğalgaz ithalatının yüzde 58’ini Rusya’dan yapmıştır. [7]

Türkiye de hane başına düşen 1 aylık gaz miktarı 0,126 m3’tür.  Bunu 1 yıl olarak düşünürsek 1,512 m3 gaz elde ediyor.  Türkiye de toplam hane miktarı yaklaşık 20.000.000’dur. Bu toplam hane sayısına düşen gaz miktarı 20.000.000 * 1,512= 30.24 milyon m³ metan gazına denk gelmektedir.

2012 yılına dayalı bilgilere göre dışarıdan ithal ettiğimiz en son gaz miktarı 46,3 milyon m3’tür.[7]  Türkiye de bu sistem yaygınlaştırılıp kullanılırsa, yurt dışından ithal ettiğimiz 46,3 milyon m3’lük gazın yarısından çoğunu biz karşılaya biliriz, böylelikle türkiye ekonomisine büyük ölçüde katkı sağlanmış olur.

Sistemi daha genelleştirerek apartman bazındaki atıkları ve fosseptik atıklarını sistemde gaz üretimi için kullanabiliriz.