GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ
YEKARUM
YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI ARAŞTIRMA VE UYGULAMA
MERKEZİ
Süleyman Demirel Üniversitesi, Yenilenebilir Enerji Kaynakları Araştırma ve Uygulama
Merkezi, Batı Yerleşkesi, 32260 Çünür- Isparta
E-posta: [email protected]
Tel: 0246 211 1749
Belgegeçer: 0246 211 1862
2013
YEKARUM
1
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
YEKARUM............................................................................................................................................. 1
1. Önsöz ............................................................................................................................................. 3
2. YEKARUM Hakkında .................................................................................................................. 5
3. AraĢtırma Alanları ......................................................................................................................... 5
4. Yapılan ÇalıĢmalar ........................................................................................................................ 5
4.1. GüneĢ enerjisi ...................................................................................................................... 5
4.1.1. GüneĢ bacası ....................................................................................................... 5
4.1.2. GüneĢ izleme ve mobil meteoroloji istasyonu projesi ........................................ 9
4.1.3. Fotovoltaik aydınlatma (PV aydınlatma) .......................................................... 10
4.1.4. Temiz Enerji Evi ................................................................................................10
4.1.5. GüneĢ enerjili ısıtma ......................................................................................... 11
4.1.6. GüneĢ enerjili soğutma ...................................................................................... 12
4.1.6.1. Termoelektrik soğutma ..................................................................... 13
4.1.6.2. Adsorpsiyonlu soğutma ..................................................................... 13
4.1.6.3. Absorpsiyonlu soğutma ..................................................................... 13
4.1.6.4. Ejektörlü soğutma ............................................................................. 13
4.2. Biyokütle enerjisi .............................................................................................................. 15
4.2.1. Biyokütleden enerji Üretim Teknolojileri ......................................................... 15
I. Fiziksel prosesler (Kurutma, öğütme, pellet ve biriketleme) …………...... 15
a) Kurutma ......................................................................................... 15
b) Öğütme .......................................................................................... 15
c) Pellet ve biriketleme ...................................................................... 15
II.Biyolojik ve kimyasal prosesler (Biyogaz, Biyoetanol, Biyodizel)
…………………………………………………………………….……….... 16
a) Biyogaz........................................................................................... 16
b) Biyoetanol ..................................................................................... 17
c) Biyodizel ....................................................................................... 18
III. Termokimyasal prosesler (Yakma, piroliz, gazlaĢtırma) ……………..... 18
a) Yakma ........................................................................................... 18
b) Piroliz ……………………………………………………............ 19
c) GazlaĢtırmave Hidrotermal prosesle.............................................. 21
4.2.2. Süleyman Demirel Üniversitesi, Yenilenebilir Enerji Kaynakları AraĢtırma ve
Uygulama Merkezi' nde biyokütle ile ilgili yapılan çalıĢmalar................................... 22
4.2.2.1. BiyogazçalıĢmaları............................................................................. 22
4.2.2.2. Piroliz-GazlaĢtırmaçalıĢmaları .......................................................... 23
4.3. Diğer ................................................................................................................................. 23
4.3.1. Hidrojen enerjisi ve yakıt hücreleri çalıĢmaları ................................................ 23
4.3.2. Rüzgar ve dalga enerjisi çalıĢmaları.................................................................. 23
4.3.3. Hidroelektrik enerji çalıĢmaları ........................................................................ 23
4.3.4. Jeotermal enerji çalıĢmaları .............................................................................. 23
4.3.5. Atık enerji geri kazanımı çalıĢmaları ................................................................ 23
4.3.6. Enerji verimliliği çalıĢmaları ............................................................................ 24
5. Kaynakça ..................................................................................................................................... 25
YEKARUM
2
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
1. Önsöz
Dünyanın toplam enerji arzı 11 milyar ton eĢdeğer petrol/yıl değerindedir. Bu enerji ihtiyacı
geliĢen teknoloji ve artan insan nüfusu nedeniyle giderek artmaktadır. Bununla birlikte enerji
kaynakları özellikle petrol giderek azalmaktadır. 21. yüzyılın azalan enerji kaynakları
problemine ek olarak hidrokarbon kaynaklarının yakılması sonucu oluĢan sera gazlarının
çevreye verdiği zararlar önemli boyutlara ulaĢmıĢ ve etkileri günümüzde görülmektedir.
Azalan enerji kaynakları, artan enerji ihtiyacı ve karbondioksitin sera etkisi gibi olumsuz
faktörler, alternatif, temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarını bu yüzyılın önemli araĢtırma
konusu haline gelmiĢtir. Alternatif enerji ile ilgili farklı disiplinlerde yapılacak her türlü
çalıĢma, enerji sıkıntısı olmayan, temiz bir çevre ile kurulacak yarınlar için çok önemlidir.
Süleyman Demirel Üniversitesi Yenilenebilir Enerji Kaynakları AraĢtırma ve Uygulama
Merkezi, yenilenebilir enerjiler konusunda yaptığı araĢtırma-geliĢtirme çalıĢmalarıyla bu
alanda büyük katkıda bulunacaktır.
Merkez Müdürü
Yrd. Doç. Dr. Ġbrahim ÜÇGÜL
YEKARUM
3
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
YEKARUM MÜDÜRÜ Yrd. Doç. Dr. Ġbrahim ÜÇGÜL
ORGANİZASYON
Yenilenebilir enerji teknolojileri, güneĢ bacası, güneĢ kulesi, güneĢ tarlaları, güneĢ enerjili
soğutma, biyokütle, biyogaz, hidrojen, enerji verimliliği ve benzeri konularda çalıĢmalar
yapmaktadır.
YEKARUM MÜDÜR YARDIMCISI Doç.Dr. Arzu ġENCAN ġAHĠN
Termodinamik, Enerji Sistemleri, Isıl iĢlemleri
UZMAN Melik Ziya Yakut
Programlama Dilleri (C, C#), Web Tasarım(ASP.NET, PHP, Flash), AkıĢ Analiz
Programı(ANSYS Fluent), Matematiksel Analiz Programı(MATLAB)
Mak. Yük. Müh. Cemal Gürsözlü Teknik
YaĢar Erkaya Teknik
YEKARUM
4
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
2. YEKARUM HAKKINDA
GüneĢ enerjisi, biyokütle enerjisi, biyogaz, rüzgâr ve dalga enerjisi, hidrojen enerjisi,
jeotermal enerji, hidroelektrik enerji gibi çevreye dost, temiz ve sürdürülebilir enerji
kaynakları, yenilenebilir enerji kaynakları olarak bilinir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının
yöre ve ülke çapında potansiyellerini belirlemek ve bu potansiyeli hareket geçirip ulusal güç
haline getirecek teknolojiler üretmek amacıyla, Süleyman Demirel Üniversitesi, Yenilenebilir
Enerji Kaynakları AraĢtırma ve Uygulama Merkezi-YEKARUM, 2003 yılında kurulmuĢtur
ve o tarihten itibaren çalıĢmalarına devam etmektedir.
Isparta ili ve yöresi, Akdeniz iklim kuĢağında bulunması nedeniyle güneĢ enerjisi, biyokütle
enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynakları bakımından çok Ģanslıdır. Isparta ve yöresinin ve
daha sonra tüm yurdun yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımına yönelik araĢtırmageliĢtirme yapmak ve teknolojiler geliĢtirmek, YEKARUM'un temel hedefidir.
3. ARAŞTIRMA ALANLARI
YEKARUM'un baĢlıca araĢtırma alanları
• GüneĢ Enerjisi
• Biyokütle enerjisi
• Rüzgar Enerjisi
Rüzgâr enerjisi, jeotermal enerji, hidrojen enerjisi, hidro- enerji gibi diğer enerji dallarında da
çalıĢmalar yapılmıĢ ve tamamlanmıĢtır.
4. YAPILAN ÇALIŞMALAR
4.1. Güneş enerjisi
4.1.1. Güneş bacası
GüneĢ enerjisi, güneĢten gelen ve dünya atmosferi dıĢında Ģiddeti sabit ve 1370 W/m2,
yeryüzünde ise 0- 1100 W/m2 değerleri arasında olan bir yenilenebilir enerji kaynağıdır.
GüneĢ enerjisi genel olarak konutlarda, sanayide, tarımda, ısıl enerji uygulamaları olarak
(proses enerjisi) ve elektrik enerjisi üretiminde (PV ve ısıl güç santralleri) kullanılır.
Ülkemizde yaygın olarak, düĢük sıcaklık uygulamalarından sayılan düzlemsel kollektörler
konutlarda sıcak su üretiminde kullanılır.. Orta ve yüksek sıcaklık güneĢ enerjisi ısıl
uygulamalarında ise; silindirik-parabolik sistemler, çanak sistemleri, güneĢ bacası, merkezi
alıcılı ve heliostat alanlı güneĢ kule güç sistemleri kullanılır. GüneĢ ısıl elektrik güç tesisleri
güneĢ ıĢınımı odaklamalı ve odaklamasız sistemler olarak kullanılır. Parabolik silindirik
tesisler, güç kuleleri ve çanak/stirling sistemleri, elektrik enerjisi üretimi için kullanılan
YEKARUM
5
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
odaklamalı (yoğunlaĢtırmalı) sistemlerdir. Odaklı sistemlerin dıĢında güneĢ bacası gibi
odaklamasız güneĢ ısıl elektrik güç sistemleri de elektrik enerjisi üretmek için kullanılır.
GüneĢ bacası, altında geniĢ Ģeffaf bir toplayıcı sera ve içinde rüzgâr türbini bulunan merkezi
bir bacadan oluĢur. Sıcak hava, toplayıcı sera tarafından güneĢ ıĢınları (direkt ve difüz ıĢını)
kullanılarak üretilir. Sera bölgesinde ısınan hava, kolektörün merkezindeki bacaya doğru
yönelir ve orta kısımda bulunan türbini hareket ettirerek, enerji üretir.
Şekil 1.GüneĢ bacası çalıĢma prensibi
YEKARUM' un çalıĢmaları ile elektrik üretmek amaçlı bir güneĢ bacası, Süleyman Demirel
Üniversitesi batı yerleĢkesine inĢa edilmiĢtir. Yukarıda açıklandığı gibi bu sistemde de
ısıtılmıĢ yüzeyler üzerindeki ısınmıĢ havanın doğal konveksiyonla yükselmesiyle, uygun
çaptaki ve yükseklikteki kanal içerisindeki akıĢıyla kanal içerisine yerleĢtirilen bir rüzgâr
türbini- alternatör yardımıyla elektrik üretilir.
Bu sistemde genel olarak incelenen parametreler, toplayıcı yüzeye gelen güneĢ enerjisi, örtü
altı yüzey ve hava sıcaklık değiĢimi, kanal içerisindeki hava hızı ve ısınmıĢ havanın kinetik
enerjisidir. Bu proje ülkemizdeki öncü ve tek projedir.
YEKARUM
6
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
Şekil 2. GüneĢ bacası
Şekil 3. GüneĢ bacası
Prototip güneĢ bacası özellikleri aĢağıdaki tabloda verilmiĢtir.
Tablo 1. Prototip güneĢ bacası özellikleri
Parametre
Baca yüksekliği
Toplayıcı sera çapı
Toplayıcı sera alanı
Baca kesit alanı
GiriĢ ağzı çevresel alanı
Değer
15 m
16 m
200,96 m²
1,19 m²
31,148 m²
Sembol
Hgb
D
As
Ab
Ag
Ayrıca, heliostat aynalı güneĢ kolektörleri ve kontrol sistemleri, silindirik parabolik güneĢ
kolektörü geliĢtirilmiĢtir1. GüneĢ güç kuleleri, güneĢ ıĢınlarını kule tepesine monte edilmiĢ
olan ısı dönüĢtürücüye (alıcı) yoğunlaĢtırarak elektrik gücü üretirler. Sistemde, gelen güneĢ
ıĢınlarını yansıtan ve heliostat diye adlandırılan, yüzlerce yada binlerce güneĢ izleme aynaları
kullanılır. GüneĢ güç kulesi sisteminde, heliostat olarak adlandırılan iki eksenli izleyici
aynalar güneĢ enerjisini kulenin tepesine merkezi bir Ģekilde monte edilmiĢ olan alıcıya (Ģekil
1.9) yansıtırlar. Burada, alıcıya gelen güneĢ enerjisi, çalıĢma akıĢkanı (gaz veya tuz eriyiği)
tarafından absorbe edilir ve sonra bir buhar türbininde buhar üretmede kullanılır.
YEKARUM
7
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
ġekil 4. Heliostat ayna
Şekil 5. Heliostat ayna
Şekil 6. Heliostat aynanın alıcıya hedeflenmesi
YEKARUM
8
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
Şekil 7. GüneĢ bacası üst kolondaki alıcı
Şekil 8. GüneĢ bacası üst kolondaki alıcı
SDU-YEKARUM'da yapılan doktora çalıĢmasında güneĢ güç kulesi sistemindeki aynaların
güneĢi takip ederek kule üzerindeki alıcı sisteme odaklaması için yazılımlar geliĢtirilmiĢtir.
Bu yazılımlardan faydalanarak SDÜ'de 10 MW gücünde güneĢ güç kulesi kurmak için gerekli
olan ayna sayısı, ayna boyutları, kule yüksekliği, alan yarı çapı, vb., dizayn parametreleri elde
edilmiĢtir. Ayrıca bu sistemde kullanılan heliostat ve otomatik kontrol sistemlerinin maliyet
analizleri yapılmıĢtır. ÇalıĢma deneysel olarak da gerçekleĢtirilmiĢtir. GeliĢtirilen bilgisayar
yazılımları ve otomatik kontrol ünitesi ile aynalar gün boyu çalıĢtırılarak ortaya çıkan izleme
hataları belirlenmiĢtir. Sonuç olarak 10 MW gücündeki bir tesis için gerekli olan tüm dizayn
parametreleri elde edilmiĢtir.
Şekil 9. Heliostat ayna kontrol programı
Şekil 10. Heliostat ayna kontrol programı
GüneĢ Güç Kulesi örnek tasarımı için yazılan program ile kule parametreleri, heliostat
parametreleri, alan parametreleri, alıcı parametreleri, alan dağılım parametreleri gibi pek çok
YEKARUM
9
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
parametre değiĢtirilerek kurulacak sistem için en iyi durumlar elde edilmiĢtir. DeğiĢik kule
yükseklikleri için uygun alan yerleĢimi ve ekonomik değerlendirme için analiz edilmiĢtir.
4.1.2. Güneş izleme ve mobil meteoroloji istasyonu projesi
GüneĢ izleme ve mobil meteoroloji istasyonu projesi ile iki eksenli güneĢ izleme sistemi
geliĢtirilerek bir PV sistemine uygulanmıĢtır. Bu sistemle mobil meteoroloji istasyonunun ve
aydınlatma sisteminin güç ihtiyacı karĢılanmıĢtır. PIC kontrollü güneĢ takip sistemi
teknolojisi geliĢtirilmiĢtir. Ayna güneĢ takip ve alıcıya hedefleme, bilgisayar programları ve
otomatik kontrol sistemleri geliĢtirilip baĢarıyla test edilmiĢtir.
Şekil 11. Heliostat Ayna GüneĢ Ġzleme
Şekil 13. Mobil meteoroloji istasyonu
Şekil 12. Heliostat Ayna GüneĢ Ġzleme
Şekil 14. GüneĢ izleme sistemi ve PV uygulaması
YEKARUM
10
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
4.1.3. Fotovoltaik aydınlatma (PV aydınlatma)
Proje ile SDÜ de belli yerlerde kullanılan PV destekli Led lambalı dıĢ aydınlatma sistemleri
kurulmuĢtur2,3,4.
Şekil 15. PV' li Aydınlatma
4.1.4. Temiz Enerji Evi
Temiz Enerji Evi projesi ile temiz enerji evinin elektrik ihtiyacı, anlık 1.5 kW, günlük 5 kW
aküleme destekli yerli inverterli PV' li bir sistemle karĢılanmıĢtır. Bu proje akıllı ve temiz
enerji evlerinin ilk prototipi mahiyetindedir. Eve ayrıca "Gün Isı" uygulaması ile bir
"Biyogaz" tesisi uygulaması yapılmıĢtır. Ev üzerinde akademik çalıĢmalar devam etmekte ve
ayrıca ev teĢhir amaçlı kullanılmaktadır.
Şekil 16. temiz enerji evi
Şekil 17. Temiz Enerji Evi Biyogaz Tesisi
YEKARUM
11
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
Şekil 18. Temiz Enerji Evi PV Panelleri
Şekil 19. Temiz Enerji Evi Gün Isı Panelleri
4.1.5. Güneş enerjili ısıtma
Parabolik yalak kolektörler, mevcut güneĢ ısıl elektrik teknolojileri içinde en çok
kullanılanıdır. GeniĢ alanlı parabolik yalak kolektörleri bir "Rankine" buhar türbin/jeneratör
çevrimi için gerekli buharı üretmede kullanılır.
Kolektör alanı, tek eksen izlemeli parabolik yalak güneĢ kolektörlerinden oluĢur. Kolektörler,
güneĢin lineer bir alıcıya sürekli olarak odaklanmasını garanti edebilmek için gün boyunca
güneĢi doğudan batıya doğru izlerler.
YEKARUM'da 2 m²'lik dar açılı ve 24 m²'lik geniĢ açılı iki ayrı parabolik yalak kolektör
sistem geliĢtirilmiĢtir. Endüstriyel amaçlı proses ısısının karĢılanmasına yönelik geliĢtirilen
çizgisel odaklamalı silindirik parabolik (Yalak Tipi) güneĢ kolektörleri ile doymuĢ yada
kızgın buhar üretiminin yanı sıra, 300 °C da kızgın yağ üretimi yapılabilmektedir. Ayrıca bu
sistemler güneĢ enerjili kimyasal reaktörler olarak da kullanılabilmektedir.
YEKARUM
12
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
Şekil 20. 24 m²'lik Parabolik Yalak Kolektör. GüneĢ enerjili su-gaz değiĢim reaktörü olarak
kullanılmaktadır.
Şekil 21. 2 m²'lik Parabolik Yalak Kolektör
4.1.6. Güneş enerjili soğutma
Soğutma-iklimlendirme proseslerindeki soğutma ihtiyacının yenilenebilir enerji (güneĢ
enerjisi, jeotermal vb.) kökenli ısı ile karĢılanması;
• sistemin fosil kökenli enerji tüketmemesi
• çevreyi kirletmemesi
• ilk yatırım maliyeti dıĢında iĢletme maliyetlerinin çok düĢük oluĢu
• çevreye hiçbir zararı olmayan akıĢkanların çalıĢma akıĢkanı olarak kullanılabilmesi,
• tasarımının, üretiminin ve iĢletmesinin basit oluĢu
YEKARUM
13
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
• 30-200°C sıcaklıkları arasında her türlü ısı kaynağının kullanılabilmesi
• atmosfer altı ya da üstü basınçlarda çalıĢılabilmesi
gibi nedenlerle yenilenebilir enerjili soğutma sistemini bugün ve gelecekte en cazip soğutmaiklimlendirme sistemi haline getirecektir. GüneĢ enerjili soğutma konusunda yapılan
çalıĢmalarla YEKARUM, yeni soğutma teknolojilerini ülkemize kazandırmayı
hedeflemektedir.
4.1.6.1. Termoelektrik soğutma
4.1.6.2. Adsorpsiyonlu soğutma
4.1.6.3. Absorpsiyonlu soğutma
Absorpsiyonlu soğutma sistemleri, dıĢ enerji kaynağı olarak her türlü ısı enerjisini kullanılır.
Absorpsiyonlu soğutma sistemlerinin avantajları aĢağıdaki gibidir:
• ÇalıĢması sırasında ek bir enerjiye ihtiyaç duymazlar
• Hareketli parça sayıları azdır, dolayısıyla sessiz çalıĢırlar
• Çok az bakım gerektirirler
• En yaygın kullanıla n akıĢkanlar LiBr-H2Û ve NH3-H2O sistemleridir.
• Kullanılan akıĢkanların ozon tabakasına zararları yoktur.
4.1.6.4. Ejektörlü soğutma
Ejektörlü soğutma sistemi, buhar sıkıĢtırmalı sisteme benzer. Bu sistemde; kompresörün
yaptığı, soğutucu akıĢkanı düĢük basınçtan emme ve yüksek basınca sıkıĢtırma iĢlemini,
sisteme ilave edilen jeneratör ve ejektör ikilisi gerçekleĢtirir.
Ejektörlü soğutma sistemleri, sıkıĢtırma iĢi için gerekli enerjiyi ısıl bir kaynaktan alır. Bu
sistemlerde kullanılabilecek ısıl kaynak olarak her türlü atık ısı kullanılabileceği gibi,
yenilenebilir enerji kaynaklı ısı enerjisi de kullanılabilir.
Ejektörlü soğutma sistemi Ģu bölümlerden oluĢmaktadır:
• Jeneratör
• Ejektör
• Kondenser
• Evaporatör
Herhangi bir kaynaktan alınan ısı, jeneratörde bulunan akıĢkanı buharlaĢtırır. Jeneratörden
çıkan buhar ejektörden yüksek hızla geçerken, evaporatörden ikincil buhar emiĢi gerçekleĢir.
YEKARUM
14
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
Ejektörden gelen karıĢım halindeki buhar, çevreye ısı vererek kondenserde yoğuĢur ve
soğutulacak ortamdan ısı çeken evaporatör ile ortam soğutulur.
GüneĢ enerjili ejektörlü soğutma sistemi genel olarak iki alt sistemden oluĢmaktadır; birincisi
güneĢ kolektöründen meydana gelmiĢ bir güneĢ enerjili ısıtma sistemi ve diğeri de ejektör
soğutma sistemidir. AĢağıda, YEKARUM' da kurulan deneysel güneĢ enerjili ejektörlü
soğutma sisteminin ve imal edilen ejektörün fotoğrafları görülmektedir.
Şekil 22. GüneĢ enerjili ejektörlü soğutma sistemi
Şekil 23. Ġmal Edilen Ejektör
YEKARUM
15
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
4.2. Biyokütle enerjisi
Dünyanın en önemli birincil enerji kaynağı petroldür. Petrolü, %25 ile kömür, % 20 ile
doğalgaz % 7 ile nükleer ve %14 ile yenilenebilir enerji kaynakları izlemektedir⁵.
Ġklim değiĢikliği, hava kirliliği gibi artan çevresel sorunlardan dolayı, tüm dünyada atmosfere
daha az CO2 salan, fosil kaynaklara alternatif, çevreyi daha az kirleten, yenilenebilir enerji
kaynakları aranmaktadır. Biyokütle bunlardan biridir.
Biyokütle terimi çok geniĢ anlamda yaĢayan organizmalardan üretilen madde anlamına gelir.
Örneğin, odun, tarımsal atıklar (saman, mısır kocanları, pamuk atıkları v.b.), Ģehir
kanalizasyon atıkları, endüstriyel organik atıklar (kağıt endüstrisindeki siyah likör, Ģeker
sanayisinden küspe gibi) v.s. Geleneksel olarak biyokütle birkaç bin yıldır enerji kaynağı
olarak zaten bilinmektedir. Örneğin, odunun direkt yakılmasıyla elde edilen ısı enerjisi yemek
piĢirmede ve ısınmada zaten kullanılmaktadır. Biyokütlenin 21. yüzyıldaki modern kullanımı,
enerji yoğunluğunun artırarak fuel ya da yakıta çevrilmesini içerir.
Genel olarak biyokütlenin enerji formları katı (ağaç, pellet vb.), sıvı (etanol, biyodizel vb.) ve
gaz (biyogaz, hidrojen vb.) olarak gruplandırılabilir. Ayrıca uygulanan prosesler üç ana grupta
toplanabilir; a)fiziksel prosesler, b)biyolojik ve kimyasal prosesler ve c)termokimyasal
prosesler.
Alternatif enerji kaynaklarından biyokütle, termal, biyolojik ve fiziksel proseslerle hidrojen,
etanol, metanol veya metan gibi çeĢitli enerji kaynaklarına çok çeĢitli tekniklerle
dönüĢtürülebilir. Biyogaz teknolojisi, biyokütle gazlaĢtırılması ve piroliz bunlardan önemli
olanlardır. Burada öncelikler Biyokütleden Enerji Üretim teknolojileri özetlenmekte ve
Süleyman Demirel Üniversitesi, Yenilenebilir Enerji Kaynakları AraĢtırma ve Uygulama
Merkezi'de biyokütle ile ilgili yapılan çalıĢmalar sunulmaktadır.
4.2.1. Biyokütleden Enerji Üretim Teknolojileri
I. Fiziksel prosesler (Kurutma, öğütme, pellet ve biriketleme)
a) Kurutma
Kurutmanın en önemli amacı, biyokütlenin bozulmadan uzun sure depolanabilmesidir. Bazı
kurutma metotları; sıcak hava ile kurutma, güneĢte kurutma, vakumla kurutma gibi genel
metodlardır. Mikrodalga, rotary kurutma gibi geliĢmiĢ teknolojileri kullanarak yapılan
kurutma iĢlemleri de vardır⁶ ⁷.
b) Öğütme
Kuru biyokütlenin parçacık büyüklüğü, kullanıldığı proses öncesi istenilen büyüklüğe, miller,
bıçaklar, bilyeler gibi çeĢitli öğütme teknikleri kullanılarak ayarlanır⁸.
c) Pellet ve biriketleme
Pellet, odun artıklarının kurutulup, öğütülerek talaĢ haline getirildikten sonra yüksek basınçla
sıkıĢtırılmasıyla çapı 6-10 mm boyutlarında oluĢturulan maddedir. Briket ise 5-20 cm arasında
değiĢen boyutlarda üretilir.
YEKARUM
16
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
Özellikle tarımsal ve orman artıklarının homojen olmamaları ve çok fazla hacim kaplamaları
nedeniyle direkt biyoyakıt olarak kullanılmaları oldukça zordur. Bu problem, bu tür
biyokütlenin kompakt ve düzenli bir Ģekilde yoğunluğunun arttırılmasıyla yani pellet veya
biriket haline getirilmesiyle çözülebilir9. Bunun için kullanılan teknolojiler, biyokütleye bir
piston veya vida yardımıyla basınç uygulanarak istenilen Ģekil ve büyüklüklerde kesilmesine
dayanır¹⁰.
Odun pelletleri genellikler kimyasal bağlayıcı maddeler eklenmeden yüksek basınçla
oluĢturulurlar. Biyokütlenin içerisindeki doğal moleküller bağlayıcı görevi de görmektedir11.
Pellet veya biriket haline getirilmiĢ biyokütle yakılarak enerjisinden faydalanılır12. Odun
briketi aynı ağırlıktaki yakacak oduna göre daha fazla ısı verir, daha temizdir ve daha uzun
süre yanar.
Biyokütlenin pellet veya biriket haline getirilmesinin yararları aĢağıdaki Ģekilde sıralanabilir:
• Odunsu artıkların ileri termo-kimyasal dönüĢümler için kullanımını sağlaması
• Depolama alanının azaltılması
• ĠĢleme biçiminin ve taĢımanın kolaylaĢtırılması ve masrafların azaltılması
• Enerji yoğunluğu / hacim oranının artırılması
• Fermantasyon nedeniyle oluĢan madde kaybının ortadan kaldırılması
II. Biyolojik ve kimyasal prosesler (Biyogaz, Biyoetanol, Biyodizel)
a) Biyogaz
Doğal olarak oluĢmuĢ bataklıklarda milyonlarca yıldır mikroorganizmalar, oksijensiz veya
sınırlı oksijenli koĢullarda, kendi metabolik faliyetleri için organik ve inorganik substratları
kullanarak metan, karbon dioksit ve eser miktarda hidrojen, azot ve hidrojen sülfür içeren bir
gaz karıĢımı oluĢtururlar. Bu gaz, bataklık gazı, gübre gazı veya biyogaz gibi isimlerle
anılmaktadır. Bu proses, insanoğlunun çok sonra dikkatini çekmiĢ ve biyogaz üretim
teknolojileri geliĢmiĢtir. Biyogaz üretim metodları ile yaĢ biyokütle, mikrobiyolojik bakteri
faliyetleri ile parçalanır, anaerobik koĢullarda biyokimyasal fermantasyona uğrar.
Biyogaz üretimi sırasındaki aĢamalar aĢağıda maddelenmiĢtir13.
1. SıvılaĢma aĢaması (Asitojen veya hidroliz): Ġlk aĢamada anaerob ve fakültatif
mikroorganizmaların salgıladığı lipaz, amilaz, proteaz ve selüloaz gibi enzimlerle yaĢ
biyokütlede bulunan lipitler, proteinler, karbohidratlar gibi karmaĢık organik bileĢikler,
monomer ve oligomerler gibi suda çözünen (Ģeker, yağ asidi, amino asit, gliserin, alkol,
karbohidrat 16
monomerleri) moleküllere parçalanır. Bu basamak, anaerobik metan üretiminde hız belirleyici
basamaktır.
YEKARUM
17
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
2. Asetojen aĢaması: Ġkinci aĢamada alkoller, uzun yağ asitleri ve asetatlar gibi bileĢiklerin
oluĢtuğu fermantasyon baĢlar. Bakteriler, sıvılaĢma aĢamasının ürünleriyle beslenerek uçucu
yağ asitleri, sirke asidi, hidrojen ve karbon dioksit oluĢtururlar.
3. Üçüncü ve son aĢama, metanojenesis aĢamasıdır ve çoğunluğu metan ve karbondioksitten
oluĢan gaz ürünler oluĢur. Amonyak üreten bakteriler amonyum konsantrasyonunu artırırken
asit konsantrasyonunu azaltırlar. Böylece metan bakterileri için optimum koĢullar oluĢturulur
ve metan bakterileri metan üretmek için faliyete geçerler.
1 m3 lük biyogazın ortalama hacimsel bileĢimi, %54-80 CH4, %20-45 CO2, %0-1 N2, %1-10
H2, %0.1 CO, %0.1 O2, eser miktar H2S Ģeklindedir14.
Elde edilen biyogaz, gaz motoru ve jeneratör yardımıyla ısı ve elektrik enerjisine
dönüĢtürülebilir. Ancak, kullanıma sunulmadan once biyogaz, korozif etkisi olan ve motor
için uygun olmayan H2S, CO, CO2 gibi gazlardan arındırılmalıdır.
Biyogaz teknolojisi ile üretilen metan gazı yandığı zaman geleneksel fuel yakıtlara göre çok
daha az miktarda CO2 emisyonu yapar, dolayısıyla çevreye dost bir yakıttır.
Biyogaz teknolojisi; tarım atıkları, kanalizasyon atıkları, zirai atık sular, hayvan gübreleri,
evsel biyolojik atıklar ve küspe gibi nem içeriği yüksek atıklar için daha uygundur14.
Hidrojen üreten bakteriler kullanılarak, biyogaz üretim yöntemleri ile çok önemli bir enerji
kaynağı olan hidrojen de üretilebilir15,16.
b) Biyoetanol
Biyokütle içerisinde yüksek oranda Ģeker bulunuyorsa bu çeĢit biyokütle, enerji kaynağı olan
alkol üretimi için uygundur. Oksijensiz ortamda fermantasyon yoluyla alkol üretimi yapılır.
Biyoetanol üretimi için yapısında karmaĢık karbohidrat polimerleri içeren biyokütle de
kullanılır. Lignoselülozik veya odunsu biyokütle; selüloz, hemiselüloz ve lignin gibi polimer
karbohidratlarca zengindir. Selüloz, glükoz birimlerinden oluĢan bir polimerdir. Bu maddeler
hidrolize olduklarında basit Ģekerleri oluĢtururlar ve daha sonra fermente olduklarında etanol
üretirler.
Selülozik maddelerin yapılarında içerdikleri hidrojen bağları nedeniyle basit Ģekerlere
dönüĢümleri biraz zordur. Ancak, sakkarifikasyon denilen iĢlem uygulanarak su ve asit
varlığında hidroliz gerçekleĢtirilir17.
Hemiselüloz, faklı Ģeker birimlerinden oluĢmuĢ dallanmıĢ bir yapıya sahiptir ve hidrolizi
selüloza göre daha kolaydır. Lignin ise alkol gruplarını da içeren çok daha karmaĢık bir
yapıya sahip olduğundan fermantasyonu oldukça zordur.
Biyokütlenin çeĢidine göre içerdiği selüloz, hemiselüloz ve lignin miktarları da çeĢitlilik
gösterir. Sonuç olarak hemiselüloz ve basit Ģeker içeriği yüksek olan biyokütleden etanol
üretim verimi yüksektir.
Biyokütle içerisinde basit Ģeker oranı ne kadar yüksek ise etanol üretimi için gereken teknoloji
de o kadar basittir.
YEKARUM
18
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
Fermantasyon sırasında "Clostridium beijerinckii" gibi bakteriler kullanılarak farklı alkoller
de üretilmiĢtir.
c)Biyodizel
Bitkisel ve hatta hayvansal yağlar biyodizel olarak kullanılmaktadır. Yağlar, yağ asitlerinin
gliserin ile oluĢturduğu esterlerdir, trigliseritlerdir. Trigliseritlerin hidrolizinden elde edilen
doymuĢ ya da doymamıĢ yağ asitleri, metanol veya etanol ile transesterifikasyon iĢlemine tabi
tutulur18. OluĢturulan yağ asidi metil-etil esterleri doymuĢ ya da doymamıĢ hidrokarbon
zinciri içerir. ĠĢte bu hidrokarbon zinciri, kimyasal enerjinin çoğunu depolar.
Bu amaçla kullanılan yağlar; ayçiçeği yağı, soya yağı, hurma yağı, fındık yağı19, kanola yağı
hayvansal yağlar gibi yağlardır. Transesterifikasyon ile yağlar, mevcut araç motorları ve yakıt
sistemleri için uygun yakıt durumuna getirilir20,21. Atık mutfak yağlarının biyodizel olarak
değerlendirilmesi mümkündür. Hatta, yosunlar dahi biyodizel için kullanılmaktadır22.
Biyodizel, kendi baĢına yakıt olarak kullanılabileceği gibi geleneksel olarak kullanılan dizel
yakıtlarla beraber de kullanılmaktadır.
III. Termokimyasal prosesler (Yakma, piroliz, gazlaştırma)
a)Yakma
Selülozik biyokütle, düĢük kül ve kükürt içeriği ile çevreci bir yakıttır. Ayrıca, geleneksel
yakıtların yanmasıyla oluĢan NOx, SOx ve poliaromatik hidrokarbon emisyonları da
düĢüktür23.
Orman biyokütlenin yakılmasıyla elde edilen enerji ısı ve elektrik eldesinde kullanılmaktadır.
Ancak enerji değeri kömür ve petrole göre düĢüktür. Bu yüzden diğer enerji kaynakları ile
karıĢtırılarak yakılmaktadır , . Örneğin kömür; ağaç kabukları , tarımsal atıklar27,
kanalizasyon atıkları28 ve kağıt sanayi atıkları29 gibi biyokütlelerle beraber yakılarak
gereken enerjiye ulaĢılabilir. Beraber-yakma teknolojisinin en önemli özelliği, fosil yakıt
gereksinimini azaltmasıdır. Üstelik NOx, SOx ve CO2 emisyonları da azalmaktadır.
Biyokütlenin yakılması teknolojisinde mekanizmalar tam olarak aydınlatılamadığı için kömür
yakma teknolojisi bilgi birikiminden faydalanılmaktadır. Yine de en iyi yakma teknolojisi
akıĢkan yatak olarak görünmektedir30,31,32,33,34. AkıĢkan yatakta yakma sırasında
parçacıkl kayıplarını önlemek için ise akıĢkan yatak teknolojisi modifiye edilmiĢtir35,36.
Yakma sonucu kalan kül gibi kararlı atıklar, erime ve katılaĢtırma, çimento ile katılaĢtırma,
kimyasal kullanılarak kararlı hale getirme ve asit veya diğer solventleri kullanarak ekstrakte
etme iĢlemleriyle bertaraf edilebilmektedir. Bertaraf etmenin diğer bir yöntemi, çok yüksek
sıcaklıklarda eriterek ve tekrar soğutularak katılaĢtırmaktır37. KatılaĢan yakma atıkları,
yollara parke taĢı olarak döĢenebilir, arazi alanlarının ıslahında kullanılabilir.
YEKARUM
19
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
b)Piroliz
Piroliz (Pyrolysis) kelimesi yunanca bir kelime olup pyr = AteĢ; olysis = ortaya çıkmak
anlamına gelmektedir. Piroliz, biyokütleden oksijensiz ortamda organik moleküllerin
parçalanmasıyla gaz elde etme iĢlemidir. Kimyasal bağlar, oksijensiz ortamda termal olarak
bozunurlar. En tanınmıĢ piroliz prosesi odun kömürü üretimidir. Bu bir yavaĢ pirolizdir,
degazifikasyon olarak da bilinir.
Ġlk defa, dünyada petrol krizi olduğunda biyokütlenin ve talaĢın sıvılaĢtırılması ve
gazlaĢtırılması ile piroliz, önemli hale gelmiĢtir.
Piroliz sonucunda katı, sıvı ve gaz ürünler oluĢur Genellikle piroliz yöntemi ile biyokütle
sıvılaĢtırılarak 'biyo-yağ'a çevrilir38. Bu sıvı yağ, organik bileĢiklerin bir karıĢımıdır (Furfural
türevleri, 18 fenol türevleri vb.)39. Biyokütlenin sıvılaĢtırılmasıyla elde edilen bu sıvı, türbin
veya motorlarda direkt olarak kullanmak için uygun değildir. Elde edilen bu sıvı, petrol
naftası gibi iĢlemlere tabi tutularak kullanılır hale getirilir.
Biyo-yağ, kömürün gazlaĢtırılmasında kullanılan tekniklerle geride kül ve cüruftan baĢka bir
Ģey bırakmayacak Ģekilde hidrojen ve karbon monoksit yönünden zengin olan sentez gazına
dönüĢtürülebilir. Sentez gazından Fischer-Tropsch sentezi ile etanol, metanol gibi değerli
kimyasallar üretilebilir.
Biyo-yağın kalori değeri, aynı miktardaki biyokütleden çok daha fazladır40. Depolanması ve
taĢınması daha kolaydır. Daha az kükürt içerir.
Pirolizde elde edilen katı, sıvı ya da gaz ürünlerden hangisinin veriminin en fazla olacağı,
biyokütlenin çeĢidine, süreç parametrelerine ve reaktör tipine bağlıdır41. Yakma
proseslerinden farklı olarak pirolizde gereken enerji dıĢarıdan karĢılanır.
Üç çeĢit piroliz vardır:
• Torrefaksiyon (Torrefaction)
Torrefaksiyon, oksijensiz ortamda ılımlı piroliz anlamında kullanılmaktadır. Örneğin odun
biyokütlesinin pirolizi dört karakteristik bölgeye ayrılmaktadır. Birinci bölge 200 °C'a kadar
olan sıcaklık bölgesi olup burada su, CO2, formik asit ve asetik asit açığa çıkar. Ġkinci bölge
200-280 °C sıcaklık bölgesi olup; su buharı, formik asit, asetik asit, bir miktar CO ve glikoz
açığa çıkar. Üçüncü bölge 280-500°C arasında olup yoğun bir ekzotermik reaksiyon baĢlar.
Dördüncü bölge 500°C'in üstü olup burada reaksiyonlar yoğun bir Ģekilde devam eder.
Burada torrefaksiyon bölgesi ikinci bölge olup, sadece uçucu bazı organik maddelerin
uzaklaĢtırılmasını ve reaktif hemiselüloz fraksiyonunun bozunmasını içerir. Biyokütlenin
karbon içeriği ve kalori değeri artar, kurutma iĢlemi gerçekleĢir.
Bu proses, gazlaĢtırma öncesi biyokütlenin enerji yoğunluğunu artırmada önemli bir aĢama
olacaktır42.
Odunda bulunan selüloz fraksiyonu 300- 375 °C, hemiselüloz tabakası 200-300 °C, lignin
tabakası 300-500 °C' de bozunmaktadır43. Böylece farklı sıcaklıklarda bozunan
YEKARUM
20
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
fraksiyonlardan farklı yakıt eldesi münkün olabilecektir. Piroliz konusunda literatürde çok
fazla çalıĢma varken, piroliz reaksiyonları, mekanizması ve kinetiğinin daha iyi anlaĢılması
için torrefaksiyon hakkında daha fazla çalıĢma gerekmektedir.
• Yavaş piroliz
Odun, turba, maden kömürü gibi organik maddeler havasız ortamda ve sabit yatak
reaktörlerde, 300 °C civarındaki sıcaklıklarda, uzun ısıtma zamanlarında katı ve sıvı ürünlere
dönüĢtürülürler44,45.
• Hızlı piroliz
Hızlı piroliz ile biyokütle; yüksek sıcaklıkta, akıĢkan yatak reaktörlerde hızla gazlaĢtırılır.
OluĢan gaz, reaksiyon sisteminden hızla uzaklaĢtırılır ve soğutulur. Soğuyan gaz yoğuĢarak
katranımsı bir sıvı oluĢturur46. Yukarıda da değinildiği gibi bu sıvı, fenol ve furfural 47,48,49
türevlerınce zengindir ' '
Biyokütleden en fazla sıvı ürün elde etmek, hızlı pirolizin temel amacıdır. Yüksek verim için
hızlı ısıtma, reaktörde oluĢan gazın kısa alıkonma zamanı ve yoğunlaĢabilen gazın hızlıca
soğutulması esastır. Hızlı ısıtma ile kömürleĢme önlenir. Bunun için de biyokütlenin tanecik
boyutunun olabildiğince küçük olması gerekir. Gaz oluĢumundan sonra soğutmaya kadar
geçen zaman, daha baĢka yan reaksiyonları önlemek için oldukça az olmalıdır. Hızlı soğutma
ile de kondenzasyon rekasiyonlarının önüne geçilir50.
Proses sonrası biyo-yağın iĢlenmeden bekletilmesi, içerisinde bulunabilecek kül ve kok gibi
maddelerin katalitik etkisiyle baĢka kimyasal reaksiyonların oluĢmasına neden olabilir51,52.
Bu nedenle bekletilmeden en son ürüne iĢlenmesi uygundur.
Ağaç atıkları, %75 oranında sıvılaĢtırılabilmektedir. ġeftali ağacı pirolizinden eser miktarda
kül, %20 tar, %70 kondensat, %10 çoğunluğunu CO2 ve CO gazlarının oluĢturduğu gaz ürün
elde edilmiĢtir. Kuru saman için elde edilen değerlerde tar ve gaz miktarlarının arttığını,
kondensat miktarının azaldığını göstermektedir.
Biyokütle çeĢitlerinin ısı, kül ve su içerikleri ve hızlı piroliz sonucundaki ürünlerin kok/kül,
kondensat ve gaz değerleri literatürde bulunabilir53.
Üretilen yağ, asit özelliği taĢır. Bu nedenle özellikle yüksek sıcaklıklarda korozyona neden
olur. Proseslerde polimerleĢme dolayısı ile tıkanma problemleri de ortaya çıkabilmektedir.
Günümüzde kullanılan mevcut piroliz teknolojisinde bu sorunlar yoğun olarak yaĢanmaktadır.
Ayrıca, biyokütlenin ihtiva edebileceği tuzların (Na2CO3, K2CO3 gibi) piroliz iĢlemlerine
katalizör etkisi de vardır.
2007 yılında tamamlanan "BIOTOX" adlı Avrupa birliği projesi ile piroliz yağının toksik
etkileri ve çevreye olan atkileri incelenmiĢtir "Material Safety Data Sheets" madde güvenliği
prototipi hazırlanmıĢtır54.
Proliz kondensatı ısı ve elektrik eldesinde kullanılabilir ve ya extraksiyon ile kimyasallar elde
edilebilir55. Sentez gazi eldesi için ileri ga z l a rĢt ırılabilir56.
Hızlı pirolizdeki güncel araĢtırma alanları ve firmaların bazı projeleri Aston üniversitesi
tarafından koordine edilmektedir (www.pyne.co.uk).
YEKARUM
21
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
c)Gazlaştırma ve Hidrotermal prosesler
Biyokütle kaynakları iki grupta incelenir; ıslak biyokütle (melas, niĢastalılar, gübre, meyve
sanayi atıkları) ve kuru biyokütle (odun, zirai atıklar gibi).
Biyokütle gazlaĢtırlması hem yaĢ hem de kuru biyokütle için uygulanan termokimyasal bir
teknolojidir.
Kuru biyoktüle için genellikle birinci basamakta piroliz uygulanarak bio-yağ'a çevrilir. Daha
sonra sıcak yağa su püskürtülmesi ile kömür gazlaĢtırmadaki prensiple gazlaĢtırma
gerçekleĢtirilir ve çok değerli olan sentez gazı elde edilir57.
YaĢ biyokütlenin ekonomik değeri olan metan, hidrojen gibi gazlara termokimyasal
proseslerle dönüĢtürülmesinde genel olarak süperkritik koĢullar (SCW) uygulanır58. YaĢ
biyokütle, yüksek basınçta (>220 atm) ve yüksek sıcaklıklara (>300°C) ısıtılınca gazlaĢır59.
Elde edilen gaz genel olarak metan, hidrojen, karbon monoksit ve karbon dioksit içerir.
BileĢenin yüzdesi, kullanılan biyokütle ve teknolojiye göre değiĢir. Bu süreçte suyun yüksek
sıcaklık ve yüksek basınç özelliklerinden yararlanıldığı için "hidrotermal" terimi kullanılır.
Hidrotermal koĢullarda suyun termofiziksel özellikleri çok değiĢmektedir. Örneğin, dielektrik
sabiti yüksek sıcaklıklarda azalır60. Dolayısıyla olağan koĢullarda polar su ile apolar organik
maddeler ve gazlar karıĢmazken süperkritik koĢullarda su, apolar maddeler için iyi bir çözgen
haline gelebilmektedir. Üstelik, su kimyasal reaksiyonlarda aktif reaktant olarak da rol
alabilir61. Suyun iyonik karakteri arttığı için asit-baz ile katalizlenen reaksiyonları
kolaylaĢtırabilir62.
Birçok gazlaĢtırma prosesinde biyokütlenin su içeriği istenmeyen bir özellik iken yüksek su
içeriği hidrotermal prosesin önemli bir avantajıdır. Biyokütlenin kurutmaya gerek kalmadan
değerli gazlara dönüĢtüürlmesi için geliĢtirilmiĢ bir teknolojidir. Özellikle temiz enerji
kaynağı hidrojen üretiminde gittikçe önem kazanmaktadır63,64.
Kuru madde içeriği ağırlıkça %1.8-5.4 (gerisi su) havuç ve patates ezmesi 500 °C, 300-500
bar basınçta gazlaĢtırılmıĢtır65. Gaz ürün, genel olarak hidrojen ve karbon dioksitten
oluĢmaktadır. Sıvı faz ise aldehitler, karboksilik asitler, fenoller, furfurallar ve alkoller gibi
değerli organik maddeler içermektedir.
GazlaĢtırma proseslerinin sonucunda bir sıvı faz mutlaka oluĢmaktadır. Elde edilen bu sıvı
gazlaĢtırılmada istenmeyen yan ürünlerdir fakat ileri gazlaĢtırılabilir66 veya değerli
kimyasalların eldesinde kullanılabilir.
Diğer yandan, süperkritik su ile oksidasyon, atıkların bozunmasına yönelik kullanılan
hidrotermal bir prosestir. Oksijen, su ve organikler tek bir fazda iyice karıĢabilir ve tam
oksidasyon sağlanabilir. Molekül içindeki heteroatomlar mineral asitlere dönüĢürken organic
kısımlar parçalanarak gazlaĢır. Örneğin oksijensiz ortamda süperkritik gazlaĢmaya karĢı
kararlı olan amonyak ve methanol, süperkritik su oksidasyonu ile parçalanır67,68. Ayrıca,
patlayıcı maddeler bu teknoloji ile parçalanarak yok edilebilir69.
SONUÇ OLARAK; Biyokütle, uygun teknolojiler ve uygun yöntemler kullanılarak enerjiye
dönüĢtürüldüğünde, çevreye zararı az, yenilenebilir ve güvenli bir enerji kaynağıdır.
YEKARUM
22
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
Biyokütle kullanılarak varılmak istenen son ürün, hidrojen olduğunda hidrotermal koşullarda
gazlaştırma etkin bir teknolojidir. Hedef metan üretimi ise biyogaz teknolojisi daha uygun
olacaktır. Piroliz ise biyokütlenin sıvılaştırılmasında ve enerji yoğunluğu biyokütlenin
kendisine göre daha fazla olan bio-yağ eldesinde etkilidir.
Biyokütleden sadece yakılarak enerji üretilmemelidir. Hidrojen, etanol, metanol, metan,
piroliz yağı gibi enerji formlarına dönüĢtürülerek de kullanımı, ülke ekonomisine ve
teknolojilerin geliĢimine de katkıda bulunacaktır.
4.2.2 Süleyman Demirel Üniversitesi, Yenilenebilir Enerji Kaynakları Araştırma ve
Uygulama Merkezi' nde biyokütle ile ilgili yapılan çalışmalar
4.2.2.1. Biyogaz çalışmaları
Ülkemiz iklim koĢullarına en uygun biyogaz teknolojileri mezofilik (-35 °C) ve termofilik (55 °C) teknolojileridir. YEKARUM'da yürütülen biyogaz çalıĢmalarında mezofilik ve
termofilik bölgede çalıĢan biyogaz reaktör teknolojisi geliĢtirilmiĢtir. Termofilik sistemin
gereksinim duyduğu ısı enerjisi güneĢ enerjisinden karĢılanmıĢtır.
Şekil 24. 10 m3'lük termofilik ve mezofilik çalıĢabilen biyogaz ünitesi
YEKARUM
23
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
Şekil 25. Laboratuar ölçekli biyogaz ünitesi
4.2.2.2. Piroliz-Gazlaştırma çalışmaları
Biyokütlenin pirolizi ile ilgili olarak bir kamu kuruluĢu ile ortak çalıĢmalar devam etmektedir.
4.3. Diğer
4.3.1. Hidrojen enerjisi ve yakıt hücreleri çalışmaları
Bu kapsamda, biyolojik hidrojen üretimi, kimyasal hidrojen üretimi, nano titanyumoksit ile
fotokimyasal hidrojen üretimi, hidrojen ayrıĢtırma için membran yapımı, hidrojenli yakıt
pilleri (Fuel Cell) için yerli non-nafion membran yapımı çalıĢmaları gerçekleĢtirilmiĢtir.
4.3.2. Rüzgar ve dalga enerjisi çalışmaları
DüĢük hız rüzgar türbin tasarımı ve imalatı, yüksek hız küçük rüzgar türbin kanat tasarımı ve
imalatı, Savonius dikey eksen rüzgar türbin tasarımı ve imalatı, eklemli duba dalga enerji
üreteci tasarımı gerçekleĢtirilmiĢtir.
4.3.3. Hidroelektrik enerji çalışmaları
Küçük HES Etüt ÇalıĢması bölgeye yönelik bir etüt çalıĢması yapılmıĢtır. Küçük HES için
türbin tasarımı yapılmıĢtır.
4.3.4. Jeotermal enerji çalışmaları
Ejektörlü soğutma sisteminde kullanılan ısı kaynağı jeotermal de olabilir. Jeotermal enerji
kaynağını sembolize eden buhar üreteci kullanılan böyle bir sistem, yine YEKARUM'da
YEKARUM
24
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
kurulmuĢtur. Bu sistem orta ve yüksek entalpili jeotermal buharı direkt olarak kullanan bir
sistemdir.
ġekil 26.
Şekil 26. Jeotermal Enerjili Ejektörlü Soğutma Sistemi
4.3.5. Atık enerji geri kazanımı çalışmaları
Endüstriyel alanlarda özellikle ülkemizde lokomotif sektör olan tekstil alanında atık ısı
enerjisinin geri kazanımına yönelik çalıĢmalar yapılmıĢtır. ÇalıĢmalarda, hava-hava, gazhava, gaz-gaz, hava-sıvı, gaz-sıvı, sıvı-sıvı akıĢkanlardan atık ısı geri kazanım sistemleri
incelenmiĢtir.
4.3.6. Enerji verimliliği çalışmaları
Çevre ve sürdürülebilirlik araĢtırmaları, çevre ve temiz enerji araĢtırmaları, enerji verimliliği
ve enerji verimlik etütleri çalıĢmaları yapılmıĢtır. Enerji yönetimi ve verimliliği alanlarında
akademik çalıĢmaların yanı sıra kamuoyu ve sanayicinin bilinçlendirilmesine yönelik
çalıĢmalargerçekleĢtirilmiĢtir. Kurslar, seminerler, konferanslar, kongreler ve benzeri
toplantılar düzenleyerek toplumun ve kamuoyunun bilgilendirilmesini sağlamaktadır.
YEKARUM
25
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
5. KAYNAKÇA
1 Üçgül, Ġ., 2003-1, GüneĢ Bacası Ġle Elektrik Enerjisi Üretimi- Proje Raporu, DPT Proje No:2003K121020
2 Üçgül, Ġ., 2003-2, Ġsparta Ġli Temiz Enerji Potansiyelinin Belirlenmesi - Proje Raporu. S.D.Ü.Alt Yapı Proje No:2003-14,
3 Üçgül, Ġ., 2003-3, GüneĢ Ġzlemeli Fotovoltaik Pil Destekli Mobil Ölçüm Ġstasyonu Uygulanması- Proje Raporu, Tübitak Proje No: MisagA-74
4 Üçgül, Ġ.,2006, Yenilenebilir enerji kaynaklı ısının soğutma ve iklimlendirme proseslerinde kullanım potansiyelleri- Proje Raporu, Tübitak
Proje No:104m375
5 Elektrik iĢleri Etüt idaresi genel müdürlüğü
6 Harris, G. A., Torgovnikov, G., Vinden, P., Brodie, G. I., Shaginov, A. Microwave Pretreatment of Backsawn Messmate Boards to
Improve Drying Quality: Part 1. Drying Technology, 26, 2008, 579-584
7 Xu, Q., Pang, S. Mathematical Modeling of Rotary Drying of Woody Biomass. Drying Technology, 26, 2008, 1344-1350
8 Masuda, H., Higashitani, K., Yoshida, H. Powder Technology Handbook, third edition, 2006, 401-503
9 Lehtikangas, P. Storage e_ects on pelletised sawdust, logging residues and bark. Biomass and Bioenergy, 19, 2000, 287-293
10 Ryu, C., Finney, K., Sharifi, V. N., Swithenbank, J. Pelletised fuel production from coal tailings and spent mushroom compost-Part I.
Identification of pelletisation parameters. Fuel processıng technology, 89, 2008, 269-275
11 Kaliyan, N., Morey, R. V. Natural binders and solid bridge type binding mechanisms in briquettes and pellets made from corn stover and
switchgrass. Bioresource Technology 101, 2010, 1082-1090
12 Prochnow, A., Heiermann, M., Plöchl, M., Amon, T., Hobbs, P.J. Bioenergy from permanent grassland - A review: 2. Combustion.
Bioresource Technology, 100, 2009,4945-4954
13 Gülen, J., Arslan, H. Biyogaz. Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, 4, 2005, 121-129
14 Yaldız, O. Biyogaz Teknolojisi, Akdeniz Üniversitesi Yayınları, yayın no 78, 2004, pp.20
15 Hallenbeck, P.C., Fermentative hydrogen production: Principles, progress, and prognosis. International journal of hydrogen energy, 2009,
1-11
16 Das, D., Veziroglu, T.N., Hydrogen production by biological processes: a survey of literature. International Journal of Hydrogen Energy,
26, 2001, 13-28
17 Möller, R., Toonen, M., Jan van Beilen, Salentijn E., Clayton, D. Cell wall bıorefınıng: lıgnocellulose feedstocks. Outputs from the
EPOBIO Project, CPL Pres, April 2007, 28-91
18 Ölçüm, T. Biyodizel teknolojisi, Yıldız teknik üniversitesi, FBE Makina Mühendisliği Anabilim Dalı Enerji Makinaları Programı, yüksek
lisans tezi, 2006
19 Oğuz, H. Tarım kesiminde yaygın olarak kullanılan dizel motorlarında fındık yağı dizelinin yakıt olarak kullanım imkânlarının
incelenmesi. Selçuk Üniversitesi, Tarım Makinaları Anabilim Dalı, Doktora tezi, 2004
20 Öztürk, M.G., Bilen, K.B., Kanola Yagı Metil Esteri ve Karısımlarının Dizel Motoru Performansına Etkisinin Deneysel incelenmesi. Int.
J. Eng. Research & Development, Vol.1,No.1,January 2009, 35-41
21 Günal, Ç. Küçük tip biyodizel yakıt reaktörlerinin ekonomikliğinin araĢtırılması. Yıldız teknik üniversitesi, Makine Mühendisliği Enerji
Makineleri Ana Bilim Dalı Yüksek Lisans Tezi, 2006
22 Vijayaraghavan, K., Hemanathan, K. Biodiesel Production from Freshwater Algae. Energy Fuels 23, 2009, 5448-5453
23 Yan, J.H., Chen, T., Li, X.D., Zhang, J., Lu, S.Y., Ni, M.J., Cen, K.F. Evaluation of PCDD/Fs emission from fluidized bed incinerators
co-firing MSW with coal in China. Journal of Hazardous Materials A135, 2006, 47-51
24 van Loo, S.; Koppejan, J. Handbook of Biomass Combustion and Co-Firing; Twente University Press: Twente, 2002; ISBN 9036517737,
pp. 73
25 Leckner, B., Amand, L.-E., Lucke, K., Werther, J. Gaseous emissions from co-combustion of sewage sludge and coal/wood in a fluidized
bed. Fuel 83, 2004, 477-486
YEKARUM
26
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
26 Gayan, P., Adanez, J., Luis F. de Diego, Francisco Garcı'a-Labiano, Cabanillas, A., Bahillo, A., Aho, M., Veijonen K. Circulating
fluidised bed co-combustion of coal and biomass, Fuel 83, 2004, 277-286
27 Ghani, W.A.W.A.K., Alias, A.B., Savory, R.M., Cliffe, K.R. Co-combustion of agricultural residues with coal in a fluidised bed
combustor, Waste Management 29, 2009, 767-773
28 Amand, L.-E., Leckner, B. Metal emissions from co-combustion of sewage sludge and coal/wood in fluidized bed. Fuel 83, 2004 18031821
29 Lee, G. W., Lee, S. J., Jurng, J., Hwang, J. Co-firing of paper sludge with high-calorific industrial wastes in a pilot-scale nozzle-grate
incinerator. Journal of Hazardous Materials B101, 2003, 273-283
30 Nussbaumer, T. Combustion and Co-combustion of Biomass: Fundamentals, Technologies, and Primary Measures for Emission
Reduction. Energy & Fuels 2003, 17, 1510-1521
31 Quaak, P. Knoef, H. Stassen, H. Energy from Biomass. A review of combustion and gasification Technologies. World Bank Technical
Paper. No. 422, pp. 15
32 Basu, P. Combustion of coal in circulating Fluidized-bed boilers: a review. Chemical Engineering Science 54, 1999, 5547-5557
33 Bain, R. L., Overend, R. P., Craig, K. R. Biomass-fired power generation. Fuel Processing Technology 54, 1998, 1-16
34 Khiari, B., Marias, F., Zagrouba, F., Vaxelaire, J. Use of a transient model to simulate fluidized bed incineration of sewage sludge.
Journal of Hazardous Materials B135, 2006, 200-209
35 Lin, C. H., Teng J. T., Chyang, C. S. Evaluation of the Combustion Efficiency and Emission of Pollutants by Coal Particles in a
Vortexing Fluidized Bed. Combustıon and flame 110, 1997, 163-172
36 Madhiyanon, T., Lapirattanakun, A.., Sathitruangsak, P., Soponronnarit, S. A novel cyclonic fluidized-bed combustor (0-FBC):
Combustion and thermal efficiency, temperature distributions, combustion intensity, and emission of pollutants. Combustion and Flame 146,
2006, 232-245
37 Sakai, S., Hiraoka, M. Municipal solid waste incinerator residue recycling by thermal processes. Waste Management 20, 2000, 249-258
38 Xianwen, D., Chuangzhi, W., Haibin, L., Yong, C. The fast pyrolysis of biomass in CFB reactor. Energy Fuels, 14, 2000, 552-557
39 Torres, A., de Marco, I., Caballero, B.M., Laresgoiti, M.F., Legarreta, J.A., Cabrero, M.A., Gonzales, A., Chomon, M.J., Gondra, K.
Recycling by pyrolysis of thermoset composites: characteristics of the liquid and gaseous fuels obtained. Fuel, 79, 2000, 897-902
40 Alen, R., Kuoppala, E., Oesch, P. Formation of the main degradation compound groups from wood and its components during pyrolysis.
J. Anal. Appl. Pyrol. 36, 1996, 137-148.
41 Onay, Ö., Koçkar, O. M. Slow, fast and flash pyrolysis of rapeseed. Renewable Energy, 28, 2003, 2417-2433
42 Prins, M. J., Ptasinski, K. J., Janssen, F. J. J. G. Torrefaction of wood Part 1. Weight loss kinetics. J. Anal. Appl. Pyrolysis, 77, 2006, 2834
43 Shafizadeh, F. Pyrolytic reactions and products of biomass, in: R.P. Overend, T.A. Milne, L.K. Mudge (Eds.), Fundamentals of Biomass
Thermochemical Conversion, Elsevier, London, 1985, pp. 183-217.
44 ġensöz, S. Slow pyrolysis of wood barks from Pinus brutia Ten. and product compositions. Bioresource Technology, 89, 2003, 307-311
45 Yorgun,S., ġensöz, S., Koçkar, Ö. M. Characterization of the pyrolysis oil produced in the slow pyrolysis of sunower-extracted bagasse.
Biomass and Bioenergy, 20, 2001, 141-148
46 Fagernas, L. Chemical and physical characterisation of biomass-based pyrolysis oils, Literature review, VTT Research Notes, 1706,
Technical Research Centre of Finnland, Espoo, 1995
47 Leible, L., Kalber, S., Kappler, G., Lange, S., Nieke, E., Proplesch, P., Wintzer D., Fürniss B., Kraftstoff, strom und Waerme aus Stroh
und Waldrestholz, Wissenschaftliche Berichte, FZKA 7170, 2007
48 Beaumont, O. Flash Pyrolysis Products from Beech Wood. Wood and Fiber Science, Vol. 17(2), 1993, 228-239
49 Milne, T., F. Agblevor, M. Davis, S. Deutch und D. Johnson, A. Review of the Chemical Composition of Fast- Pyrolysis Oils from
Biomass. Developments in Thermalchemical Biomass Conversion, Vol.1, 1997, 409-424
50 Klaubert, H., und D. Meier, Untersuchungen zur Wirbelschichtpyrolyse von Holzpartikeln. BFH Arbeitsbericht 2002/1, 2002
51 Adjaye, J.D., R.K. Sharma und N.N. Bakhshi, Characterization and stability analysis of wood-derived biooil. Fuel Processing
Technology, Vol. 31, 1992, 241-256
52 Czernik, S., D.K. Johnson und S. Black, Stability of wood fast pyrolysis oil. Biomass and Bioenergy, Vol. 7, Issues 1-6, 1994, 187-192
53 Henrich, E., N. Dahmen und E. Dinjus, 2007: Das FZK-Projekt. Herstellung von Synthesekraftstoff aus Biomasse. Prasentation auf der
internat. Tagung „Thermo-chemische Biomasse-Vergasung für eine effiziente Strom-/Kraftstoffbereitstellung - Erkenntnisstand 2007",
27./28. Februar 2007, Leipzig.
YEKARUM
27
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
54 Girard, P., J. Blin, A.V. Bridgwater und D. Meier, 2005: An assessment of bio-oil toxicity for safe handling and transportation:
toxicological and ecotoxicological tests. to be published
55 Radlein, D., J. Piskorz und D.S. Scott, Lignin Derived Oils from the Fast Pyrolysis of Poplar Wood. Journal of Analytical and Applied
Pyrolysis, Vol. 12, 1987, 51-59
56 Henrich, E. The status of the FZK concept of biomass gasification. 2nd European Summer School on Renewable Motor Fuels Warsaw,
Poland, 29 - 31 August 2007
57 Wang, Y., Kinoshita, C.M., "Experimental Analysis of Biomass Gasification With Steam and Oxygen", Solar Energy, 49, 1992, 3-4,
58 Michael Jerry Antal, Jr.,* Stephen Glen Allen, Deborah Schulman, and Xiaodong Xu. Biomass Gasification in Supercritical Water Ind.
Eng. Chem. Res., 39, 2000, 4040-4053
59 Douglas C. Elliott. Historical Developments in Hydroprocessing Bio-oils Energy & Fuels 21, 2007, 1792-1815
60 Mousavand, T., Ohara, S., Umetsu, M., Zhang, J., Takami, S., Naka, T., Adschiri, T. Hydrothermal synthesis and in situ surface
modification of boehmite nanoparticles in supercritical water. J. of Supercritical Fluids, 40, 2007, 397-401
61 Antal, Jr., M. J., Brittain, A., DeAlmeida, C., Ramayya, S., Roy, J.C. Heterolysis and homolysis in supercritical water. Supercritical
fluids, 1987, 77-86
62 Ramayya, S., Brittain, A., DeAlmeida, C., Mok, W., Antal, M. J. Acid-catalysed dehydration of alcohols on supercritical water. Fuel, 66,
1987, 1364-1371
63 DemirbaĢ, A., Çağlar, A., "Catalytic Steam Reforming of Biomass and Heavy Oil Residues to Hydrogen", Energy, Education Science and
Technology, 11, 1998, 45-52
64 Kruse, A., Faquir, M. Hydrothermale Vergasung: Ansatze einer reaktionstechnischen Optimierung. Chemie IngenieurTechnik 79, 2007,
No. 5, 544-547
65 Kruse, A., Henningsen, T., Sinag, A., Pfeifer, J. Biomass gasification in supercritical water: Influence of the dry matter content and
formation of phenols. Ind. Eng. Chem. Res. 42, 2003, 3711-3717
66 Kechagiopoulos, P. N., Voutetakis, S. S., Lemonidou, A. A., Vasalos, I. A. Hydrogen production via steam reforming of the aqueous
phase of bio-oil in a fixed bed reactor. Energy&Fuels, 20, 2006, 2155-2163
67 Anitescu. G., Zhang, Z., Tavlarides, L. L. A kinetic study of methanol oxidation in supercritical water. Ind. Eng. Chem. Res., 38, 1999,
2231-2237
68 Ding,Z. Y., Li, L., Wade, D., Gloyna, E. F. Supercritical water oxidation of NH3 over a MnO2/CeO2 catalyst. Ind. Eng. Chem. Res. 37,
1998, 1707-1716
69 Harradine, D. M. et. all. Oxidation chemistry of energetic materials in supercritical water. Hazardous waste & Hazardous Materials, 10(2),
1993, 233-246
YEKARUM
28
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
EKLER
YEKARUM MERKEZDE GERÇEKLEġTĠRĠLEN GÜNEġ SĠSTEMĠ
TEKNOLOJĠLERĠNDEN BAZILARI:
DOĞRUSAL FRESNEL KOLLEKTÖRLERĠ(YEKARUM)
GÜNEġ ÇANAK SĠSTEMĠ( YEKARUM-SĠRENG ENERJĠ)
YEKARUM
29
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
SĠLĠNDĠRĠK PARABOLĠK OLUK KOLLEKTÖR(YEKARUM-GÜÇSEL ENERJĠ )
YEKARUM
30
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
SĠLĠNDĠRĠK PARABOLĠK OLUK KOLLEKTÖR(YEKARUM-GÜÇSEL ENERJĠ )
YEKARUM
31
Download

YEKARUM Hakkında - Süleyman Demirel Üniversitesi