Biyokütle Enerjisi Teknolojileri

Biyokütle enerjisi: Biyokütle kaynaklarından elektrik, ısı ve yakıt üretimi birçok farklı teknoloji kullanımı ile gerçekleşmektedir. Enerji üretimi için seçilen kaynaklar termo-kimyasal veya biyo-kimyasal çevirim yöntemleridir. Bu yöntem ile istenilen teknolojiye uygun bir enerji formuna çevrilmektedir.

Doğrudan Yakma 

Biyokütle kaynaklarının doğrudan yakılması ile enerji üretimi en yaygın teknolojidir. Kapasite olarak birkaç MW’ dan 100 MW ve üzerine kadar bir aralıktaki üretimlerde kullanılmaya müsaittir. Bundan dolayı stok kullanılabilirliği ve maliyetler, projenin boyutunu ve ekonomik dengelerini etkilemektedir.

Doğrudan yakma işleminin ana bileşenlerini, yüksek ısıda ve basınçta buhar üreten buhar kazanı oluşturmaktadır. Daha sonra bu buharı elektrik üretme sürecinde kullanan türbinleri oluşturmaktadır. Doğrudan yakma teknolojileri elektrik ve ısı üretimini aynı anda yapabilirler. Biyokütle, çoğunlukla kömür santrallerinde birlikte yakılır. Dolayısıyla kojenerasyon sistemi prensibiyle çalışabilme seçeneğine de sahiptir.

Biyokütle Gazlaştırma

Biyokütlenin termo-kimyasal bir yöntem ile sentez gazı elde edildiği bir yöntemdir. Günümüzde en yaygın teknolojilerden biridir. Bu süreçte karbon içerikli biyokütle kaynağı sınırlandırılmış oksijenin gazlaştırma odasına verilmesiyle yakılmaktadır.

Gazlaştırma sürecinde biyokütlenin sahip olduğu enerjinin yaklaşık %85’i gaza dönüştürülebilmektedir. Gazlaştırma sürecinin sonunda elde edilen gazın karışımı; karbonmonoksit (CO) ilk, hidrojen (H₂) de ikinci ana komponenti oluşturmaktadır.

Gazlaştırma tesisine giren atıkların özellikleri ve kimyasal yapılarına göre; belirli miktarlarda metan (CH₄), karbondioksit (CO₂), sülfürdioksit (SO₂) ve etilen (C2H₄) gibi maddeler bulunabilmektedir. Bu alt sentez gazı komponentleri reaksiyonun ilerleyen aşamalarında yanmaktadır. Kalan atık gazlar gaz yıkama sisteminde temizlenerek atmosfere bırakılmaktadır.

Atıkların yanması sonrası küller kalmaktadır. Kalan kül de yine giren atıkların kimyasal özelliklerine göre farklılık gösterebilen bir biyokömüre (biocar) dönüşmektedir. Üretilen gaz; yanmalı motorlar, mikro-türbinlerde, ısı motoru (stirling motoru) veya gaz türbinlerinde kullanılarak ısı ve güç üretmektedir.

Biyokütle Piroliz

Gazlaştırma çevrim tekniklerinden biri pirolizdir. Piroliz, katı haldeki biyokütleyi daha yararlı gaz ve sıvı yakıtlara dönüştüren temel bir termokimyasal prosestir. Biyokütlenin oksijensiz veya çak az oksijenli bir ortamda 400°C-650°C de ısıtılarak hidrokarbonlarca zengin gaz karışımları, yağa-benzer sıvılar ve karbonca zengin katı kalıntıların elde edildiği işlemlerdir.

Piroliz; orta sıcaklıklarda yüksek ısı transfer hızıyla ve kısa alıkonma süresinde gerçekleşir. Bu koşulları sağlayan çeşitli reaktör konfigürasyonları vardır. Bunlar arasında kabarcıklı akışkan yatak, sirkülasyon ve taşımalı yatak, siklonik reaktörler sayılabilir. Ayrıca piroliz yöntemi ile biyokütle sıvılaştırılarak biyoyağa çevrilir. Kuru biyokütle bazında elde edilen sıvı ürün “biyoyağ” verimi %75 (ağ.) dolayındadır.

Artık olarak singaz (sentez gazı) olarak bilinen yanıcı gaz (%20) ve biyokömür (%20) oluşmaktadır. Biyoyağ üretimden sonra yeniden işlenebilmesi, yüksek enerjisi ve taşıma kolaylığı açılarından avantajlı bir yakıttır. Bu ürün yenilenir bir sıvı yakıttır. Ayrıca kimyasal maddelerin üretiminde de kullanılabilen değerli bir hammaddedir.

Anaerobik Çürütme

Biyolojik stabilizasyon yöntemlerinden anaerobik çürütme yaygın kullanılan stabilizasyon proseslerindendir. Anaerobik çürütme ile hem çamur stabilizasyonu sağlanmaktadır. Hem de organik maddeden biyogaz üretimi yoluyla ısı ve elektrik enerjisi elde edilmektedir.

Anaerobik sindirim, biyogaz ve biyo gübreleme yapmak için hayvan veya yiyecek atıkları gibi organik maddelerin parçalanması sürecidir. Biyo-kimyasal bir çeviri sistemidir. Oksijensiz bir ortamda organik maddelerin, mikro-organizmalar tarafından çürütülmesidir.

Bu işlem, anaerobik sindirici adı verilen kapalı, oksijensiz bir tankta oksijen yokluğunda gerçekleşir. Anaerobik çürütme belediye katı atıklarının enerjiye çevrim sürecinde kullanılmaktadır. Elde edilen biyogazın (çöp gazın)%50 ila %65’ini metan oluştururken, geri kalan çoğunluğu da karbon dioksit oluşturmaktadır. Bu durumda elde edilen gaz motorları veya türbinlerinde yakılarak güç ve ısı üretimi sağlanabilmektedir.

Biyokütle ve Fosil Yakıtların Birlikte Yakılması (Co-firing) 

Kömür santrallerinin optimizasyonunu elde edebilmek için biyokütle ve kömür kaynakları birlikte kullanılır. Bu yöntem biyokütle enerjisine dayalı teknolojilerin en ekonomik enerji üretimden biridir.

Co-firing belirli kömür ve biyokütle kaynaklarını kullanarak üretilen enerji sistemidir. Kömür ve biyokütlenin birlikte karıştırılarak kullanılması şeklinde uygulanabilir. Ayrıca aynı kazana kömürün ve biyokütlenin farklı besleme sistemleri tarafından karıştırılması ile de uygulanabilir. Kömür santrallerinde %10 ila %20 civarında biyokütle yakıtı kullanılabilmektedir. Co-firing metodu doğrudan yakma ve gazlaştırma süreçlerinde kullanılabilmektedir.

Biyoyakıt

Biyokütle, etanol ve biyodizel gibi sıvı biyoyakıtlara dönüştürülebilen tek yenilenebilir enerji kaynağıdır. Biyoyakıt araçlara güç sağlamak için kullanılır. Etanol fermente edilerek yapılır. Şeker kamışı, buğday veya mısır gibi karbonhidrat içeriği yüksek biyokütle.

Etanol yakıtı, otomobiller ve diğer motorlu araçlarda, tek başına kullanılabilen bir yakıttır. Ya da benzine karıştırılan bir katkı maddesidir. Etanol, hava kirliliğini azaltmak için kullanılır. Ayrıca petrol ürünlerinin tüketimini azaltmak amacıyla, benzinle değişik oranlarda karıştırılarak kullanılabilir.

Biyodizel, etanolün hayvansal yağ, geri dönüştürülmüş yemeklik yağ veya bitkisel yağ ile birleştirilmesinden yapılır. Bundan dolayı biyoyakıtlar benzin kadar verimli çalışmaz. Ancak, araçlara ve makinelere verimli bir şekilde güç sağlamak için benzinle karıştırılabilirler. Fosil yakıtlarla ilişkili emisyonları serbest bırakmazlar.

Etanol, biyolojik ürün (genellikle mısır) yetiştirmek için dönümlerce tarım arazisine ihtiyaç duyar. Bir dönüm mısırdan yaklaşık 1.515 litre (400 galon) etanol üretilir. Fakat bu dönüm, daha sonra gıda veya diğer kullanımlar için mahsul yetiştirmek için kullanılamaz.

Hidrojen Yakıt Pilleri

Biyokütle, kimyasal olarak çıkarılabilen ve güç üretmek ve araçlara yakıt sağlamak için kullanılabilir. Hidrojen açısından zengindir. Sabit yakıt hücreleri, uzay araçları ve vahşi alanlar gibi uzak yerlerde elektrik üretmek için kullanılır. Hidrojen yakıt hücreleri, araçlar için alternatif bir enerji kaynağı olarak daha fazla potansiyele sahiptir olabilir.

Alglerden Yakıt Üretimi

Algler, biyokütle enerjisi kaynağı, muazzam potansiyele sahip eşsiz bir organizmadır. Deniz yosunu olan alg, fotosentez yoluyla diğer biyoyakıt hammaddelerinden daha hızlı enerji üretir. Gıda mahsullerinden 30 kata kadar daha hızlı!

Algler okyanus suyunda yetiştirilebilir, bu nedenle tatlı su kaynaklarını tüketmez. Ayrıca toprak gerektirmez. Bu nedenle potansiyel olarak gıda ürünleri yetiştirebilecek ekilebilir arazileri azaltmaz . Algler yakıldığında karbondioksit salsa da, canlı bir organizma olarak yetiştirilebilir. Sonuç olarak yosun, biyoyakıta dönüştürülebilen yağlar içerir.