Biyokütle Enerjisi Nedir? Nasıl Elde Edilir?

Bu yazımızda çevremizde doğada güneşin ve canlılığın etkisiyle oluşan biyokütleyi ve biyokütle enerjisi kullanımını sizler için derledik.

Biyokütle enerjisi insanoğlu tarafından, ateşin icat edilmesiyle ısınmak ve yemek pişirmek için insanların mağaralarda yaşadığı dönemden bu yana kullanılmaktadır. Gelin şimdi bu enerjiyi ayrıntılı bir şekilde inceleyelim.

Biyokütle ve Biyokütle Enerjisi Nedir?

Biyokütle, bitkiler ve hayvanlar gibi canlılar gelen maddelerle oluşan veya yapılan organik bir maddedir. Biyokütle enerjisi ise bu maddelerin bünyesindeki kimyasal enerjidir. Enerji üretiminde kullanılan en yaygın biyokütle malzemeleri bitkiler, odun ve atıklardır. Bunlar biyokütle ham maddesi olarak isimlendirilir.

Biyokütle ilk olarak güneşten gelen enerjiyi içerir: Bitkiler güneş enerjisini fotosentez ile karbondioksit ve suyu karbonhidrata dönüştürür.

Enerji bu organizmalardan doğrudan veya dolaylı yöntemler ile kullanılabilir enerjiye dönüştürülür. Biyokütlenin yakılmasıyla açığa çıkan ısıdan elektrik üretimi doğrudan yöntem veya işlenerek biyoyakıt elde edilerek enerji üretimi de dolaylı yöntem olarak nitelendirilir.

Biyokütle Yakıtları Nelerdir?

Biyokütle, diyoruz ama bu biyokütle olarak değerlendirilen yakıtlar nelerdir?

• Kentsel katı atıklar
• Mısır, şeker pancarı ve şeker kamışı, buğday, hindistan cevizi, pamuk, canola, jatrofa, ay çiçeği, çim ve pirinç gibi ekinler biyokütle olarak değerlendirilir ve enerji bitkileri olarak bilinir.
• Hayvan dışkıları
• Kanalizasyon atıkları
• Kağıt ve gıda sanayi atıkları
• Yosunlar ve algler
• Ormanlar: kara kavak, balzam kavakları, titrek kavaklar, söğüt, okaliptus ve yarı kurak alan bitkisi olarak da cynara gibi ağaçlardan oluşan ormanlar enerji ormanları olarak bilinir.

Biyokütle Enerjisi Nasıl Elde Edilir?

Biyokütle ham maddelerinin, bir takım işlemlerden geçirilmesiyle katı, sıvı ve gaz yakıtlar oluşturulur. Doğrudan yakma, piroliz, gazlaştırma ve havasız ortamda (anaerobic) çürüme gibi işlemler sonucu biyokütle enerjisi ile biyogaz, etanol, hidrojen, metan, metanol ve motorin gibi yakıtlar elde edilir. Bu yakıtlar ile de kullanılabilir son enerji üretimi sağlanır.

Doğrudan yakma, piroliz, gazlaştırma ve anaerobic yani havasız çürüme gibi işlemler ile farklı türde enerji üretimi sağlanır. Biyokütlenin yakılmadan önce kurutulması gerekmektedir. Kurutma için gerçekleştirilen ve bir kimyasal proses olan, ısı vererek kurutup gevrekleştirme işlemine torrefaction denir. Torrefaction işlemi boyunca, biyokütle 200 °C – 320 °C arasında ısıtılır. Biyokütle, nem alma özelliğini yitirinceye kadar tamamen kurutulur ve işlem sonunda kütlesinin %20’sini kaybetmesine rağmen enerjisinin %90’nı bünyesinde kalır. Kaybolan enerji ve kütle ise torrefaction işlemine yakıt olarak geri kullanılabilir.

Torrefaction işlemi boyunca biyokütle kuruyarak kararır ve briket olarak bilinen bir forma sıkıştırılır. Biyokütle briketleri su iticidir yani bünyesindeki suyu dışarıya atar ve dışarıdan da su almaz. Bu da briket formundaki biyokütlelerin nemli alanlarda bile depolanabilmesine olanak sağlar. Briketler çok yüksek enerji seviyesine sahiptirler ve bu sebepten de doğrudan yakma yöntemiyle kolaylıkla yanabilir.

Doğrudan Yakma

Biyokütlenin doğrudan bir şekilde yakılması insanoğlunun ilk çağlardan bu yana yaptığı bir işlemdir. (Odun kullanarak ateş yakmak en basit biyokütle doğrudan yakma örneğidir.) Günümüzde de modern yakma teknolojilerinin gelişmesiyle bu yöntem biyokütleden ısı ve elektrik üretmek için hala kullanılmaktadır.

Yanma, biyokütle bünyesindeki yanabilir maddelerin oksijen ile hızlı kimysal tepkimesi olarak tanımlanır ve ısı veren bir tepkimedir. Bu tepikime sonucunda ise ürün olarak karbondioksit, su buharı ve bazı metal oksitler açığa çıkar.

Doğrudan yakma ile biyokütle, ısı açığa çıkarır ve bu ısı ile de kızgın buhar üretilerek türbin-jeneratör sistemi ile elektrik üretimi sağlanır.

Havasız Çürüme

Havasız yani aneorobic çürüme, mikroorganizmaların oksijen yokluğunda maddeleri parçaladığı bir işlemdir. Bu işlem biyokütlenin ezildiği ve sıkıştırıldığı aneorobic ortamın oluşturulduğu çöp toplama alanları gibi yerlerde oldukça önemlidir.

Biyokütle oksijensiz ortamda çürür ve değerli bir enerji üretim kaynağı olan metan yani biyogaz açığa çıkarır. Üretilen bu metan fosil yakıtların yerine geçebilir. Ayrıca havasız çürüme hayvan çiftliklerinde de uygulanmaktadır. Gübre ve diğer hayvansal dışkılar, çiftliğin enerji ihtiyacını karşılamak için kullanılmaktadır.

Piroliz

Piroliz biyokütlenin ısıtılması ile ilgili bir yöntemdir. Piroliz boyunca biyokütle oksijen yokluğunda 200 °C ile 300 °C civarı sıcaklıkta ısıtılır. Piroliz sürecinde, piroliz yağı olarak bilinen siyah bir sıvı yakıt, syngas adı verilen sentetik bir gaz ve biyolojik kömür (biochar) olarak isimlendirilen bir katı tortu açığa çıkar. Bu bileşenlerin hepsi enerji amacıyla kullanılabilir.

Gazlaştırma

Gazlaştırma işlemi, biyokütle gibi karbon barındıran katı yakıtların yüksek sıcaklık ile bozunması ile yanabilir gaz üretme işlemidir. Biyokütle bu işlemde kontrollü bir şekilde -yakıt hücresi içerisinde hava ile yakılır ve hidrojen, metan gibi yanıcı gazlarla beraber karbonmonoksit, karbondioksit ve azot açığa çıkar.

Biyofotoliz

Biyofotoliz işlemi ise bazı mikroskobik düzeyde bulunan alglerden güneş enerjisi işe hidrojen ve oksijen üretme işlemidir. Deniz suyu içerisinde yer alan bu algler bir çeşit güneş hücresi gibi çalışarak deniz suyunu fotosentetik olarak ayrıştırır.

Biyokütle ile Sıvı Biyoyakıt Üretimi

Biyokütle, etanol ve biyodizel gibi sıvı yakıtların üretilebildiği tek yenilenebilir enerji kaynağıdır. Biyoyakıtlar, birçok ülkede gazlaştırma işlemi ile üretilerek, araçlar için yakıt olarak kullanılır.

Etanol, şeker kamışı, buğday veya mısır gibi yüksek karbon hidrasyonunda bulunan biyokütlelerin fermantasyonu ile üretilir. Biyodizel ise etanolün hayvan yağı, geri dönüştürülmüş yemek yağları veya bitkisel yağlarla birleştirilmesi ile üretilir.

Biyoyakıtlar benzin gibi verimli olmasalar da benzin ile harmanlanarak araçları ve diğer makineleri verimli bir şekilde fosil yakıtların açığa çıkardığı emisyonlara neden olmadan kullanılır.

Biyokütle Enerjisi Avantajları

• Biyokkütle temiz bir yenilenebilir enerji kaynağıdır.
• Ağaçlar, ekinler ve kentsel katı atıklar gibi biyokütle kaynakları sürekli olarak mevcuttur ve sürdürülebilir bir şekilde yönetilebilir.
• Eğer ağaçlar ve ekinler gibi sürdürülebilir olarak kullanılırsa, bunlar solunumla açığa çıkan karbondioksidi emerek karbon emisyonunu azaltırlar.
• Güneş ve rüzgar gibi diğer yenilenebilir kaynakların aksine, biyokütle enerjisi ihtiyaç duyulduğu zaman kullanılabilir.
• Yeryüzünde hemen hemen her yerde yetiştirilebilir.
• Biyokütle üretim ve çevrim teknolojilerinin iyi bir şekilde bilinmesi
• Depolanabilir olması
• Temiz olması ve çevre kirliliği oluşturmaması
• Sera etkisine neden olan sera gazların salınımının düşük olması
• Asit yağmurlarına yol açmaması

Biyokütle Enerjisi Dezavantajları

• Biyokütle hammaddeleri, kullanıldıkları kadar hızlı yenilenememektedir. Bazı durumlarda bu biyokütle yenilenemez bir kaynak yapmaktadır. Örneğin, ormanların tekrar kendilerini yenilenmesi yüzlerce yıl alır.
• Birçok biyokütle, gelişimi için tarıma elverişli arazilere ihtiyaç duyar. Bu da toprağın mısır ve soya fasülyesi gibi biyoyakıtlar için kullanılan araziler yiyecek yetiştirmek için veya doğal habitat sağlamak için elverişsiz hale gelir.
• Bir biyokütle olan odunun eldesi için ağaçlar planlı ve sürdürülebilir bir şekilde kesilmezse o zaman biyokütle enerjisi çevreye zararlı bir kaynak haline gelebilir.
• Biyokütlenin hemen hemen %50’si su olduğu için enerji yoğunluğu fosil yakıtlara göre düşüktür.
• Birçok biyokütle santrali ekonomik verimlilik için fosil yakıtlarına da ihtiyaç duyar.
• Biyokütle, yakıldığı zaman karbonmonoksit, karbondioksit, nitrojenoksitler ve diğer kirletici ve partiküller açığa çıkarır. Eğer bu kirletici maddeler yakalanıp geri dönüştürülmezse, biyokütle yakımı dumana sebep olur ve çevre için zararlı emisyonlara sebep olur.

Sonuç

Sonuç olarak biyokütle enerjisi, depolanabilen ve ihtiyaç duyulduğunda kullanılabilen bir kaynak olduğundan dolayı, %100 yenilenebilir enerjiye geçişte önemli rol oynayacaktır. Tabi bu kaynağın işlenmesi ve enerji üretiminde kullanılması çevre dostu ve sürdürülebilir olarak yapılmalıdır. Aksi takdirde sadece fosil yakıtlardan farksız bir kaynağa dönüşür.

Kaynak: Nationalgeographic

Biyokütle enerjisi ile ilgili bu yazımız hakkında merak ettiklerinizi bize yorum yaparak belirtebilirsiniz.