Biyokütleden Yakıt Üretim (1)

Günümüzde enerjiye erişim güçleşmiş ve enerji pahalanmıştır. Mevcut enerji kaynaklarını tutumlu kullanmak ve başka seçenekleri değerlendirmek zorundayız. Bu bağlamda biyokütle enerjisini ele alacağız.

BİYOKÜTLENİN TANIMI

“Bitkiler, hayvanlar ve mikro canlılardan kaynaklanan, taşıllaşmamış (fosilleşmemiş) ve doğada çözünebilen organik maddelerdir. Bu kavram endüstriyel ve kentsel atıkların taşıllaşmamış ve doğada çözünebilen organik kısımları kadar; tarım, ormancılık ve ilgili endüstrilerin ürün, yan ürün ve atıklarını da kapsar.” Biyokütle taşıllaşmamış organik maddelerin bozunmasıyla elde edilen gazları ve sıvıları da içerir. (Bkz.1: s.27)

BİYOKÜTLENİN MAYALANMASI (FERMENTASYONU)

Organik maddeler doğadaki bakteriler aracılığı ile bozunarak ayrışır. Bakterilerin bir kısmı hava/oksijen olan (aerobik) ortamlarda iş görür. Organik maddelerin bozunması sırasında ısı enerjisi ortaya çıktığı için buna sıcak fermentasyon da denir. Kompost oluşumu böyle bir süreçtir ve bozunma daha çabuk gerçekleşir. Oluşan gazlar havaya karışır. Kompost toprağın özelliklerini iyileştiren ve besin maddesi yönünden zenginleştiren bir gübredir.

Havasız (anaerobik) kapalı ortamda iş gören bakteriler organik maddeleri ayrıştırarak metan ve karbondioksit karışımı olan biyogazı üretirler. En az % 60 metan içeren biyogaz bir haznede toplandıktan sonra; içten yanmalı motorlarda, ısıtma ve pişirme gibi işlerde veya elektrik üretiminde yakıt olarak kullanılır. Geriye kalan bulamaç (slurry) yabancı ot tohumları ve hastalık etmenlerinden arınmış ve yararlı bitki besinleri içeren bir gübredir.

GAZLAŞTIRMA

Gazlaştırma (katı, sıvı ve gaz şeklindeki) fosil ve fosil olmayan yakıtları daha kullanışlı gazlara ve kimyasallara dönüştürür. Potansiyel bir yakıtı bir biçimden diğerine dönüştürmektedir. Bu dönüştürmenin başlıca üç nedeni olabilir: Bunlar

Azot ve su gibi yakılamayan bileşenleri bertaraf ederek yakıtın ısıtma gücünün artırılması

Gazlaştırılmış yakıttaki kükürt ve azotun atmosfere karışmaması için bertaraf edilmesi

Yakıttaki karbon / hidrojen (C/H) oranının azaltılmasıdır. (Bkz.1: s.14)

Halen sentetik gazları üretmek için fosil yakıtların kullanımı, biyokütle gibi fosil olmayan yakıt kullanımından daha yaygındır.

Odun kömürü yapımı gazlaştırmanın ilk örneklerinden biridir. Taş kömüründen kok elde edilerek çıkan gazlar, sonradan kentlerin ışıklandırılmasında ve ısıtma/pişirme amacıyla kullanılmıştır. Elektriğin yaygınlaşması, doğalgazın keşfi sonucunda biyokütle ve kömürden gaz elde etme gerekliliği azalmıştır.

1930'larda Avrupa'da pek çok otomobil ve kamyon kömür veya biyokütleyi kullanan gazlaştırıcılarla işlemiştir. Bu dönemde en başta taşımacılık amacıyla bir milyondan fazla gazlaştırıcı yapılmıştır. İkinci Dünya Savaşı sonrasında Ortadoğu'dan bol miktarda petrol sağlanması taşımacılık ve kimyasal üretim amacıyla gazlaştırma gerekliliğini ortadan kaldırmıştır.

İkinci Dünya Savaşı'nda, Müttefikler tarafından Nazi petrol arıtımevleri (rafineri) ve petrol ikmal yollarının bombalanması sonucunda Almanya'nın devasa savaş makinesini işleten ham petrol ikmali azalmıştır. Bu durum Almanya'yı Fischer – Tropsch ve Bergius süreçlerini kullanarak kömür gazından petrol elde etmeye zorlamıştır. Aynı şekilde kömür kullanılarak başka kimyasallar ve hava taşıtı yakıtları da elde edilmiştir (Bkz. 1: s.3).

FİSCHER – TROPSCH BİREŞİMİ (SENTEZİ)

Fischer – Tropsch (FT) bireşimi sentetik gazdan sıvı hidrokarbon üretmenin çok başarılı bir

yöntemidir. FT süreciyle biyokütle veya kömürden, aromatik madde içermeyen ve setan sayısı yüksek (>70), kaliteli dizel yakıtı üretilebilir. Bu ürünün bileşimi petrolden elde edilen dizel yakıtına çok benzemektedir. Bu nedenle petrodizel ile karıştırılarak veya doğrudan doğruya motorda kullanılabilir.

Gazlaştırma ürününün, demir katalizatör için ideal sayılan H2:CO (hidrojen/karbonmonoksit) oranının bire yakın olması nedeniyle biyokütlenin FT süreciyle dönüştürülmesinin çeşitli ek faydaları vardır. Biyokütle gazlaştırma ürünlerinin CO2 (karbondioksit) içermesi sıvı ürünler üretiminde yararlıdır. Biyokütlenin kükürt içermemesi katalizatörlerin etkisini artırır.

FT bireşiminin en başarılı ve iyi bilinen örneği Güney Afrika'daki SASOL tarafından gerçekleştirilen kömürden sıvı yakıt üretimidir. Orada kömürden elde edilen sentetik gaz petrol ürünlerine dönüştürülmektedir. Biyokütlenin sıvı yakıtlara ve başka kimyasallara dönüştürülmesinde de FT sürecinden yararlanılmaktadır. (Bkz.1:s.313)

(Devam edecek)

1) Basu, Prabir; Biomass Gasification and Pyrolysis, Elsevier Inc, Amsterdam, 2010.