YEKARUM Hakkında - sdu yekarum - Süleyman Demirel Üniversitesi
Transkript
YEKARUM Hakkında - sdu yekarum - Süleyman Demirel Üniversitesi
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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: yekarum@sdu.edu.tr Tel: 0246 211 1749 Belgegeçer: 0246 211 1862 2013 YEKARUM 1 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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 2 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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 3 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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 4 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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 araĢtırmageliĢtirme 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 5 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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 6 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA Şekil 2. GüneĢ bacası Şekil 3. GüneĢ bacası Prototip güneĢ bacası özellikleri aĢağıdaki tabloda verilmiĢtir. Tablo 1. Prototip güneĢ bacası özellikleri Parametre Baca yüksekliği Toplayıcı sera çapı Toplayıcı sera alanı Baca kesit alanı GiriĢ ağzı çevresel alanı Değer 15 m 16 m 200,96 m² 1,19 m² 31,148 m² Sembol Hgb D As Ab Ag 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 7 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA ġekil 4. Heliostat ayna Şekil 5. Heliostat ayna Şekil 6. Heliostat aynanın alıcıya hedeflenmesi YEKARUM 8 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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 9 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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 13. Mobil meteoroloji istasyonu Şekil 12. Heliostat Ayna GüneĢ Ġzleme Şekil 14. GüneĢ izleme sistemi ve PV uygulaması YEKARUM 10 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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 11 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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 12 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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 13 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA • 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 soğutmaiklimlendirme 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 14 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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 15 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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 16 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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 17 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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 18 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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 19 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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 20 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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). YEKARUM 21 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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 22 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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 23 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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 24 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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, gazhava, 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 25 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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: MisagA-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, 1-11 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 26 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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 18031821 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, 2834 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 27 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA 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 28 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA EKLER YEKARUM MERKEZDE GERÇEKLEġTĠRĠLEN GÜNEġ SĠSTEMĠ TEKNOLOJĠLERĠNDEN BAZILARI: DOĞRUSAL FRESNEL KOLLEKTÖRLERĠ(YEKARUM) GÜNEġ ÇANAK SĠSTEMĠ( YEKARUM-SĠRENG ENERJĠ) YEKARUM 29 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA SĠLĠNDĠRĠK PARABOLĠK OLUK KOLLEKTÖR(YEKARUM-GÜÇSEL ENERJĠ ) YEKARUM 30 GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA SĠLĠNDĠRĠK PARABOLĠK OLUK KOLLEKTÖR(YEKARUM-GÜÇSEL ENERJĠ ) YEKARUM 31