Biyokütle Enerjisi

Biyokütle Enerji Teknolojileri konusunda, atık ya da özel olarak yetiştirilmiş ham biyokütle kaynaklarının biyokimyasal ve termokimyasal yöntemlerle çeşitli biyoyakıtlara dönüştürülmesi üzerine çalışılmaktadır. Çalışmalarda disiplinler arası bir yaklaşım benimseyen araştırma grubu, ziraat, çevre, makina, kimya ve elektrik mühendislikleri ile fizik, kimya, otomotiv ve biyokimya gibi çeşitli alanların altyapısına sahip araştırmacılardan ve lisansüstü öğrencilerinden oluşmaktadır.

Grup tarafından yürütülen çalışmalarda, “biyokütle kaynaklarından en üst düzeyde verim sağlamak ve nihai atık miktarını en alt düzeye indirmek” temel hedeftir. Bu amaçla, çeşitli biyokütle-enerji dönüşüm yöntemleri birleştirilmekte ve yararlanma döngüleri oluşturulmaktadır.

Araştırma grubu tarafından yürütülen yüksek bütçeli projeler:

• Bitkisel ve Hayvansal Atıklardan Biyogaz Üretimi ve Entegre Enerji Üretim Sistemlerinde Kullanımı (BİYOGAZ), TÜBİTAK 1007 Projesi, Proje No: 107 G 024. www.biyogaz.org.tr
• Kırsal Kesim Biyogaz Teknolojilerinin Geliştirilmesi ve Yaygınlaştırılması, DPT Projesi, Proje No: 07/DPT/003. Proje tanıtım broşürü için tıklayınız.
• Dolaşımlı Akışkan Yatak Yakma Sisteminde Linyit ve Biyokömürün Oksijence Zengin Ortamda Yakılması (OKSİYANMA), TÜBİTAK 1003 Projesi,
  Proje No: 11 M 003.

Grubun çalışmaları aşağıdaki konularda yoğunlaşmaktadır.

Anaerobik Fermentasyon ile Biyogaz ve Organik Gübre Üretimi

Anaerobik çürütme, araştırma grubunun çalışmalarının başlangıç noktası olup halen en yoğun çalışılan konudur. Çok çeşitli biyokütle kaynakları ile ilgili çalışılmakta, özellikle büyükbaş ve kanatlı hayvan atıkları üzerinde yoğunlaşılmaktadır.

Laboratuvar ölçekli çalışmalara ek olarak, gruba ait dış çalışma alanında kurulu 280 litre, 1 m3 ve 2 m3 hacimli üç adet reaktör kullanılarak pilot ölçekli çalışmalar sürdürülmektedir.

Tüm reaktörler, isteğe bağlı olarak kesikli ya da sürekli beslemeli, hem mezofilik hem de termofilik sıcaklık bölgelerinde kontrollü biçimde çalıştırılabilmektedir. 280 L ve 5 m3 kapasiteli biyogaz sistemleri güneş enerjisi desteği (düzlemsel kolektör ve akümülasyon tankı) kullanılarak ısıtılmaktadır. Tam otomasyonlu 1 m3 kapasiteli sistemde ise tüm işletme parametreleri bilgisayar üzerinden kontrol edilmektedir.

Yapılan çalışmalar kapsamında Prof.Dr. Günnur KOÇAR ve Yrd.Doç.Dr. Ahmet ERYAŞAR, biyogaz depolama tankıyla ilgili faydalı model başvurusu yapmış ve “Biyogaz Tesisleri için Gaz Arıtma İşlevli Gazometre” isimli “TR 2006 02900 Y” nolu Faydalı Model Belgesi almıştır. Basitliği, işlevselliği ve emniyetli oluşu, bu gazometrenin kırsal kesim biyogaz sistemlerinde kullanım olanağını artırmaktadır.

Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü ile ÖR-KOOP (Nazilli ve Çevresi Tarımsal Kalkınma Kooperatifi) arasında yapılan bir protokol dahilinde, Aydın’a bağlı Kuyucak İlçesi’nin Pamukören Beldesi‘nde bulunan, yaklaşık 70 büyükbaş hayvana sahip bir çiftlikte 50 m3 kapasiteli biyogaz sistemi kurulmuş, 60 kW gücünde bir kojenerasyon sistemi entegre edilmiştir. Danışmanlığını Prof. Dr. Günnur KOÇAR’ın yaptığı Yrd. Doç. Dr. Ahmet Eryaşar’ın “Kırsal Kesime Yönelik Bir Biyogaz Sisteminin Tasarımı, Kurulumu, Testi ve Performansına Etki Eden Parametrelerin Araştırılması” konulu tezi kapsamında yapılan bu çalışmayla, 2008 yılında Türkiye Teknoloji Geliştirme Vakfı (TTGV) tarafından 2. Akın Çakmakçı Sanayiye Uygulanan En İyi Tez Ödülü alınmıştır.

Biyokimyasal/Termokimyasal Hibrit Biyokütle Enerji Üretim Teknolojilerinin Kullanımıyla, Sıfır Atıklı, Düşük İşletim Maliyetli, Esnek Üretim Sistemli Modern Seraların Geliştirilmesi

Ülkemizde nüfus ve sanayileşmeye paralel olarak enerji ve gıdaya olan ihtiyaç hızla artmaktadır. Bu talebin karşılanmasında, araştırma kurumlarının üzerine düşen görevleri yerine getirmesi önem arz etmektedir. Bu yaklaşımla, Ege Üniversitesi Biyokütle Enerji Sistemleri ve Teknolojileri Merkezi (BESTMER) yapılan çalışmalara bir yenisini daha eklemiştir. Prof. Dr. Günnur KOÇAR’ın yürütücülüğünü üstlendiği ve TEKSAN ile BHK Yapı’nın ortak olarak yer aldığı “Biyokimyasal/Termokimyasal Hibrit Biyokütle Enerji Üretim Teknolojilerinin Kullanımıyla, Sıfır Atıklı, Düşük İşletim Maliyetli, Esnek Üretim Sistemli Modern Seraların Geliştirilmesi” konulu proje önerisi “Tarım ve Orman Bakanlığı-Tarımsal Araştırmalar ve Politikalar Genel Müdürlüğü(TAGEM) Ar-Ge Destek Programı” kapsamında desteklenmeye değer görülmüştür. TAGEM-18/ARGE-47 nolu proje kapsamında, tam otomasyonlu (CO₂ gübrelemesi, led aydınlatma, ısı kontrolü, nem kontrolü, gübreleme) ve topraksız dikey tarımın gerçekleştirildiği sera sistemine, yenilenebilir enerji teknolojisi de entegre edilmiştir.

Sistem içerisinde biyokütle enerjisi dönüşüm yöntemlerinden, biyokimyasal ve termokimyasal yöntemlerin hibrit kullanımıyla elde edilen biyogaz ve sentez gazı, kojenerasyon sistemiyle elektrik ve ısı enerjisine çevrilerek, seranın iklimlendirme, aydınlatma ve otomasyonu için gerekli enerji gereksinimi karşılanacaktır. Ayrıca kullanılan hibrit sistemin çıktılarından, fermente gübre topraksız tarım sisteminde besin solüsyonu olarak, kojenerasyon sisteminin egzoz gazı ise CO₂ gübrelemesinde kullanılacaktır.

Yenilenebilir enerji kaynaklarının, özellikle biyokütle enerjisinin seralarda iklimlendirme sisteminde kullanılması, ısı enerjisinin emre amadeliğinin ve ekonomikliğinin artırılmasını, sera gazı salınımının azaltılmasını sağlamaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının modern sera tekniklerine entegre edileceği bu proje ile üretim-atık-girdi döngüsü sağlanarak, tarımda verim arttırıcı-maliyet düşürücü üretim sistemlerinin geliştirilmesinin yanı sıra CO₂ salınımının azaltılmasına bağlı olarak çevresel faktörlerin de pozitif yönde etkilenmesi mümkün olabilecektir.

Biyogaz Teknolojileri Kitabı (2010)

Bu çalışmalara ek olarak, 2010 yılında “Biyogaz Teknolojileri” isimli kitap bilimsel literatüre kazandırılmıştır. Biyogaz üretim teknolojilerinin disiplinler arası bir yaklaşımla ele alındığı bu kitapta; anaerobik fermentasyonun temel ilkeleri, biyogaz sistemleri, biyogazın ve fermente gübrenin kullanım yöntemleri yapısal ve kuramsal analizlerin ışığı altında ayrıntılı olarak incelenmiş, bu sistemlerin dünyada ve Türkiye’deki tarihsel gelişiminin yanı sıra sosyo-ekonomik ve çevresel etkileri üzerinde de durulmuştur. Anlatım dili, akademisyenlerden son kullanıcılara, mühendislerden teknikerlere kadar konuyla ilgili her kesimi kapsayacak şekilde seçilmiştir. Konular, Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü’nde yürütülen çalışmalardan verilen örneklerle zenginleştirilmiş, teorinin yanı sıra pratik uygulamalara da yer verilmiştir. Bu kitap, özellikle ülkemiz kırsal kesimi için büyük önem taşıyan biyogaz teknolojileri konusunda, türkçe literatürdeki boşluğu doldurmayı amaçlamaktadır.

Enerji Bitkileri Yetiştiriciliği

Araştırma Grubu’nun Enstitü arazisindeki deneme parsellerinde, yağlı tohumlu bitkilerin (kanola ve aspir) yetiştirilmesi konusunda çalışmalar yürütülmektedir. Bu çalışmalar kapsamında, anaerobik çürütme sistemlerinden elde edilen organik gübrenin kullanımı ve bitki gelişimi üzerindeki etkileri de incelenmektedir.

Elde Edilen Yakıtların Kullanımı

Yürütülen çalışmalarda elde edilen biyogaz, Biyokütle Enerji Teknolojileri Araştırma Laboratuvarları’nda, gösterim amaçlı olarak elektrik üretimi, su ve hacim ısıtma, pişirme ve aydınlatma alanlarında kullanılmaktadır.

Biyodizel Üretimi ve Testleri

Bitkisel yağlar ve atık kızartma yağlarının transesterifikasyonu yoluyla biyodizel üretimi ile biyodizelin motor performans ve emisyon testleri konularında çalışmalar yürütülmektedir. Çalışmalarda dış kaynakların yanında, deneme parsellerinden elde edilen tohumların yağları da kullanılmaktadır.

Biyoetanol Üretimi

Benzine alternatif olarak motorlu araçlarda kullanılabilen birinci ve ikinci nesil biyoetanol üretim çalışmaları yürütülmektedir. 2013 yılında T.C. Gıda, Tarım ve Hayvancılık Bakanlığı Tarımsal Araştırmalar ve Politikalar Genel Müdürlüğü (TAGEM) tarafından desteklenmeye hak kazanan “İkinci Nesil (Lignoselülozik) Biyoetanol Üretimi” isimli TAGEM-13/Ar-Ge/18 No’lu Ar–Ge projesiyle, kullanılmayan bitkisel (lignoselülozik) atıklardan biyoetanol üretimi, verim artırma ve maliyet düşürme çalışmaları hız kazanmıştır.

Biyokütlenin Gazlaştırılması ve Biyokömürleştirme (Torrefaction)

Gazlaştırma konusundaki çalışmalar, laboratuvar ölçeğinde ve kesikli ünitelerde gerçekleştirilmektedir. Araştırmalarda, diğer tarımsal atıkların yanında deneme parsellerinden elde edilen hasat atıkları da kullanılmaktadır. Çalışmalarımız, kırsal kesime yönelik gazlaştırma sistemleri üzerine yoğunlaşmakta, bu alanla ilgili fiziksel altyapı geliştirilmektedir. 2013 yılında “Dolaşımlı Akışkan Yatak Yakma Sisteminde Linyit ve Biyokömürün Oksijence Zengin Ortamda Yakılması (OKSİYANMA)” isimli TÜBİTAK 1003 projesi kapsamında, yakma sistemlerindeki emisyonların azaltılmasına yönelik, enstitü bünyesinde kurulacak pilot ölçekli biyokömürleştirme sistemi ile biyokütleden biyokömür elde edilecek, kömür – biyokömür ikili karışımlarının yanma ve oksi yanma davranışları incelenecektir.

Biyorafineri Çalışmaları

Son yıllarda ekonomik olarak gelişmiş yada gelişmekte olan ülkelerin, enerji bağımsızlıkları adına biyoyakıt üretimine karşı olan ilgi ve istençleri ilgili ülkelerin refah düzeylerini artırırken dünyanın geri kalan kısmında yeterli gıda ürünlerine ulaşamayan bir nesli açlık ile karşı karşıya bırakmaktadır. Sürdürülebilir olmayan bu durum için gerek bilim adamları yaptıkları araştırmalarla gerekse sivil toplum örgütleri yürüttükleri farkındalık çalışmaları ile çözümler aramaktadırlar. Biyoyakıt üretiminde doğrudan gıda ürünlerinin kullanımının yerine biyorafineri yaklaşımında atık ve artık biyokütle ürünlerinin kullanımı, son zamanlarda çözüm önerisi olarak karşımıza çıkmaktadır.

Lignoselülozik malzemelerden odunkömürü, piroliz ürünleri, gazlaştırma ürünleri, kağıt hamuru kağıt sektöründeki diğer yan ürünler ve yüzey aktif maddelerin üretimi gerçekleştirilmektedir. Bunların dışında delignifikasyon ya da lignin giderme yapılarak endüstriyel ürünlerin üretim süreçlerinde birçok yan ürün açığa çıkarılmaktadır. Biyorafineri yaklaşımında ön-işlem içeren bu çalışmalar günümüzde de artarak devam etmektedir. Ön-işlem konusunda bu kadar çok çalışmanın yapılmasının altında yatan başlıca sebep bu mekanizmaların yeterince aydınlatılamamış ve maliyetlerinin diğer yöntemlerle rekabet edebilir seviyelere çekilememiş olmasıdır. Maliyetlerin yüksek olmasının bir nedeni de ön-işlem sırasında kullanılan ürünlerin belirli işlem basamaklarında geri kazanılamamasıdır.

Biyorafineri yaklaşımının ikinci ve üçüncü nesil biyoyakıt üretiminin yanında katma değeri yüksek ürünlerle birlikte değerlendirilmesi çalışmaları tüm dünyada çok yoğun bir şekilde devam etmektedir. Gerek Avrupa Birliği kapsamında gerekse Japonya, Güney Kore, Amerika gibi gelişmiş ülkelerde enerji teknolojileri kapsamında yapılan öngörü çalışmalarının ortak konusu olarak biyorafineri yaklaşımı görülmektedir.

Biyorafineri çalışmaları ile protein üretiminden furfural’a biyoyakıtlardan biyobazlı ürünlerin üretimine kadar geniş bir yelpazede çalışma aralığı bulunmaktadır.

Yüksek Basınç Sıcak Su veya Sub-Kritik Su Tekniği: Yüksek basınç sıcak su prosesi, yükselen basınç ve sıcaklıktaki otokatalitik hidrolizi temsil etmektedir. Suyun buhar basıncının üzerindeki bir basınca çıkartılmasının altında yatan neden, alkol ve asit gibi kimyasal bileşiklerin sistemden uzak tutulmasıdır. Dolayısı ile bu kimyasalların prosesten geri kazanım maliyetleri bertaraf edilmiş olmaktadır.

Enstitümüz içerisinde farklı biyokütlelerden gerek Yüksek Basınç Sıcak Su Tekniği gerekse Biyorafineri yaklaşımı kullanılarak katma değeri yüksek ürünlerin üretimi üzerine araştırma çalışmaları yapılmaktadır.

Biyokütle Laboratuvar Altyapısı

Biyokütle enerji teknolojileri araştırma laboratuvarlarında araştırma ve uygulama projeleri ve analiz hizmeti için kullanılan cihazlar aşağıda listelenmiştir:

• ICP-OES
• CHN-S Elementel Analiz Cihazı
• Gaz Kromatografisi (FID + TCD)
• Kjeldahl Azot Tayin Cihazı
• UV-Spekrofotometresi
• 4’lü tam otomasyonlu fermentör sistemi
• Kalorimetre
• Mikrodalga
• Nem Tayin Cihazı
• Kül Fırın
• Etüv

Tez Çalışmaları

Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü’nde biyokütle enerji teknolojileri kapsamında 2006-2012 yılları arasında tamamlanmış tezler:

• 2012, Biyodizele Antioksidan Eklenmesinin NOx Emisyonuna Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi, Erol İLERİ, Danışman: Prof. Dr. Günnur KOÇAR
• 2011, Gıda Ürünlerinin Vakum Soğutma ve Klasik Soğutma Yöntemleri ile Soğutulmasının Karşılaştırılması, Hande Mutlu ÖZTÜRK, Danışman: Prof. Dr. Günnur KOÇAR
• 2010, Pamuk Yağı Metil Esterinde Farklı Yıkama Yöntemlerinin Biyodizel Kalitesi Etkisi Üzerine Bir Araştırma, Tuba Buket AYTİMUR, Danışman: Prof. Dr. Günnur KOÇAR
• 2010, Büyükbaş Hayvan Atığından Biyogaz Üretimi ve Uşak İli için Çevresel Etkilerinin Değerlendirilmesi, Ahmet GÜÇ, Danışman: Prof. Dr. Günnur KOÇAR
• 2009, Değişik Biyokütle Kaynaklarından Biyoetanol Eldesi Üzerine Bir Araştırma, Asiye Gül BAYRAKCI, Danışman: Prof. Dr. Günnur KOÇAR
• 2009, Prototip bir biyogaz reaktörünün otomasyonu, Alper DURMUŞ, Danışman: Prof. Dr. Günnur KOÇAR
• 2009, Biyogaz Üretiminde Farklı Tarımsal Atıkların Birlikte Fermentasyonunun Biyokimyasal Parametreler Açısından İncelenmesi, Şefik ARICI, Danışman: Prof. Dr. Günnur KOÇAR
• 2009, Türkiye’de Yenilenebilir Enerji Teknolojilerinin Geleceği, Soner ÇELİKTAŞ, Danışman: Prof. Dr. Günnur KOÇAR
• 2009, Devlet Hava Meydanlarına Ait Motorlu Taşıtlarında Biyodizel Kullanımının Ekonomik ve Çevresel Etkileri, Çağatay ELA, Danışman: Prof. Dr. Günnur KOÇAR
• 2009, Yenilenebilir Enerji Kaynağı Olarak Pamukyağı Metil Esterinin Elde Edilmesi, Motor Performansına ve Egsoz Gazı Emisyonuna Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi, Bülent DEMİR, Danışman: Prof. Dr. Günnur KOÇAR
• 2009, Bir Biyogaz Üretim Prosesinin Ekserji Analizi, Özben KUTLU, Danışman: Prof. Dr. Günnur KOÇAR
• 2007, Kırsal Kesime Yönelik Bir Biyogaz Sisteminin Tasarımı, Kurulumu, Testi ve Performansına Etki Eden Parametrelerin Araştırılması, Ahmet ERYAŞAR, Danışman: Prof. Dr. Günnur KOÇAR
• 2007, Biyokütle Enerji Kaynağı Olarak Pirinanın Doğrudan Yakılmasında Klinoptilolit Kullanımının Isıl Davranış ve Emisyon Değerlerine Etkilerinin İncelenmesi, Şadiye KIRVELİ, Danışman: Prof. Dr. Günnur KOÇAR
• 2007, Biyodizel Kullanımının Dizel Motoru Üzerindeki Etkilerinin Uzun Süreli Testlerle ve Motorinle Karşılaştırmalı Olarak İncelenmesi, Apturrahman DİNÇBAŞ, Danışman: Prof. Dr. Günnur KOÇAR

Tezler hakkında detaylara Ege Üniversitesi Kütüphanesi‘nde yer alan Fen Bilimleri Enstitüsü Güneş Enerjisi ABD Tez Arşivi‘nden ulaşabilirsiniz.