YEKARUMyekarum.sdu.edu.tr/assets/uploads/sites/157/files/... · 2013-03-14 · GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA YEKARUM 3 1. Önsöz Dünyanın toplam enerji arzı 11 milyar

GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA

YEKARUM 1

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

mailto:[email protected]


YEKARUM 2

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 3

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 4

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 5

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 araĢtırma-

geliĢtirme 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 6

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 7

Şekil 2. GüneĢ bacası Şekil 3. GüneĢ bacası

Prototip güneĢ bacası özellikleri aĢağıdaki tabloda verilmiĢtir.

Tablo 1. Prototip güneĢ bacası özellikleri

Parametre Sembol Değer

Baca yüksekliği Hgb 15 m

Toplayıcı sera çapı D 16 m

Toplayıcı sera alanı As 200,96 m²

Baca kesit alanı Ab 1,19 m²

GiriĢ ağzı çevresel alanı Ag 31,148 m²

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 8

ġekil 4. Heliostat ayna Şekil 5. Heliostat ayna

Şekil 6. Heliostat aynanın alıcıya hedeflenmesi


YEKARUM 9

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 10

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 12. Heliostat Ayna GüneĢ Ġzleme

Şekil 13. Mobil meteoroloji istasyonu Şekil 14. GüneĢ izleme sistemi ve PV uygulaması


YEKARUM 11

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 12

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 13

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 14

• 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 soğutma-

iklimlendirme 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 15

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 16

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 17

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 18

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 19

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 20

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 21

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).

http://www.pyne.co.uk/


YEKARUM 22

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 23

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 24

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 25

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, gaz-

hava, 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 26

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: Misag-

A-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 - 1 1

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 27

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 1803-1821

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, 28-

34

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 28

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 29

EKLER

YEKARUM MERKEZDE GERÇEKLEġTĠRĠLEN GÜNEġ SĠSTEMĠ

TEKNOLOJĠLERĠNDEN BAZILARI:

DOĞRUSAL FRESNEL KOLLEKTÖRLERĠ(YEKARUM)

GÜNEġ ÇANAK SĠSTEMĠ( YEKARUM-SĠRENG ENERJĠ)


YEKARUM 30

SĠLĠNDĠRĠK PARABOLĠK OLUK KOLLEKTÖR(YEKARUM-GÜÇSEL ENERJĠ )


YEKARUM 31

SĠLĠNDĠRĠK PARABOLĠK OLUK KOLLEKTÖR(YEKARUM-GÜÇSEL ENERJĠ )

Documents

YEKARUMyekarum.sdu.edu.tr/assets/uploads/sites/157/files/... · 2013-03-14 · GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA YEKARUM 3 1. Önsöz Dünyanın toplam enerji arzı 11 milyar