Biyokütle enerjisi hakkında bilgi verebilir misiniz ?

Biyokütle

Vikipedi, özgür ansiklopedi

Yenilenebilir enerji

Biyoyakıt
Biyokütle
Jeotermal
Hidroelektrik
Güneş
Gelgit
Dalga
Rüzgar
Şeker Kamışı mahsulü.


Endüstriyel anlamda biyokütle, yaşayan ya da yakın zamanda yaşamış biyolojik maddelerden yakıt elde edilmesi ya da diğer endüstriyel amaçlarla kullanılması ile ilgilidir. Yaygın olarak, biyoyakıt elde etmek amacı ile yetiştirilen bitkiler ile lif, ısı ve kimyasal elde etmek üzere kullanılan hayvansal ve bitkisel ürünleri ifade eder. Biyokütleler, bir yakıt olarak yakılabilen organik atıkları da içerir. Buna karşın, coğrafi etkilerle değişikliğe uğramış, kömür, petrol gibi organik maddeleri içermez. Genellikle kuru ağırlıkları ile ölçülürler.
Biyoyakıtlar, biyoetanol, biyobütanol, biyodizel ve biyogazlarla ilgilidir.
Biyokütle elde etmek üzere, şeker kamışı, şeker pancarı, mısır, dallı darı, arpa, keten tohumu, ayçiçeği, kolza, soya fasulyesi gibi pek çok değişik bitki yetiştirilebilir. Petrol bağımlılığı azaltma ve küresel ısınma ile mücadelede yenilenebilir yakıtların artan önemi nedeniyle biyokütle üretimi büyüyen bir endüstri haline gelmiştir.
Biyokütleler de, petrol ve kömür gibi, güneş enerjisinin depolanmış halidirler. Bitkiler güneş enerjisini fotosentez aracılığıyla tutarlar.
Biyoyakıtların içerisindeki karbon, bitkilerin havadaki karbondioksiti parçalaması sonucu elde edildiği için, biyoyakıtların yakılması, dünya atmosferinde net karbondioksit artışına neden olmaz. Bu nedenle, pek çok insan, atmosferdeki karbondioksit miktarının artışına engel olabilmek için, fosil yakıtlar yerine biyoyakıtların kullanılması gerektiği görüşünü savunmaktadırlar.
Biyoyakıtlar, enerji dışında

• yapı malzesi
• geri dönüşümlü kâğıt ve plastik.

üretiminde de kullanılırlar.

Biyokütlenin enerjiye dönüştürülmesi
Biyokütle organik madde ve sudan meydana gelmiştir. Şekil 6.3'de biyokütleden biyoyakıt üretime işlemleri görülmektedir.



Biyokütlenin enerjiye dönüştürülmesinde göz önüne alınması gereken faktörleri sıralarsak; enerjinin az masrafla dönüştürülmesi, ekonomik olması, yenilenebilir kaynaklara dayalı olması, doğadaki dengeyi bozmaması, su, hava ve çevre kirliliğine yol açmaması olarak sıralanabilir. Enerji dönüştürülmesinde kullanılan teknolojinin basit ve çabuk uygulanabilir olması, yeterince eğitilmiş personele ihtiyaç duyulması da önemli bir faktördür. Bu nedenlerle katı organik atıklardan özellikle orman ve tarım artıklarından en basit şekilde enerji dönüşümü, onları direkt yakmakla mümkün olmaktadır. Bu şekilde yalnız hava kirliliğine yol açan enerji elde edilmiş olur. Bu tip direkt yakma sisteminde enerji dönüştüren ünitenin enerji tüketen merkezlere uzaklığı çok büyük ekonomik rol oynamaktadır. Ayrıca istenilen enerjinin devamlılığı da çok önemlidir. Büyük hacimdeki orman ve tarımsal ürünlerin uzak yerlere taşınması kapsadıkları önemli miktarda su nedeniyle ekonomik değildir. Direkt yakmanın en büyük alternatifi ise piroliz veya gazlaştırmadır. Bu yöntemler sayesinde katı yakıttan sıvı ve gaz yakıtlar üretilmektedir. Biyokütlenin geride kül ve curüftan başka bir şey bırakmayacak şekilde hava ile belirli bir basınç altında ısıtılması sonucunda yanar nitelikte gaz üretilir. Üretilen bu gaz hidrojen ve karbon monoksit yönünden zengin olduğundan kimya sanayiinde ana madde olarak ta kullanılabilmektedir. Teknolojide, biyokütlenin en uygun şekilde kullanılabilmesi için onun bazı özelliklerinin bilinmesi gerekir. Bunlar, nem oranı (% olarak su miktarı), karbon/nitrojen oranı (C/N), kimyasal ve fiziksel özellikleridir. Enerji dönüşümünde kullanılacak biyokütleler için bu değerlerin bilinmesi son derece önemli olmaktadır. Şekil 6.4'de enerji amaçlı kullanılan biyokütlenin fiziksel kimyasal özellikleri görülmektedir.



İçinde % 35’den daha fazla su ihtiva eden biyokütle termokimyasal dönüşüm sonucu elektrik üretimi için uygun değildir. Biyokütle içersinde yüksek oranda şeker bulunuyorsa bu ürün alkol fermantasyonu ve anerobik fermentasyon için uygundur. Nem oranının yanında parça boyutu da uygun dönüşüm sisteminin seçiminde önemli bir parametredir. Direk yakma için %8-15 arası nem oranı uygun olup, ocak ateşinde yakmada 50-100 cm arası parça boyutu idealdir. Bu boyut, pişirme sobasında 15-35 cm’e kadar düşer. Karbonlaştırma işlemi %8-15 arası nem oranları tercih edilir. Odunun gazlaştırma sistemde kullanılabilmesi için odun içindeki nemin ayarlanması gerekir. Bu da ancak kurutma işlemi ile gerçekleşir. Enerji yoğunluğunu birim hacim başına artırmak için briketleme işlemi yapılır. Böylece daha kolay taşıma ve stoklama sağlanır. Şekil 6.5’de basit bir bir biyokütle kurutma sistemi verilmiştir.

KAYNAK

Biyokütlenin termal parçalanması Biyokütlenin termal parçalanmasında üç farklı yöntem uygulanmaktadır.
(a) Piroliz: Organik maddeler oksijensiz ortamda ısıtılırsa ortaya çıkan termal parçalanma sürecine piroliz adı verilir. Şekil 2’de iki farklı oksijen ortamında odunun termal parçalanması görülmektedir. Oksijensiz ortamda 500-600 oC’ a kadar yapılan ısıtmada; gaz bileşenleri, uçucu yoğuşabilir maddeler, mangal kömürü ve kül açığa çıkar. Yüksek sıcaklığa çıkıldığında ise gaz bileşenleri ve odun gazı açığa çıkar. Piroliz süreci şu şekilde gerçekleşmektedir: Oksijensiz ortamda karmaşık organik moleküller 400-600 oC sıcaklık bölgesinde parçalanarak yanabilir, yanamaz gazlar,

katran ve zift açığa çıkar. Odunun pirolizi 4 karakteristik bölgeye ayrılmaktadır. Birinci bölge 200oC’a kadar olan sıcaklık bölgesi olup burada su, CO2, formik asit ve asetik asit açığa çıkar. İkinci bölge 200-280 oC sıcaklık bölgesi olup; su buharı, formik asit, asetik asit, bir miktar CO ve glioksal açığa çıkar, reaksiyon hala endotermik olup gazların büyük bir kısmı yanamaz niteliktedir. Üçüncü bölge 280-500 oC arasında olup yoğun bir eksotermik reaksiyon başlar. 280-400oC arasında yaklaşık 880 kJ/kg ısı açığa çıkar. Yanabilir gazlar her şeyden önce CO ve CH4 olup formaldehid, formik ve asetik asit, metanol ve sonraki aşamada bir miktar H2 açığa çıkar. Küçük katran damlacıkları gaz akımıyla nakledilir. Dördüncü bölge 500oC’in üstü olup burada reaksiyonlar yoğun bir şekilde devam eder. Yüksek düzeyde yanabilir maddeler, CO, H2, metanol ve aseton oluşur. Karbonla su buharının temasından CO ve H2 elde edilir[2].
Karbonlaştırma: Karbonlaştırmada; odun, turba, maden kömürü gibi organik maddeler havasız ortamda kimyasal parçalanmaya uğrarlar. Bu işlem de farklı sıcaklık bölgelerinde gerçekleşir. Yaklaşık 170oC’a kadar suyun buharlaşması tamamlanır. 180oC den yüksek sıcaklıklarda odun polimerlerinin parçalanma tepkimeleri açığa çıkmaya başlar. 200-350 oC sıcaklıklar arasında eksotermik boşalma reaksiyonları meydana gelerek metanol, asetik asit, katran, CO ve su açığa çıkar. 350oC’ nin üzerindeki sıcaklıklarda ek katran ürünleri oluşur. 500oC dan daha yüksek sıcaklıklarda çatlama süreci ve dehidrasyon tepkimeleri oluşur. Odun tipine ve karbonlaştırma işleminin son sıcaklığına bağlı olarak elde edilen odun kömürü kuru
(b)odunun yaklaşık %28-38’i arasında değişir. Odun kömürünün kalori değeri ise 30kJ/kg’ dır.
Karbonlaşma işlemi sonucu açığa çıkan gaz bileşenleri ise yaklaşık olarak %50CO2, %35 CO, %10
CH4 ve %5 diğer hidrokarbon ve H2 dir. Gaz karışımının yaklaşık kalori değeri 8.9 MJ/m3 ‘dır.
Odunun karbonlaştırılmasındaki sıvı ürünler ise sulu kısım ve katrandır.
(c) Gazlaştırma: Organik maddelerin gazlaştırılmasında yaklaşık 500 oC sıcaklığa kadar olan süreç
piroliz safhası olup burada; karbon, gazlar (kalorifik değeri 20 MJ/m3 e kadar çıkabilir) ve katran elde
edilir. Isıtma 1000 oC’ a kadar çıkıldığında karbon da su buharıyla tepkimeye girerek CO ve H2
üretilir. Ham maddedeki değişken oksijen oranına bağlı olarak gasifikasyon işlemi için ilave oksijen
girdisi gerekmeyebilir. Şekil 6.6a ve b'de iki farklı oksijen ortamında odunun termal parçalanması
görülmektedir. Gasifikasyonda önemli olan biyokütlenin nem oranının % 30’u geçmemesidir. Nem
oranı arttıkça gazın kalorifik değeri düşmektedir. Ayrıca hacımsal olarak yanabilir gaz olan CO
miktarı düşerken CO2 miktarı da artmaktadır.




Bitkisel atıklar yakılırsa kısmi yanmada kalori değeri 4500-6000 KJ/m3 olan gaz üretilir. Gazlaştırıcının içindeki kor halinde bulunan maddeye su buharı püskürtülürse su gazı elde edilir. Bu gazın kalorifik değeri 10MJ/m3 dür. Bu gaz CO ve H2 den oluşur. 2.5-3 kg odun 1 litre petrolün yerine, 3-3.5kg odun ise 1 litre dizel yakıtın yerine geçer. Kömür ve biyokütlenin gazlaştırılması çok eski zamandan beri bilinen bir teknolojidir. İşlem sonucu elde edilen yanabilir gaz karışımı, benzin ve dizel yakıtı gibi içten yanmalı motorlarda kullanılabilir. Biyokütleden üretilen bu gaz, benzin ve motorin ile karşılaştırıldığında ucuz ve güvenilir bir yakıt olduğu görülmesine karşılık uzun bir süre motorlarda kullanılmamıştır. Ancak benzinin bulunmadığı dönemlerde ve özellikle de II. Dünya savaşında yoğun bir şekilde kullanılmıştır. Burada daha az kullanılmasındaki en önemli faktör; petrol ürünlerine göre üretimi ve depolanmasının daha zahmetli olması, gaz üretim sistemlerinin çalıştırılması için farklı üniteler gerektirmesidir. Gazlaştırıcı bir sistem başlıca; bir gazlaştırıcı ünite, temizleme sistemi ve enerji dönüşüm sisteminden (yakma veya içten yanmalı motor) oluşur. Burada en önemli problem gaz üretmek değildir. Üretilen gazın içten yanmalı motorların kullanabileceği şekilde fiziksel ve kimyasal özelliklerini sağlamaktır. Benzin ve dizel motorlarının ihtiyacı olan petrol kökenli yakıt bir depodan sıvı halde emilir. Bu yakıtlar homojen olup bileşenleri zamanla değişmez. Bu nedenle bu motorlarda yakılmasında ve sistemin çalıştırılmasında bir problem oluşturmaz. Gazlaştırıcıda üretilen yanabilir gazlarda homojen bir karışım yoktur ve zamana bağlı olarak da gazın fiziksel ve kimyasal özellikleri (bileşimi, enerji miktarı, kirliliği) değişebilir. Gazlaştırıcı ile içten yanmalı makina arasında bir depolama tankı yoktur. Üretilen gaz motorda yakılmadan önce çok iyi temizlenmelidir. Son zamanlarda bu gazlar başarılı bir şekilde motor uygulamalarında kullanılmaktadır. Özel bir motor tasarımı yapılmadan motor üzerinde yapılacak küçük değişikliklerle içten yanmalı motorlarda kullanılabilmesi mümkündür. Şekil 6.7'de böyle bir sistem görülmektedir.

KAYNAK

şeker pancarından elde edilen yakıt hakkında bilgi