EVSEL/KENTSEL VE ENDÜSTRIYEL ÇAMURLARDAN

BIYOGAZ ÜRETIMI

Nuri AZBAREge Üniversitesi

Biyomühendislik Bölümü

Çamur İdaresi

Enerji Üretimi

Stabilizasyon

Enerji

Su

Küresel ısınma

Çevre Kirliliği

Yoksulluk

Terör ve

Savaşlar

Hastalıklar

Eğitim

Demokrasi

Nüfus

• Enerji Bakanlığı verilerine göre, Türkiye ürettiği enerjinin 3 mislini tüketen bir ülkedir.

• Enerji açısından yurt dışına bağımlılık %70’in üzerindedir.

EU Politika ve Hedefleri: Enerji

• RES White paper 1997: Toplam enerji

kullanım içinde yenilenebilir enerji

kaynaklarının kullanım oranının 2010 yılı

itibariyle 6% „dan 12%

• Sera gazlarının azaltılması

(1997 Kyoto Protokolüne uyulması)

Slide Courtesy of J.Riesgo: EC-DG TREN

(~ 2005 „de % 6.4 olan bu oran (2/3‟ü

biyomas/atıktan olmak üzere – esasen ısınma

amaçlı: 2010‟da %12‟ye çıkacak

EU Yasal Düzenlemeleri• Yenilenebilir Enerji 2001/77/EC (27.09.01) :

Toplam elektrik kullanım içinde yeşil elektrik

kullanım oranını %14‟den % 21‟e çıkarmak.

(2010‟da tahmin edilen %18-19)

• 08.05.2003 Tarihli Yönetmelik 2003/30/EC :

taşımacılıkta sıvı ve gaz yakıtların teşviki :

hedefler: 2005‟de 2% ; 2010‟da %5.75

• Yenilenebilir Isıtma ve Soğutma

Yönetmeliği:

FOSİL YAKITLARDAN KAYNAKLANAN TAHMİNİ

ÇEVRE ZARARLARI ( 2000 yılı)

Tahmini Çevre Zararları Milyar USD

Kömür 1128

Petrol 1188

Doğal Gaz 560

TOPLAM ZARAR 2876

ENERJİ

TARIMI

TEMİZ

ÇEVRE

YERLİ

ÜRETİM

BİYODİZEL

BİYOETANOL

Sürdülebilir

Kalkınma

3E

BİYOMETAN

BİYOHİDROJEN

ALTERNATİF PETROL

AB’de BiyogazÜretimi

Birim = ktoe

Biyogaz, metanca zengin yanabilir bir gazdır. Organik karbonca

zengin bir çok atık maddeden (hayvan atıkları, ziraii atıklar)

anaerobik biyoproses yardımıyla üretilir.

AEROBİK PARÇALANMA

Organik C + Aerobik bakteri + O2 CO2 + H2O + yeni bakteri

ANAEROBİK PARÇALANMA

Organik C + Anaerobik bakteri CH4 +CO2 + H2O + yeni

bakteri

Biyogaz bileşimi

%55 -75 Methan, CH4

%25 - 45 Karbon dioksid, CO2

%1-10 Hidrojen, H2

%0-0.3 Azot, N2

Hydrogen sulphide, H2S%0-3

TEMEL TASARIM ÖZELLİKLERİNE GÖRE BİYOGAZ ÜRETEÇLERİ

Biyogaz

kullanım

Elektrik

Üretimi

Termal

enerji

Doğal

gaz

şebekesi

Biyogaz

Biyogaz

rafinasyon

Ko-

jenerasyon

Isıtma

Soğutm

Aydınlat

ma

Yemek

pişirme

Direk

yakma

Yakıt

Yayma

BahçeZiraat

Taşıma

Ziraii Atıklar

Hayvan Atıkları

f

e

r

m

e

n

t

a

s

y

o

n

Sıvı ve Katı Beslemeli Biyoenerji Sistemi

Depolama

Ayırma

KompostSıvı Gübre

Çiftlik tipi AD tesisi

Anaerobik biyoreaktörlerMısır silajı ve ziraii atıkları

Substrat Kuru maddesi (%)Organik Kuru Madde (%) Biyogaz Üretimi

(m3/oTS*)

Üzüm posası 40-50 80 - 95 0.6 – 0.7

Atık Hububatlar 90 95 0.6

Maya (Kaynatılmış) 10 92 0.72

Atık Şerbetçi Otu 97 90 0.8-0.9

Atı k Elmalar 22-45 85-97 0.56-0.68

Elma Püresi 2-3 95 0.5

Atık meyveler 25-45 90-95 0.4-0.7

Sebze Atıkları 5-20 76-90 0.4

Yapraklar - 82 0.6

Yeşil ot (taze) 12-42 90-97 0.4-0.8

Bahçe Çimleri 37 93 0.7-0.8

Silolanmış Çimler 21-40 76-90 0.6-0.7

Çayır otu 15-20 89-93 0.6-0.7

Şeker pancarı 12-23 80-95 0.7

Şeker pancar püresi 22-26 95 0.9

Patates sapları 25 79 0.8-1.0

Yonca 20 80 0.6-0.8

Ay Çiçeği 35 88 -

Sorgum (süpürge darısı) 24-26 93 -

Mısır gevreği 85-90 85-89 0.4-0.9

Mısır kamışı, sapı 86 72 0.4-1.0

Pirinç samanı 25-50 70-95 055.-0.62

Patates püresi, patates

küspesi, kabukları6-18

85-96 0.3-0.9

Fermentasyon mayşesi 2-5 90-95 0.5-0.85

Distilasyon mayşesi 2-8 65-85 0.42

Preslenmiş yağlık tohum

atığı92

97 0.9-1.0

Melaz 77-90 85-95 0.3-0.7

Buğday unu 88 96 0.7

Çimlenmiş malt 92 93 0.6

Büyükbaş Hayvan atığı

(sıvı)6-11

68-85 0.1-0.8

Büyükbaş Hayvan atığı

(katı)25-30

80 0.6-0.8

Domuz dışkısı (sıvı) 3-10 77-85 0.3-0.8

Domzu dışkısı (katı) 20-25 75-80 0.27-0.45

Tavuk dışkısı (katı) 10-29 67-77 0.3-0.8

18

19

20

Birincil

Çürütücü İkincil

Çürütücü

Dışkı depolama

tankı 600 m3

Desülfürizasyon Ünitesi

Katı Yükleme SistemiMakine Dairesi

22

Dağıtım sistemi: merkezi pompa

istasyonunda tüm bağlantılar

yaplmaktadır

23

CPHU: (combined power and heating unit) biyogaz yakabilen jeneratör vasıtasıyla

Elektrik ve ısı üretilir. Isı değiştiriciler yardımıyla ısının fazlası hem biyoreaktörde hem de

Çevrede ihtiyaç duyulan (sera, konut ve işyeri ısınması v.b.) karşılanmasında kullanılabilir

CPHU

24

25

“Kontrol odası” : merkezi PLC kontrol sistemi ile beraber diğer önemli kontrol

sistemlerinin bulunduğu oda .

Other

26

Pasterizasyon

Torch

Separator

Katı ve sıvı ayırıcı.

Fazla gazın

yakıldığı meşale

Linköping –biyogaz ile taşımacılık

• 1997 - 27 otobüs

• 1998 - 45 otobüs

• 2002 - 64 otobüs, toplu

taşımacılıkta dizel otobüs

kullanımı yok

• Biyogaz 5,5 milyon litre dizel

kullanımı ortadan kaldırıyor

• Yıllık CO2-azaltımı- 9000 tons

Karşılaştırma: 1 Ha araziden elde edilen biyoyakıt ile yılda kat edilen yol miktarı

Kaynak: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

64000

67600

17600

17600

14400

0 20000 40000 60000 80000

Biomethane

Biomass-to-Liquid

Rapeseed Oil

Biodiesel

Bioethanol

Km

Meeting location and dates

The meeting will be held on the 27th and 28th September 2007 in

EBSOBuilding Izmir–Turkey

Tel: +90 (232) 3880378 (ext.138) ; Fax: +90 232 38849555

There is no registration fee for the meeting.

The number of participants is limited.

If you wish to attend please inform the meeting secretariat as soon as possible.

Accommodation is available in the meeting hotel.

Accommodation and travel must be arranged and paid by the participants.

Secretariat Address

European Commission Joint Research Centre,

Institute for Energy

P.O.Box: 2

1755ZG Petten, NL

Mr. David Baxter

Tel: +31 (0) 224 56 52 68

Fax:+31 (0) 224 56 56 26

E-mail:david.baxter@jrc.nl

The JRC-Institute for Energy

in collaboration with

Ege University, Bioengineering Department

Renewable Fuels from Waste for City

Transport Applications.

Technical, Environmental and Social Considerations

Izmir, Turkey

04th & 05th October 2007

Copy of the correspondence and

the accommodation details to be

sent to the local organizer:

Assoc.Prof.Dr. Nuri Azbar

Ege University,

Bioengineering Department,

Izmir, Turkey

E-Mail: nuri.azbar@ege.edu.tr

Programme.

Day 1.

14:00 Arrival of participants - Registration

15:00 Opening Session

Welcoming Words from:

Institute for Energy and Ege University- D. Baxter/N.Azbar

15:30 Review of EU Energy Supply and Demands - introduction

David Baxter, JRC-IE, the Netherlands

16:00 State of the Art Review on Biogas Production ProcessesExamples of Ongoing Projects World WideBy: Charles Banks, University Southampton, UK

16:30 Practical Application of Biogas ProcessesBy: Suat Karakuz, Schmack Biogas AG , Germany.

Coffe break

17:00 Up-grading of Biogas for Use in VehiclesBy Ulrich Schmack, Schmack Biogas AG , Germany

17:30 Biogas for transportation – practical experiences in SwedenBy: Owe Jonsson, Swedish Gas Centre, Sweden

18:00 Hydrogen: A Vision for theFuture

By Engin Ture, ICHET, Turkey

18:30 Round table Discussion

Day 2.

09:30 Biofuel Cities European Project

By Konstantinos Georgakopoulos, Exergia SA, Greece

10:00 Biofuels in Comparison: The Best Choice !

Nils Rettenmaier, IFEU - Institute for Energy and Environmental Research

Heidelberg, Germany

10:30 State of the Art Review on Biodiesel Production ProcessesBy Selma Turkay, ITU, Turkey

Coffe break

11:00 Biodiesel and SLUDERGY ConceptBy Adnan Akyarli, Ege Bioetechnology, Turkey.

11:30 Review of EU and Turkish Standards on Biodiesel Production and UseBy Filiz Karaosmanoglu, ITU, Turkey

12:30 Lunch

14:00 State of the Art Review on Bio-ethanol Production ProcessesBy Fikret Kargi , DEU, Turkey

14:45 Bio-ethanol Production in Turkey, General Overview for Today and Future

By Vedat Aydınoglu, TARKIM, Turkey

Coffe break

15:30 Turkish Energy Policy

(A speaker to be nominated from Ministry of Energy, Turkey)

16:00 Use of Alternative Fuels, Technical Regulations in Turkey

Bekir Oray Gungor, EPDK, Turkey

16:30 Round Table Discussion

What are the possibilities for Izmir ?

What are the main advantages and disadvantages of the fuels presented in

this workshop ?

Have we identified needs for future collaboration or support ?

17:00 Conclusions and Closing Remarks

18:00 End of Workshop

Institute for Energy of the Joint Research Centre and the FENCAB project

The role of the JRC is to provide customer-driven scientific and technical support forthe conception, development, implementation and monitoring of EU policies. As aservice of the European Commission, the JRC functions as a reference centre of scienceand technology for the Union. Close to the policy-making process, it serves the commoninterest of the Member States, while being independent of special interests, whetherprivate or national.The Institute for Energy provides scientific and technical support to EU policy related toEnergy. Special emphasis is given to safe and sustainable energy supply.

The FENCAB project is based at the JRC-Institute for Energy, the Netherlands. Itaddresses issues related to safe, clean and efficient production of energy from coal,biomass and waste. While the main focus of the work is the recovery of heat forelectrical power generation or direct use in industry or district heating, the recovery ofalternative and renewable fuels is a growing component of the work. This workinvolves the assessment of pathways for fuel production and necessarily includes studieson process parameters (e.g. for gasification) and cleaning processes for alternative fuels(e.g. filtration and catalysts). The PREWIN network (http://prewin.jrc.nl) is operatedwithin FENCAB and is one of the main tools used to achieve the goals of the projectrelated to energy from waste by incineration.

Scope of this Workshop

Minimising the harmful effects of waste and utilising waste and biomass as fuel sourcesis a key challenge of today. There are several environmental and economic drivers at theorigin of this challenge. The European Union has set ambitious and necessary challengesto decrease its dependence on external energy sources and to develop sustainable energyand transport fuel systems. It is expected that a very large contribution will come fromthe appropriate treatment of all forms of waste and biomass. This workshop seeks toaddress the technical and environmental aspects related to the production of vehiclefuels derived from wastes and biomass, specifically for use in the urban environment.Izmir is currently assessing options for use of biofuels for municipal transportapplications and sees waste and biomass as a currently under-used resource. Theworkshop aims to bring together those facing the challenges of production andutilisation of biofuels in cities.

Who Should attend:

People working in the areas of :

Waste and Biomass to Energy sector

Alternative fuels – production and cleaning

Waste and Energy management strategy

development

National and regional policy makers

İzmir Şehri Katı Atıkları

Biyogaz Potansiyeli

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0% 10% 20% 30% 40%

% DM

m3 b

iog

as

/to

n D

M

Winter Autumn Summer

Substrat ve biyogaz miktarı (m³ biyogaz/ton)

Islak bazda 15 – 25 m3/ton

Organic

Waste

Systems-

DRANCO

Process

(1992)

Source

Separated

household

waste

Manually sorted

- Shredded

- Magnetic

separator

- Mixed with

water

- Single Stage

Thermophilic

(50 –58°C)

- Retention

Time =

15 to 30 days

Sludge

dewatered and

stabilised

aerobically for

2 weeks.

Capacity

of Plant

tonnes/yr

11,000 to

35,000

DRANCO

PROCESS

Yüksek Katı İçerikli (Ör.Dranco) Proses tipik maliyetleri

Parametre Birim Kapasite (tpa=t/yıl)

5000 10,000 25,000 50,000 100,000

İlk Yatırım €x106 5 7 10 15 20

İlk Yatırım €/tpa 1000 700 400 300 200

İşletme Maliyeti €/t 40 30 25 20 15

Alan m2 3000 4000 7000 10,000 15,000

Elektrik Üretimi kWh/t 225 225 225 225 225

Elektrik Fazlası kWh/t 140 140 145 150 150

Isı Üretimi kWh/t 300 300 300 300 300

Isı Fazlası kWh/t 270 270 270 270 270

Teknoloji Elektrik Isı Maliyet

(kWh/t) (kWh/t) (€/t)

Yakma 564 1565 55 (76)*

Gazlaştırma 1083 956 40 (40)*

Biyogaz =>CHP 151 259 20 (30)*

Biyogaz=>Ulaşım 117 11 (21)*

*300,000 nüfus için değerler

N=1.000.000 nüfus için değerler

Teknoloji Elektrik Isı Maliyet

(kWh/t) (kWh/t) (€/t)

Yakma 564 1565 55 (76)*

Gazlaştırma 1083 956 40 (40)*

Biyogaz =>CHP 151 259 20 (30)*

Biyogaz=>Ulaşım 117 11 (21)*

*300,000 nüfus için değerler

N=1.000.000 nüfus için değerler

BİYOGAZDAN ELEKTRİK

Entegre Katı Atık Yönetimi (Vlyssides ve diğerleri, 2004)

30 km çap, 1000 m3 OME

44Source: *Association Biogas e.V. Press Release Nov/2006, **Association Biogas e.V. 03/2006, Association Biogas e.V. Press Release Nov/2006

Alman Biyogaz piyasası: 2003-2010**Alman Biyogaz piyasa öngörüsü*

2006e 2020e

No. of plants 3,500 n/a

Installed electrical output

(cum.)1,100 MW 9,500 MW

Electricity production > 5bn kWh ~ 76bn kWh

Share in German

electricity production> 1 % 17%

Turnover plant

construction> 1 bn EUR 7,6 bn EUR

CO2 emission reduction 5 mn t/a 103 mn t/a

2006 yılında biyogaz yatırımları ikiye katlanmıştır, 2009‟da 4000 adet toplam 1400 MW

2020 yılında biyogaz, elektrik üretiminde payının %17‟e ulaşması bekleniyor

1.82.0

2.6

3.5

7.8

2003 2004 2005 2006e 2010e

0

600

1,200

1,800Number of plants in '000

Electrical output MW (r.s.)

Alman Biyogaz Piyasası

45

2005 yılı Türkiye doğal gaz tüketimi

= 274 TWh (Terrawatt)

Türkiye yüzey alanı:

– Toplam alan : 77.945.200 ha

– Zirai alan : 26.423.422 ha

Enerji bitkilerinin biyogaz potansiyeli:

(zirai alanlarının sadece %20‟sinin kullanımı ile )

5.284.684 ha x 25-50 MWh/ha.yıl) = 132-264 TWh

enerji eşdeğeri

Hayvan gübrelerinden Biyogaz :

(12.728.462 GV x 0,3 kW/GV x 8000 h)

= 31 TWh

Toplam enerji =163-295 TWh

natural

gas

12%

energy

crops

77%

manure

11%

TÜRKİYE

Quelle: FAO, CIA: The World Factbook 2006, BP: table of natural gas consumption 2006, Berechungen Schmack Biogas AG

Türkiye Biyogaz Potansiyeli

Türkiye’nin biyogaz potansiyeli mevcut doğal gaz kullanımının % 88’ine eşdeğerdir

ÇORLU ve TRAKYA ĠÇĠN ÖNERĠ

1. Kenstel arıtma tesisi organik çamurları (600tons/day) ve kenstel katı atıklar (3000-4500 tons/day)

2. Biyogaz üretimi

3. Biyogaz saflaştırma(H2S, partikül ve nemuzaklatırma)

4. Biyogaz istasyonu

Biyogaz ve doğal gaz aynı şebekede

Doğal gaz

biyogaz Gaz temizleme

Biyogaz

Karışım

Doğal gaz

Avrupa Gaz Dağıtım Ağı-Dışa Açılım

Araç Yakıtı olarak Biyogaz

Gaz saflaştırma Sıkıştırma Depolama

İstasyon

Doldurma

52

Biyogazın saflaştırılması

Hedef : metan geri kazanımı, kirliliklerin uzaklaştırılması CO2, H2S, N2, O2, H2O

proses genel esaslar

gaz yıkama CO2 yıkama solusyonları ile muamele edilir

(ör. su, aminler, glycolethane diğer)

adsorpsiyon CO2 adsorbe edilir (zeolit, moleküler elekler)

membrane proses CO2 membran bariyerler yardımı ile ayrılır

CO2-sıvılaştırma Düşük sıcaklıklarda sıvı CO2 ve gaz metanın

faz ayırımı

Gaz yıkama ve adsorpsiyon ile biyogaz safllaştırma 20 yıldır ticarileşmiş bir prosestir.

53

Ham Biyogaz / Saflaştırılmış Biyogaz / Şebeke Kalitesi

Bileşen Sembol Ham biyogaz Biyometan DVGW260/şebeke kalitesi

metan CH4 55 - 70 % > 97 % minimum değer yok

karbon dioksid CO2 30 - 45 % < 3 % < 6 %

Azot N2 < 2 % < 2 % maksimum değer yok

Oksijen O2 < 0,5 % < 0,5 % < 0,5 %

Hidrojen Sülfür H2S < 500 ppm v < 5 mg/Nm3 < 5 mg/Nm

3

Hidrokarbonlar CxHy < 100 ppm v < 10 ppm v < kondenzasyon noktası

Su H2O saturated < 0,03 g/m3 < kondenzasyon noktası

Kalorifik değer HS,M 6 - 7,5 kWh/m3 max. 11 kWh/m

3 8,4 - 13,1 kWh/m

3

Wobbe indeks WS,M 6 - 11,5 kWh/m3 max. 14,5 kWh/m

3 12,8 - 15,7 kWh/m

3

55

greengas / biomethane

off gas

CH4

N2

/ O2

H2O / H

2S

CO2

biogas

gas molecules

Carbon

Molecular

Sieve

adsorption:

regeneration:

gas pressure high

gas pressure low

P R E S S U R E S W I N G A D S O R P T I O N

("PSA")

adsorber

CO2 / N

2 / O

2 / H

2O / H

2SCH

4 / CO

2 / N

2 / O

2 / H

2O / H

2S

Basınçlı Swing Adsorption ile biyogaz saflaştırma

57

Gaz Yıkama ile Biyogaz saflaştırma prensipleri

biogas washing liquid

washing

liquid

greengas /

biomethan

CH4 / CO

2 / N

2 / O

2 / H

2O / H

2S CO

2 / CH

4 / H

2O / H

2S

theoretical absorption capacitybasis : biogas 55 % CH4, 43 % CO2, 2% N2/O2, H20-saturated, 20°C

0

2

4

6

8

10

12

14

1 10

regeneration absorption

ab

so

rbe

d g

as

qu

an

tity

[lt

r./K

g]

CO2-polyglycol DME

CO2-water

CH4-polyglycol DME

CH4-water

pressure [bar a]

washing liquid: - water

- glycolethane (Selexol)

- amine

- other

Gaz saflaştırma maliyeti

Biyoyakıt tipi Sera gazında

azalma (%)

- Buğdaydan etanol 21 - 69

- Mısırdan etanol 56

- Şekerkamışından etanol 74

- Yağlık tohumlardan biyodizel 44

- Ayçiçeğinden biyodizel 58

- Palm yağından biyodizel 32 - 57

- Atık yağ ve hayvansal yağdan biyodizel 83

- Bitkisel yağdan biyodizel 57

- Kentsel katı atıklardan biyogaz 81

- Hayvansal atıklardan biyogaz 86-88

Tablo. Farklı biyoyakıtların sera gazlarına etkisi

(Renewable Energy Directive COM (2008) 19

SON DEĞERLENDĠRME

• Türkiye enerji politikalarında “Biyoyakıtlar” , özellikle biyogaz potansiyeli dikkate alınmalı

• Biyogaz teknolojileri için destekler ve teşvikler bir an önce hayata geçirilmelidir

• Tekirdağ açısından da kentsel arıtma tesisi organik çamurları, kentsel katı atıklarda kentsel ulaşım sisteminin çevreci bir boyuta taşınmasında önemli bir potansiyele sahiptir.

YAKIN GELECEKTE ÇORLU-TEKĠRDAĞ TESĠSĠNĠN ÖNÜNDE HEP BERABER RESĠM ÇEKTĠRMEK

UMUDU ĠLE

Teşekkürler

Prof.Dr. Nuri AZBAREge Üniversitesi

Biyomühendislik BölümüTel: +90 232 3884955 (31)

E-mail: nuri.azbar@ege.edu.tr