Biogas
Bu konu başlığı altında 50 tez
Deneysel amaçlı prototip bir biyogaz reaktörünün imalatı ve farklı biyokütle karışımları ve ortamlarda performansının değerlendirilmesi
Bu çalışmada, biyogaz üretiminin kontrollü koşullarda yapılması amacıyla deneysel amaçlı laboratuvar tipi bir biyogaz reaktörü tasarlanmış ve imal edilmiştir. Bu reaktörde sindirim işlemi sırasında ortam sıcaklığı ve pH kontrol edilmektedir. Ayrıca, mikroorganizmaların homojen dağılımını sağlamak amacıyla kontrollü karıştırma işlemi de yapılmaktadır. Hazırlanan farklı biyokütle karışımları (sığır gübresi, yosun, peynir altı suyu), farklı sindirici sıcaklıklarında (30o, 35o, 40o ve 45o) farklı katı madde oranları ve farklı karışım oranlarında aneorobik sindirime tabi tutulmuş ve elde edilen biyogazın bileşimi saptanmıştır. Sindirim süresince tüm veriler bilgisayar ortamında kayıt altına alınmıştır. Gaz bileşiminin saptanmasında Biyosistem Mühendisliği Laboratuvarında bulunan Gaz Kromotografi cihazından yararlanılmıştır. Denemeler sonucunda en yüksek biyogaz üretimi 276,04 mL/gKM ile kuru madde oranı %12, karışım oranı 30:20:50 ve sindirim sıcaklığı 45 0C olan 23 numaralı örnekte elde edilmiştir. Yapılan denemeler sonucu elde edilen biyogazın biyometan (CH4) içeriği %51,0 ile %59,7 arasında değişmektedir. Düşük biyogaz üretimine karşın en yüksek biyometan (CH4) verimi, %59,7 ile kuru madde oranı %10, 50:30:20 karışım oranı ve sindirim sıcaklığı 30 0C olan 1 numaralı örnekte bulunmuştur.
Trakya bölgesinde biyogaz potansiyelinin belirlenmesi
Hızlı nüfus artışına paralel olarak oluşan atık miktarlarında da artış görülmektedir. Günümüzde atıkların bertarafı için kullanılan konvansiyonel yöntemler, bu atıkların çevreye zarar vermeyecek şekilde tekrar kullanımına ya da enerji elde edilmesine uygun olamamaktadır. Son yıllarda, çevrede olumsuz etkilere sebep olabilecek atıkların enerji değerleri dikkate alınmaya başlamış ve enerji elde edilebilecek bertaraf yöntemlerine olan yönelim artış göstermektedir. Trakya bölgesi, nüfusun yoğun olduğu, sanayi, tarım ve hayvancılık faaliyetlerinin iç içe yürütüldüğü, Türkiye için önemli bir coğrafik bölgede yer almakta olup, enerji potansiyeli yüksek katı atık üretimi de fazla miktarlardadır. Bu çalışmada, Trakya bölgesindeki biyogaz potansiyeli, hayvansal atıklar, bitkisel atıklar, arıtma çamurları ve kentsel katı atıklar dikkate alınarak belirlenmiştir. Trakya bölgesinin biyogaz potansiyeli belirlenirken yıl bazındaki Türkiye İstatistik Kurumu (TÜIK) verileri kullanılmıştır. Bu çalışmada, 2010 yılı toplam biyogaz potansiyelinin 203.267,64 m3/gün, 2015 yılı toplam biyogaz potansiyelinin ortalama 243.882,45 m3/gün ve 2020 yılı toplam biyogaz potansiyelinin ortalama 260.776,79 m3/gün olduğu tespit edilmiştir. Sanayileşme ile birlikte hızlı nüfus artışı yaşayan Trakya bölgesinde biyoenerji potansiyeli yüksek atık miktarlarında da artış meydana gelmiş ve biyogaz üretim potansiyeli hızlı bir şekilde artmıştır. Sonuç olarak, tükenmekte olan fosil yakıtların yerine, hem Trakya bölgesinde hem de ülkemiz genelinde yenilenebilir temiz enerji kaynakları içerisinde yer alan biyogaz enerjisi kullanılarak, atıkların en uygun şekilde bertarafı ve ekolojik bir yaklaşım ile enerji elde edilmesi mümkün olabilmektedir.
Laboratuvar ölçekli merkezi ısıtmalı biyogaz reaktörü tasarımı, yapımı ve işletilmesi: mekanik karıştırma sürelerinin biyogaz üretim verimine etkisi
Bu tez çalışması üç aşamadan oluşmaktadır. 1. aşamada, 10 L hacimli prototip Sürekli Karıştırmalı Tank Reaktör (CSTR) tasarımı ve yapımı, 2. aşamada, 8 adet 10 L hacimli laboratuvar ölçekli merkezi ısıtmalı CSTR reaktör sistem tasarımı ve yapımı gerçekleştirilmiş ve 3. aşamada ise sığır gübresi fermentasyonunda farklı mekanik karıştırıcı çalışma sürelerinin biyogaz üretimine etkisi belirlenmiştir. CSTR reaktör sistemi sıcaklık kontrolü, merkezi otomatik su ısıtma sisteminin sıcaklık geri beslemeli kontrolü ile sağlanmıştır. Ayrıca, biyogaz sisteminde karıştırma için kullanılan elektrik motorlarının çalıştırılması, reaktörlerin dış ceket sisteminde dolaşan su sirkülasyonu ve sıcaklıkların ölçümü PLC aracılığı ile yapılmıştır. Mekanik karıştırıcı çalışma rejimleri 5/30, 10/30, 15/30, 20/30 (dakika çalış/dur) olarak belirlenmiştir. Denemelerin başlangıcında ana malzeme özellikleri (katı madde ve uçucu katı madde içeriği ve pH) belirlenmiştir. Efektif çalışılan hacim olarak 8 L, hidrolik bekleme süresi 20 gün ve günlük yükleme miktarı 400 mL olarak belirlenmiştir. Katı madde içeriği %8-9 olarak ayarlanmıştır. Denemeler süresince, biyogaz debisi, metan konsantrasyonu, günlük yüklenen materyal miktarı, katı madde ve uçucu katı madde içeriği, pH değerleri ölçülmüştür. Deneme sonuçları, mekanik karıştırıcı çalışma sürelerinin artması ile özgül metan üretimi hızının az miktarda arttığını, kümülatif metan üretimi açısından, 10/30, 15/30 ve 20/30 (dakika çalış/dur) çalışma rejimlerinin, 5/30 çalışma rejimine göre sırasıyla, %1.97, %1.75, %2.90 artış sağladığını, dolayısıyla mekanik karıştırıcı çalışma süresinin artması ile biyogaz-metan üretiminin arttığını göstermiştir.
Energetic utilization of lignocellulose-rich agricultural wastes by enriched microorganisms from high performance natural and engineered systems
Energy crops, agricultural residues, animal manure, forestry residues, algae, etc. are one of the major source for renewable energy production. The amount of lignocellulose-rich agricultural wastes (such as wheat straw, rice straw, etc.) increasing day by day due to the rapid growth on population which increased the pressure on agricultural industry to meet the demands for food and animal feed. In most of the countries, these wastes are handled in an unsustainable manner, mostly disposed by burning which also has a negative impact on global warming. On the other hand, these waste streams have a great potential to be converted into wide variety of value-added products including biofuels. Anaerobic digestion is a commonly used proven technology to recovery energy from various feedstocks including agricultural residues, livestock manure, food and brewery wastes, sewage sludge, industrial and municipal wastewaters, wood industry residues etc. Among these waste streams, agricultural residues belong to the most attractive substrates for anaerobic digesters due to the high abundance, high energy content and low costs. Anaerobic digestion is a complex biological process carried out by a diverse microbial community including hydrolytic, acidogenic and acetogenic bacteria and methanogenic archaea. During the process, organic content of the biomass is degraded by a synergistic interactions of the microbial community and converted into methane-rich biogas, then methane is used for energy production. One of the main obstacles during anaerobic digestion of lignocellulose-rich biomass is the recalcitrant structure which limits the efficiency of anaerobic digesters. Hydrolysis of these compounds is considered as the rate-limiting step. Investigating the efficient approach to overcome this problem is a continuing concern. Thus, different strategies such as physical, chemical and biological pre-treatment methods are applied to enhance hydrolysis and then the overall system performance, accordingly. As the diverse group of microorganisms are necessary to carry out anaerobic digestion process, the effective inoculum selection is crutial at the start-up period. Usually, anaerobic digesters are seeded by inoculum taken from another digester or animal manure which are easy to procure. However, the specific inocula should be intoduced to the specific feedstock to enhance start-up and acclimation periods, and methane yields. The nature is always an inspiration for technological developments. Biomimicry is an approach which interests engineers for many years for new innovations. Ruminants have a sophisticated digestive system which are able to degrade a wide variety of lignocellulosic substrates thanks to a symbiotic relationships in their digestive systems. Moreover, the microorganisms in the rumen fluid is more effective in lignocellulose digestion compared to the microorganisms in anaerobic digesters. However, procurement of the rumen fluid in necessary amounts to seed a full-scale anaerobic digester is not feasible. The selective enrichment of lignocellulose-degrading bacterial culture can be a solution to enhance methane yield in anaerobic digesters. This thesis intends to obtain the most effective bioaugmentation culture with an inspiration from the high performance natural and engineering systems to enhance the anaerobic digestion of lignocellulosic feedstock and determine the most effective concentration of the bioaugmentation cultures applied to anaerobic digesters. For this purpose, lignocellulose-degrading methanogenic communities were enriched on wheat straw from rumen fluids of different ruminants (sheep, cow and goat) as well as a biogas reactor acclimated to lignocellulosic biomass (sorghum as mono-substrate) under anaerobic mesophilic conditions. The bacterial communities were examined by 454 amplicon sequencing of 16S rRNA genes, while terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) fingerprinting of mcrA genes was applied to analyze the methanogenic communities. The comparison of the enhancement potential of these bioaugmentation cultures were carried out in batch reactors using wheat straw as a lignocellulosic feedstock under mesophilic conditions. To investigate the effects of most effective concentration, the enrichment cultures were added to batch reactors in proportions of 2%, 4%, 6% and 8% of the microbial cell number of the standard inoculum slurry. All cultures had positive effects on substrate degradation, and higher methane yields were observed in the bioaugmented reactors compared to control reactors set up with standard inoculum. However, the level of enhancement differed according to the type of the enrichment culture. Whereas, addition of 2% sheep rumen derived enrichment culture did not enhance methane production significantly, 4% addition led an increase by 27%. Methane yield in batch reactors augmented with 2% cow rumen derived enrichment culture was increased by only 6%. In contrast, reactors amended with 2% goat rumen derived enrichment culture or with the bioaugmentation culture obtained from the biogas reactor digesting sorghum biomass produced 27% and 20% more methane, respectively. The highest methane yield was recorded in reactors amended with 6% goat rumen derived enrichment culture, which represented an increase by 36%. The results highlighted that relative abundances of Ruminococcaceae and Lachnospiraceae increased during the enrichment of sheep rumen fluid derived culture. On the other hand Bacteroidaceae and Ruminococcaceae were the most abundant families in the cow and goat rumen-derived enrichment cultures, Porphyromonadaceae was the predominant one in the reactor-derived culture. Additionally, the enrichment procedure increased the relative abundance of Ruminococcaceae (phylum: Firmicutes) in all cultures. T-RFLP profiles of the mcrA gene amplicons highlighted that the ruminal methanogenic communities were composed of hydrogenotrophic methanogens dominated by the order Methanobacteriales regardless of the host species. The methanogenic communities changed significantly during the enrichment procedure. Whereas, the strict hydrogenotrophic Methanobacteriales and Methanomicrobiales were the predominant orders in the enrichment cultures derived from goat and cow rumen fluid as well as biogas reactor, the sheep rumen culture was dominated by Methanosarcinales. The microbial communities were quite similar at the end of the batch tests independently of the bioaugmentation sources, indicating that the introduced microbial communities of the enrichment cultures did not dominate the reactors. The results suggest that bioaugmentation with enrichment cultures derived from high performance natural and engineering systems can be an alternative strategy to enhance digester performance treating lignocellulosic feedstocks.
Pretreatment of sugar beet bagasse for enhance biogas production
World energy consumption is increasing depending on the rise in demand which threatens humanity with a soon shortage of fossil fuels. Therefore, the research is focused on alternative sources of energy such as the renewable ones. Biogas production is regarded as an alternative source of energy from various kinds' biomass feedstock or wastes which can also have negative effects on the environment if not properly disposed. Gradually, biogas has been gaining a new pace in the market due to the efficiency and the lack of technology modification, when compared with the other renewable energy sources. The problems encountered in anaerobic digestion degradation are caused by the complex and tough structure of lignocellulosic biomass. Its efficient disruption is required to increase the hydrolysis rate and biogas production. One way of enhancing biogas production from lignocellulosic biomass is implementing pretreatments to the substrate before the anaerobic digestion process for increasing the biodegradability. The physical, chemical and biological pretreatments are widely studied to improve the biomethane yield. The biomethane production can be enhanced by 25% and >100% with various pretreatment applications. Combinations of pretreatments are also applied. The selection of pretreatment method is always related to application procedure, time, energy and chemical costs. Besides, the effectiveness of chemical reagents, possible corrosion or degradation is also considered due to the concentrations used. In this study, the effects of physical and chemical pretreatments, and their combination were investigated on the degradation of lignocellulosic structure of sugar beet pulp, and (ii) the effect of pretreatment methods on the methane production by performing batch Biochemical Methane Production tests (BMP). By considering the previous facts in the present investigation, raw sugar beet (RSB) and exhausted sugar beet (ESB) were studied. Sugar beet pulp has 22-30% cellulose, 22-30 hemicellulose, 24-32% pectin and 1-3% lignin content. Acid pretreatment with dilute H2SO4 and alkaline pretreatment with dilute NaOH were used as the chemical pretreatment methods. The physical pretreatments were done under microwave and autoclave. Under the scope of the physical pretreatment the specific methane production potential (SMP) resulted in 328.90 mL CH4/gVSfeed, which increased by 40% with microwave radiation (300 Watts) for 2 minutes. The alkaline pretreatment with 2% NaOH (at 25°C, 48 hours) achieved 286.96 mL CH4/gVSfeed, which represents an increase by 45%. Furthermore, physicochemical pretreatment elevated the biomethane production potential by 65% when the sugar beet was exposed to 2% acid at 120°C during 30 minutes in autoclave as 387.82 mL CH4/gVSfeed. Besides, a mixed substrate (70 pretreated and 30 un-pretreated) could enhance SMP by 60% as 376.11 mL CH4/gVSfeed (RSB + Acid 2% + MW 300Watts for 2 min) or 280 mL CH4/gVSfeed (ESB + Alkaline 2% + Autoclave 120°C, 30 min). The applied pretreatment methods increased the biogas production from raw sugar beet (RSB) and exhausted sugar beet (ESB) by 40 – 65%. Also, it opened a new approach to investigate with the mixed substrate combination, which can reduce the cost implementation of the pretreatments in the industrial scale.
The potentials and limitations of utilizing animal manure for biogas production in rural agricultural households: A comprehensive analysis of Ethiopia and Türkiye
With the growing threat of climate change and global warming along with the exponential exploitation of resources, the need for adaptation of renewable and cleaner energy technologies especially in emerging and developing economies has been inevitable. This thesis provides a comprehensive analysis of the potentials and limitations associated with the utilization of animal manure for biogas production in rural agricultural households, with a specific focus on Ethiopia and Türkiye. The thesis aims to identify the key factors that influence the adoption of biogas technology in these countries and provide insights into the socio-economic and environmental benefits and challenges associated with the use of animal manure for energy generation. The thesis employs a mixed-methods approach that combines a systematic literature review with primary data collected through surveys and interviews with farmers, policymakers, and other stakeholders. The results reveal that the utilization of animal manure for biogas production has significant potential for rural agricultural households in both Ethiopia and Türkiye, as it can provide an efficient, reliable, and affordable source of energy while also reducing greenhouse gas emissions. However, the thesis also highlights several limitations and challenges that need to be addressed to promote the uptake of biogas technology in these countries. These include technical, financial, and policy-related barriers, as well as social and cultural factors that influence the acceptance and use of biogas systems.
Yüksek hızlı aktif çamur sistemlerinden oluşan fazla çamurun mezofilik çürütülmesi
Arıtma çamurlarının çürütülmesi bunun yanında organik atıklarla enerji geri kazanım oranın artırılması amacıyla Baltalimanı Atıksu Arıtma Tesisi deşarjından alınan ön arıtmaya tabi tutulmuş atıksu, pilot ölçekli yüksek hızlı aktif çamur sisteminde arıtılmıştır. Oluşan fazla çamurun mezofilik şartlarda 20 günlük çamur yaşıyla 90 günlük iki işletme döneminde laboratuvar ortamında çürütülmüştür. Ayrıca mutfak öğütücülerinin kullanıldığı bir sistemin etkilerinin görülmesi amacıyla ikinci işletme döneminde ise İTÜ yemekhanesinden alınan organik katı atıklar öğütülerek pilot tesis arıtma sistemine dahil edilmiştir. Bu sayede sisteme giren organik yükün artmasıyla oluşan çamurun biyometan potansiyeli aynı işletme koşulları altında bir önceki durumla karşılaştırılmıştır. Oluşan biyogaz miktarı ve metan içeriği ile birlikte özellikle Uçucu Katı Madde (UKM) ve kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) giderim verimleri incelenmiştir. Yapılan çalışma sonucunda pH değişimleri incelendiğinde ilk dönem için 7,2 – 7,9 aralığında değiştiği görülmüştür. İkinci işletme döneminde pH değişimi daha az görülmüş olup 7,2 ile 7,4 arasında değişmiştir. Redoks Potansiyeli -430 ile –480 mV arasında değişmiştir. Organik yükleme hızı 2,5 – 2,9 kg KOİ/m3.gün arasında değişmiştir. TKM giderim verimi ilk dönemde ortalama % 56 iken ikinci işletme döneminde % 40 olarak gerçekleşmiştir. UKM giderimi verimi ilk işletme dönemi boyunca ortalama % 58 ikinci dönemde ise ortalama % 59 olarak gerçekleşmiştir. KOİ giderim verimi birinici ve ikinci işletme dönemlerinde sırasıyla ortalama % 62 ve % 63 olarak gerçekleşmiştir. İşletme dönmeleri boyunca çKOİ sonuçlarına bakıldığında reaktör içerisinde 700 – 2000 mg/L arasında değişim gösterdiği görülmüştür. Oluşan biyogaz içinde ilk işletme döneminde % 67 metan içeriği varken ikinci işletme döneminde bu oran % 73'e yükselmiştir. İlk döneme ait ortalama metan verimi 282 L CH4/kg UKMgiderilen olmuştur. Arıtma sistemine organik atık ilavesinden sonra alınan fazla çamurun çürütülmesi sırasında ise metan verimi 373 L CH4/kg UKMgiderilen olmuştur. Metana döneşen KOİ miktarı ve 0,60 g KOİmetan/g KOİeklenen olarak hesaplanmıştır. Zeta potansiyeli ve partikül boyut dağılımları (P) incelenmiştir. İlk işletme döneminde belirgin bir değişim görülmemiştir. İkinci işletme döneminde ise çürütme sonrası boyut azalması görülmüştür. Amonyum azotu konsatrasyonu ilk işletme döneminde 1000 – 1300 mg/L arasında ikinci dönemde ise 600 – 730 mg/L arasında değişmiştir. Yüksek hızlı aktif çamur sistemi sayesinde düşük O2 tüketimi düşük bekletme süreleri ile arıtma tesisinin elektrik sarfiyatı konvansiyonel sistemlere göre düşüktür. Buna ek olarak oldukça yüksek olan A-kademesi çamurunun anaerobik çürütülmesiyle elde edilen biyogaz önemli bir enerji kaynağıdır. Yüksek enerji potansiyeli olan A-kademesi fazla çamuruna ayrıca organik atıkların ilavesi ile bu potansiyel artırılabilir. Organik atıkların doğrudan çürütücüye verilmesi yerine mutfak öğütücülerinin yaygınlaştırılması ile mutfak atıklarının kanalizasyon sistemi vasıtasıyla AAT'lere iletimi sağlanabilir. Bu yolla atıksu arıtma aşamasında giderilen organik maddenin çamura geçmesi ve oluşan yüksek organik madde içerikli fazla çamurun çürütülmesiye hem atık toplama maliyetleri azalacak hem de üretilen enerji miktarını artış gösterecektir.
Manda gübresinden biyogaz üretimi için deneysel çalışma
Artan enerji ihtiyacı, yenilenebilir enerji kaynaklarının önemini artırmıştır. Bu yenilenebilir enerji kaynaklarından bir tanesi de atıkların değerlendirilmesiyle üretilen biyogazdır. Biyogaz; her türlü insan, bitki ve hayvan atığından elde edilmektedir. Literatürde diğer hayvanların gübreleriyle ilgili (inek, tavuk, koyun vb.) çalışmalar olmakla birlikte spesifik olarak manda gübresiyle alakalı bir çalışma neredeyse yoktur. Türkiye için manda besiciliği açısından sıralama yapıldığında Kütahya ili ön sıralarda yer almaktadır. Coğrafi yapısı gereği de (su kaynaklarının bol olması vb.) Kütahya, manda besiciliğine çok müsaittir. Hidrokarbonların zayi edilmemesi adına manda gübresinin deneylerde kullanılıp metan gazı miktarının ölçülmesi bir gerekliliktir. Bu çalışmada; Kütahya ili Bölücek Mahallesi'nden alınan manda gübresinden biyogaz üretmek amacıyla; bölüm laboratuvarında bulunan sindirici tankı, üzerinde çeşitli değişiklikler yapılarak kullanılmıştır. Söz konusu sindiriciyle aynı ölçülere sahip başka bir tank ise üretilen biyogazın depo edilmesi amacıyla, üzerinde çeşitli imalat ve revizyon işlemleri gerçekleştirilerek gazometrenin iç deposu işleviyle kullanılmıştır. Deney süresince manda gübresinin sindirici tankında mezofilik şartlarda fermantasyonu sağlanmış ve biyogaz üretimi gerçekleştirilmiştir. 60 gün süren deney neticesinde; söz konusu biyogazın % 60 oranında metan ihtiva ettiği saptanmış ve manda gübresinin biyogaz verimi 14.1 lt/kg olarak hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar bağlamında gerekli irdelemeler yapılmıştır. Anahtar Kelimeler: Biyogaz, Gazometre, Manda Gübresi, Metan Gazı, Sindirici
Biyogazdan enerji üretiminde yeni bir risk analizi tekniği:Entegre risk analizi
Endüstride faaliyet gösteren bütün işletmeler sürdürülebilir kalkınma politikası çerçevesinde insan ve çevre sağlığını korumak zorundadır. Bu zorunluluk işletmelerde birçok yasal prosedürün yanı sıra iş sağlığı ve güvenliği yönetim sistemi ile çevresel yönetim sisteminin birlikte yürütülmesini gerektirmektedir. Bu tez çalışmasında biyogazdan enerji üreten tesislerde risk faktörleri iş sağlığı ve güvenliği ile çevre sağlığı ve güvenliği açısından ayrı ayrı değerlendirilmiştir. Yapılan değerlendirmede risk analizlerine veri sağlayan ortam ölçümleri de kullanılarak bu iki sistemin birlikte yönetilmesine olanak sağlayacak yeni bir risk analizi tekniği; Entegre Risk Analizi oluşturulmuştur. Entegre risk analizinde; iş kazaları ve meslek hastalıkları ile genelde çalışan odaklı düşünülen mevcut risk analizlerine çevresel etki risk faktörleri eklenerek, risklerin boyutları araştırılmıştır. Araştırma sonucunda elde edilen verilerde iş sağlığı ve güvenliği risk skorlarının düşük olsa bile çevresel risk skorlarının yüksek olabileceği durumlar saptanmıştır. Aynı zamanda çevresel etki için iş sağlığı ve güvenliği alanında alınan önlemlerin yetersiz kaldığı da gözlemlenmiştir. Sonuç olarak yasal mevzuatlar açısından ortak paydayı oluşturan risk değerlendirme analizlerinde entegre yönetimin kullanılması; gerçekleşen faaliyetler için başta insan ve çevre sağlığı ile işletmelerin kalkınma projeleri de dâhil olmak üzere tüm çalışma hayatına olumlu katkılar sağlayacaktır.
Biyogazın ısı ve elektrik üretiminde kullanılmasının irdelenmesi
Gelişen teknoloji ve nüfusla birlikte artan enerji ihtiyacı, yenilenebilir enerji kaynaklarının önemini arttırmıştır. Bu yenilenebilir enerji kaynaklarından bir taneside atıkların değerlendirilmesiyle üretilen biyogazdır. Biyogaz üretiminin verimliliğini etkileyen gübre cinsi, sıcaklık, karıştırma, pH ve bekletilme süresi gibi birçok parametre vardır. Bunlardan en önemlilerden bir taneside gübre karışımıdır. Bu çalışmada, Afyon ili Döğer beldesinde bir köy evinden alınan ve % 10 katı madde miktarına sahip büyükbaş hayvan gübresinin biyogaz reaktöründe fermantasyonu ve biyogaz üretimi için gerekli uygun koşulları araştırılmıştır. Bu amaçla, 4mm paslanmaz çelik sactan 3 m yüksekliğinde ve 2.5 m çapında, toplam hacmi yaklaşık 15 m3 olan bir biyogaz reaktörü imal edilmiştir. Biyogaz reaktör ünitesinin iç kısmı 6 mm kalınlığında fiber malzemeden imal edilmiş ve reaktörü 35oC sıcaklıkta sabit tutmak için ısıtıcı serpantin kullanılmıştır. Yıllık gübre miktarının, biyogaz miktarının ve enerji üretiminin sırasıyla 182.5 ton, 7122 m3 ve 32576 kWh olduğu gözlemlenmiştir. Günlük üretilen 19.51 m3 biyogazdan 126.8 kWh/gün elektrik enerjisi üretilebileceği hesaplanmıştır.
Thermodynamic, economic and environmental assessments of biogas based district heating and electricity production
This study is, thermodynamic analysis was made and evaluated by using real data of Gaziantep Metropolitan Municipality's Oğuzeli Central Biogas Power Plant, which uses animal waste. In addition, the current situation and potentials of biomass-based power plants in Turkey were examined. At the facility, 150 tons of animal waste is disposed of daily and 14400 m³/day of biogas is produced. With the cogeneration system, 7200 MWh of electricity is produced annually. The total exergy efficiency of the cogeneration system was determined as 22.52%. In the anaerobic digester system, the exergy value of the raw material increases chemically. For this reason, it was not meaningful to calculate the exergy efficiency in the anaerobic digester system for this reason, it did not make sense to calculate the exergy efficiency in the anaerobic digester system. The economic analyzes of the facility were made and the return on investment cost was calculated as 3.7 years.
Melas atıksularının arıtımında yukarı akışlı havasız çamur yataklı reaktör (YAHÇYR) sisteminden elde edilen biyogaz ve metan üretimlerinin yapay sinir ağları ile modellenmesi
Pilot ölçekli mezofilik yukarı akışlı çamur yataklı (UASB) reaktör sistemde arıtılan melas atık suyu çıkışından sırasıyla biyogaz ve metan üretim oranları, iki adet üç katmanlı yapay sinir ağı (YSA) modeli (8:9:1 ve 8:12:1) ile tahmin edilmiştir.Yapay zeka esaslı bu yaklaşımda, hacimsel organik yükleme oranı (OLR), işletme sıcaklığı, giriş ve çıkış alkalinitesi, giriş ve çıkış pH, giriş KOİ ve uçucu yağ aside olmak üzere sekiz girdi değişkeni ile modelleme yapılmıştır.YSA tabanlı gerçekleştirilen bu çalışmada MATLAB® V7.0 programı kullanılmıştır. Geri yayılım (BP) algoritmasının eğitiminden sonra temel bileşen analizi (PCA) yapılarak, YSA modeli biyogaz ve metan üretim oranlarını deneysel veri setinden yola çıkarak tahmin etmiş ve model sonuçlarının korelasyon katsayıları sırasıyla 0.967 ve 0.961 olarak elde edilerek biyogaz ve metan için tatmin edici sonuçlar bulunmuştur.Bu YSA çalışmasında 11 farklı geri yayılım algoritması arasından scaled conjugate gradient algoritması en iyi algoritma olarak seçilmiştir. Biyogaz ve metan tahminleri sırasında gizli tabaka'da kullanılacak optimize nöron sayıları sırası ile 9 ve 12 olarak bulunmuştur.YSA tarafından tahmin edilen sonuçlar, aynı veri seti için elde edilen 2 adet eksponansiyel non-lineer regresyon analiz sonucu ile karşılaştırılmıştır. Yapılan çalışma sonucunda açıkca görülmektedir ki, non-lineer regresyon model sonuçları ile YSA tabanlı model sonuçlarının karşılaştırılmasında YSA model sonuçları biyogaz ve metan için daha uygundur.
Tekstil atıksularının membran proseslerle arıtımı sonucu oluşan konsantrenin biyokimyasal metan potansiyelinin belirlenmesi
Su tüketimi ve atıksu oluşumunun yüksek olduğu tekstil endüstrisi atıksularının arıtılması gerek mevzuatlar, gerekse doğal dengenin korunması açısından büyük bir önem arz etmektedir. Özellikle son yıllarda ülkemizde su havzalarının yönetimi konusunda yeni mevzuatlar düzenlenmiştir. Bu mevzuatlarla havzalardan endüstrilerin doğrudan kullanım suyu temin etmelerine bazı kısıtlamalar getirilmiştir. Bu durum endüstrinin su ihtiyacını karşılayabilmek için atıksuların yeniden kullanımı gibi farklı arayışlara yönelmesine sebep olmuştur.Atıksuların geri kazanımı konusunda kullanılan ileri arıtma yöntemlerinden biri de membran prosesleridir. Günümüzde farklı özelliklerde membran üretiminin mümkün olması ve üretim maliyetlerinin azalması, membran kullanımını daha yaygın hale getirmektedir.Bu çalışma kapsamında da tekstil atıksularının geri kazanımı ve yeniden kullanımı konusunda farklı ön arıtma alternatifleri sonrası nanofiltrasyon membranı kullanılmıştır. Membranlarla atıksuların arıtımı sonrası elde edilen süzüntünün yeniden kullanımı mümkün olabilirken diğer taraftan da kirleticilerin yoğunlaştığı bir konsantre atık ortaya çıkmaktadır. Konsantre atıkların arıtılması ve bertarafı dünyada önemli bir sorun teşkil etmektedir. Tekstil atıksularının membran proseslerle arıtılması sonrası oluşan konsantre atığın biyokimyasal metan potansiyeli de bu çalışma kapsamında araştırılmıştır. Ayrıca, tekstil atıksularının arıtımı sonrası membranın bazı yüzey özelliklerinde oluşan değişimler de izlenmiştir.
Gaz türbinli kojenerasyon sistemlerinde yakıt olarak doğalgaz kullanımının incelenmesi
Enerji üretiminde, atık enerjinin geri kullanılıp, sistem veriminin dolaylı olarak artırılması için kojenerasyon sistemleri tasarlanmıs, gelistirilmis ve kullanıma sunulmustur. Kojenerasyon sistemleri ile elektrik ve ısı enerjisinin es zamanlı üretimi sağlanmaktadır. Bu sistemler, yakıt rezervlerinin azaldığı günümüzde, sanayi ve konut kullanımı için büyük bir yakıt maliyeti avantajı sağlamaktadır. Bu sistemlerde kullanılacak türbinlerin teknolojik evrimi sürmektedir. Bu teknolojilerin sonuncusu mikrogaztürbinleridir. Hem küçük hacimlerde, hem de kompakt halde bulunan bu türbinler yeni türbin teknolojisidir. Elektrik gereksinimi belli değerlerde olan, bunun yanında da ısı enerjisine de ihtiyaç duyulan kosullarda, mikrogaztürbinli kojenerasyon kullanılabilmektedir. Bu sistemlerde kullanılan yakıtların basında doğalgaz gelmektedir. Doğalgaz yanma verimi ve kullanım sonrası atıklar açısından kullanım kolaylığı sağlamaktadır. Ancak enerji üretiminde hammadde sorununa yeni çözümler getirilebilmek için atıklardan yakıt elde etme çalısmaları sürdürülmekte ve bu çalısmaların basında da biyogaz üretimi gelmektedir. Biyogazın hammaddesi tükenmez bir yakıt olması günümüz kosullarında, biyogazın teknolojik gelisiminin önünü açmaktadır. Arastırmalar, Fachhochschule Gelsenkirchen, Almanya'da, sistem değerlerinin ölçülmesi ile baslamıs ve sistemin düzgün çalısmadığı görülmüstür. Verimi düsük olan sistemin ısı transferi mekanizmaları incelenmis, yeniden tasarlanmıstır. Ancak yapılan inceleme ve testler sonrası elde edilen sonuçlar göstermistir ki, mikrogaztürbininden çıkan gaz sodyum tasımakta, bu sodyumun nereden geldiği açıklanamamaktadır. Türbinden çıkan atık gazın ısı değistiricisine fazla hızlı geldiği ve değistirici içerisinde olması gerektiği gibi dağılmadığı görülmüs, daha etkili bir ısı transferi için türbinden çıkan atık gaz yönlendirilmeye çalısılmıstır. Bu arastırmalara ek olarak ölçüm sonuçları ile Türkiye'de ve Avrupa'da bazı sehirler için sistemin uygulanabilirliği arastırılmıstır, değisik çalısma sürelerinde sistemin ısı ya da elektrik enerjisi ihtiyaçlarını nasıl karsıladığı görülmüstür, geri ödeme süreleri incelenmistir. Anahtar kelimeler: Kojenerasyon, mikrogaztürbini, mikrotürbin, doğalgaz, biyogaz
Yöresel hayvansal atıklardan (sığır ve tavuk gübresi), şehir şebeke suyu arıtma çamuru ve şehir katı atık sızıntı sularından mikrodalga önişlemi yardımıyla anaerobik eş-sindirimle biyogaz üretiminde deneysel parametrelerin optimizasyonu
Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri, organik maddelerin anaerobik sindirim işleminin bir sonucu olan biyogaz (metan) dır. Yöresel hayvansal atıklardan (sığır ve tavuk gübresi), şehir şebeke suyu arıtma çamuru ve şehir katı atık sızıntı suları gibi hammadde kaynakları, C/N oranları belirlenip literatürde önerilen karışım oranları ile birlikte pH, sıcaklık, hidrolik tutulma süresi, organik yükleme oranı, alkalilik ve uçucu yağ asitliği gibi parametreler dikkate alınarak karıştırılmıştır. Karışım, 900 mL'si aktif kullanılan 1000 mL hacimli çift cidarlı cam reaktörde (batch tipi anaerobik sindirim ünitesi) mezofilik şartlar (35±1 °C) sunan bir su banyosu sirkülatörüne bağlanmıştır. Cam reaktöre, hava sızdırmaz şekilde 40 rpm'de çalışan bir mekanik karıştırıcı monte edilmiştir. Reaktör fermantasyona bırakılmadan önce sisteme 5 bar basıçta 2 dakika süre ile azot gazı basılmış ve oksijen sistemden uzaklaştırılarak anaerobik şartlar sağlanmıştır. Deneylerde 2, 4, 8, 12 ve 24 saat süresince elde edilen biyogazın kompozisyonu Metan (CH4), Karbondioksit (CO2), Oksijen (O2), Hidrojen (H2) ve Hidrojen Sülfür (H2S) olmuş ve Metan (CH4) oranı 24 saatlik eş-sindirim süresinde %86 olarak belirlenmiştir. En yüksek metan üretim hızı ilk 8 saatlik sürede gözlenmiş, söz konusu organik atıklarla metan (biyogaz) üretiminin mümkün olduğu belirlenmiştir. RSM (Response Surface Methodology) yöntemi kullanılarak söz konusu organik atıklar ve süre değişkenlerinin metan gazı oluşumuna etkisi incelenmiştir. Anaerobik eş-sindirim sonrası reaktörde kalan bulamaç, fermente gübre olarak adlandırılmaktadır. Fermente gübrenin ve Çankırı yöresi Eldivan ilçesi tarım toprağının kimyasal analizleri (pH, elementel bileşimi gibi) yapılarak tarımsal üretimdeki durumu incelendiğinde, fermente gübrenin 7,57 pH değeri ile tarım toprağı (ort. pH 8,033) ile yakın bir değer taşıdığı; ayrıca içerdiği %4,49 hümik fümik asit ile tarım topraklarının organik maddelerce zenginleştirilmesinde kullanılabileceği değerlendirilmektedir.
Biyogaz yakıtlı motor ile tahrik edilen süt soğutma sisteminin geliştirilmesi
Bir süt üretim çiftliğinin, temel prosesleri olarak kabul edilen süt sağım ve süt soğutma işlemleri toplam işletme maliyetinin %49'luk kısmını oluşturmasıyla, çiftliğin en önemli enerji tüketim maliyetine neden olmaktadır. Günümüzde enerji tüketim maliyetlerini azaltmanın en etkili yollarından biri yenilenebilir enerji kaynaklarından yararlanmaktır. Dolayısıyla bu alanda gerçekleştirilecek çalışmalar, elektrik enerjisi tüketiminde önemli tasarruflar sağlayabileceği gibi çiftliğin tüm elektrik ihtiyacını da karşılayabilir. Türkiye'de birçok çiftlik, hayvan atıklarını kullanmadan doğaya bırakmaktadır. Bu durum yeraltı kaynak sularının kirlenmesine, koku ve sinek oluşumuna, vb. çevresel ve sağlık problemlerine sebep olmaktadır. Tüm bu sorunların önüne geçmek için hayvansal atıkların değerlendirilmesi büyük önem arz etmektedir. Hayvan atıklarının en iyi değerlendirme yöntemlerinden biri ise çürüterek biyogaz elde edilmesidir. Bu tez çalışması kapsamında bir süt üretim çiftliğinde hayvan atıklarından elde edilen biyogaz enerjisi ile çalışan bir süt soğutma sistemi geliştirilmiştir. Oluşan metan gazının içerisinde bulunan karbondioksit, hidrojen sülfür vd. gazların filtreleme işlemleri gerçekleştirilmiş ve 10 m3 'lük membranda depolanmıştır. Depolanan biyogazın içten yanmalı gaz motorunda kullanılmasıyla oluşan tahrik kuvveti, 300 litrelik süt soğutma tankının kompresörüne aktarılarak soğutma işleminin gerçekleştirilmesi sağlanmıştır. Sistemin sayısal hesaplamaları Java programlama dili kullanılarak geliştirilen bir matematiksel modelleme çalışması yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Yapılan deneysel çalışmalarda ise ilk sağımda 35 oC'deki 150 litre sütün +4 oC 'ye 1 saat 50 dakikada soğuturken, son sağımda 300 litre sütün sıcaklığının ortalama 2 saat 5 dakika içinde 19 ⁰C'den 4 ⁰C'ye düştüğü gözlemlenmiştir. Ayrıca soğutulan sütten alınan numunelerin mikrobiyal analizleri yapılmış ve oluşan koloni sayısının ortalama 2,1 x 104 koloni/ml (log_104,32) olduğu tespit edilmiştir. Yapılan çalışma sonucunda biyogaz ile süt soğutma işleminin, TS EN 13732 numaralı Türk Standardına uygun olduğu ve çiftliğin enerji tüketimini önemli ölçüde azalttığı açıkça görülmüştür.
Organomineral fertilizer phosphorus availability in a calcareous soil
This MSc Thesis aimed to test the role of organomineral fertilizers, which have become widespread in recent years, on the phosphorus (P) use efficiency. For this purpose, an incubation test and a pot experiment were carried out to see the effect of P in organomineral fertilizer (OMF) prepared by mixing the mineral fertilizer (MF) source P with the organic fertilizer (OF) from the biogas plant on the availability of P in soil and on the nutrition of the wheat plant. In both experiments, increasing rates of OMF-P were applied to the same depth (6 cm below the surface) and compared with the triple super phosphate (TSP) fertilizer applied to the same area. In the incubation experiment, the soils were sampled twice, on the 45th and 90th days. Olsen P, an indicator of P availability in calcareous soils, was measured in homogenized soils. In the pot experiment, two samples were made during the tillering and maturation periods. During the tillering period, the whole plant was sampled, and at the maturity harvest, two separate samples were taken plant stubble and grain. Phosphorus, nitrogen (N), and potassium (K) concentrations were measured in plant samples. The content and uptake values per pot were calculated for each nutrient by multiplying these with dry weights. As a result of the incubation experiment, it was observed that the Olsen P contents of the soils treated with the OMF-P were higher at both sampling times than those with the MF-P. In line with this, both the P concentration in the shoots and the P uptake per pot were higher in the plants treated with the OMF-P in the plant samples of the tillering period. A similar trend was observed for P content in grains and total P uptake at maturity harvest. There were no definite results for N and K that the presence of organic fertilizers improved the N and K nutrition of the plants. In general, the P application increased N and K contents in the grain, and when total uptakes were considered, N uptake increased, but no effect on K was observed. However, there is still a need to compare the results with those obtained under field conditions.
The effect of straw and blood on biogas production with cow manure
One of the most important factors of industrilization and development is energy. Biogas energy has important potential to be used for supporting energy needs of countries. Biogas consists of methane (CH4) 55-65%, carbon dioxide (CO2) 35- 45%, with the balance being made up of nitrogen (N2), hydrogen (H2) and hydrogen sulphide (H2S). In this study, description and formation of biogas, which is an alternative energy source, are explained and an experimental batch type biogas system is designed to investigate the biogas production at the different experiments. The system consists of one or more digester tanks, a gas holder, a compressor, a mixer, an arrangement of gas pipes, a burner to burn the collected gas. The objective of this project is to build a small scale ?Batch? anaerobic digester and operate with cow wastes and make some experiments to see the effect of mixing and temperature and the dilution of the manure on biogas production. The experiments were conducted at a controled temperature of 28 ± 2 oC. Results showed that the mixed digester produced maximum biogas about 3,115 ± 0,034 m3 from 10 lt fresh-waste and the minumum biogas production was obtained about 2,152 ± 0,049 m3 when the maximum lag time was 57 days at the minumum temperature 20 ± 2 oC. Keywords: Biogas, Anaerobic, Waste, Renewable Energy
Kümes hayvanı atıklarından elde edilen biyogazın benzinli motorlarda kullanılabilirliğinin incelenmesi.
Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri de atık ürünün işlenmesi ile elde edilmekte olan biyogazdır. Biyogaz ile organik atıkların bertarafı sağlanırken beraberinde enerji de üretilebilmektedir. Farklı enerji kaynaklarından elde edilen biyogaz, aynı zamanda tavuk gübresinden de elde edilebilmekte olup, önemli bir alternatif enerji kaynağı olarak değerlendirilebilir.Biyogaz, biyokütlenin havasız ortamda çeşitli bakteri gruplarının faaliyetleri sonucunda üretilmekte olan bir gazdır. İlk elde edilen biyogaz % 40 ? 70 metan (CH4), % 30 ? 60 karbondioksit (CO2), nem ve eser miktarda hidrojen sülfür (H2S) içerir. Biyogazın içerisinde CO2 ve H2S'in varlığı biyogazın kullanımını olumsuz yönde etkiler.Büyük kapasiteli tesislerde üretilen biyogaz arıtıldıktan sonra direkt olarak doğalgaz sistemine beslenebilir, elektrik üretiminde ve taşıt yakıtı olarak kullanılabilir.
Bolu'daki tavuk çiftliklerinin biyogaz kapasitesinin araştırılması
Dünyamızda enerji ihtiyacı her yıl artmaktadır. Buna karşılık, bu ihtiyacı karşılayan fosil yakıt rezervi ise çok daha hızlı bir şekilde azalmaktadır. Fosil yakıtlardan elde edilen enerjinin azalması, ekonomik olarak kullanıma uygun teknolojilerle yenilenebilir enerji kaynaklarından yararlanılması gerekliliğini ortaya koymaktadır. Belirtilen bu yenilenebilir enerji kaynaklarından biri de biyogazdır. Farklı enerji kaynaklarından elde edilen biyogaz, aynı zamanda tavuk gübresinden de elde edilebilmekte olup, önemli bir alternatif enerji kaynağı olarak değerlendirilebilir. Ayrıca, biyogaz üretimi ile gelişi güzel atılan ve çevreye büyük zararlar veren tavuk gübresi fermente gübre haline dönüştürülebilir.Yapılan bu çalışmada Türkiye'nin piliç yetiştiriciliğinde en çok üretim yapılan Bolu ilinin gübre atıklarının biyogaz olarak değerlendirilmesi araştırıldı. Mevcut verilerden faydalanılarak 2050 yılına kadar Doğrusal Denklem, Box-Jenkins ARIMA modeli ve SPSS paket programı yöntemleri ile tavuk sayısı için istatistiksel tahminlerde bulunuldu. Tahminlerin ortalaması alınıp 2010 yılında 2050 yılına kadar 5'er yıllık periyotlar için sırasıyla 76867-95170-113308-131447-149585-167723-185861-204000-222138 bin m3/yıl biyogaz üretilebileceği bulundu. Atıkların değerlendirilmesi ile 2010 yılında 2050 yılına kadar 5'er yıllık periyotlar için sırasıyla 461205-571019-679850-788679-897508-1006338-1115168-1223997-1332827 MWh enerji kazanılacağı hesaplandı.
Biyogaz, güneş ve toprak enerjisi kaynaklı sera ısıtmasının araştırılması
Bu çalışmada amaç, biyogaz, güneş ve toprak enerjisi kaynaklı sera ısıtmasının Elazığ şartlarında kullanımını araştırmaktır. Bu amaçla biyogaz destekli, güneş enerjili ve yatay helezon (slinky) toprak ısı değiştiricili bir ısı pompası sistemi tasarlanarak kurulmuştur. Sistemin Elazığ iklim şartlarında sera ısıtmasında kullanımı deneysel olarak incelenmiştir.Çalışmada, yenilenebilir enerji kaynaklarından enerjinin elde edilmesi ve sera ısıtmasında kullanımından bahsedilmiştir. Elazığ şartlarında biyogaz, güneş ve toprak enerjisi kaynaklarıyla desteklenen seranın ısıtması gerçekleştirilmiştir. Üretilen biyogazın yakılması ve ısı pompası uygulaması yapılarak ısıtma gerçekleştirilmiştir. Çalışmada ısı pompası sisteminde kullanılacak elemanların, biyogaz tesisinin tasarım ve imalatları yapılarak, kurulumları yapılmıştır. Söz konusu alternatif enerji kaynaklarıyla ısıtılacak sera kurulmuş, ısı kayıp ve kazançları hesaplanarak seranın gerekli ısıtma yükü belirlenmiştir. Güneşli ve güneşsiz şartlarda sistemlerin performanslarını hesaplamak için, sistemin değişik noktalarından sıcaklık ölçümleri yapılmıştır. Deneysel çalışma sonucundaki verilerle elde edilen değerler ışığında performanslar grafiklerle gösterilmiştir.Bu çalışmada güneş enerjisinin sera ısıtmasında kullanım uygulamalarına da yer verilmiştir. Ancak güneş enerjisinin elde edildiği zamanlar ile yüksek ısıl yüklerin mevcut olduğu zamanlar genellikle birbirine uymadığından güneş enerjisinin kullanımı pek fazla mümkün olmamıştır.Ayrıca toprak altındaki ısı değiştiricisinde dolaşan suya ısı geçişi toprak özelliklerini değiştirmektedir. Bu sebeplerden dolayı toprağın ısıl performansı zamanla azalmaktadır. Özellikle gece saatlerinde ısıl yükler çok fazla artmaktadır. Biyogazla ısıtma sistemi bu gibi durumlarda tek başına veya yardımcı sistem olarak tasarlanmış ve kullanılmıştır.Seranın ısı kayıpları, topraktan ve güneşten alınan ısı miktarları ve ısıl enerji deposunda depolanmış halde bulunan enerji değerleri hesaplanmış ve grafiklerde verilmiştir. Elazığ iklim şartlarında alternatif enerji kaynaklarının kullanımı ile sera ısıtmanın mümkün olduğu tespit edilmiştir.
Güneş enerjili, ısı kontrollü ve faz değiştiren elemanlı biyogaz tesisinin tasarımı
Günümüzde, yenilenebilir enerji kaynaklarının uygulanabilirliğinin geliştirilmesi üzerine çok yönlü çalışmalar yapılmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının başında güneş enerjisi gelmektedir. Güneş enerjisinin biyogaz üretiminde kullanılabilirliği son zamanlarda büyük önem kazanmıştır. Bizim çalışmamızda güneş enerjisiyle çalışan bir biyogaz reaktörü geliştirilmiştir. Reaktör, iç içe geçmiş üç kapalı silindir gibi düşünülmüştür ve dış yüzeyi cam yünü ile yalıtılmıştır. Bu silindirlerden en içteki, gaz elde etmek için hayvan küspesinin konulduğu şartlandırma odasıdır. Orta bölümdeki silindir; fermantasyon sıcaklığı için sıcak suyun geçtiği alandır. Sıcak su; 4 m" yüzey alanına sahip, zorlanmış konveksiyonla çalışan, kapalı devre güneş kollektöründen sağlanmaktadır. En dıştaki silindir ise; güneş ışınlarının olmadığı saatlerde, şartlandırma odasına ısı aktaracak, ısının depolandığı bölümdür. Isı depolamak için faz değiştiren materyal (FDM) kullanılmıştır. Faz değiştiren materyal olarak kalsiyum klorür hegzahidrat, yüksek özgül ısısı nedeniyle tercih edilmiştir. Ayrıca sistem, şartlandırma odasında 32 °C (fermantasyon) sıcaklık sağlamak için sıcak suyun hacimsel debisini ayarlayan bir kontrol ünitesiyle desteklenmiştir. Deneyler sonucunda, uygun fermantasyon sıcaklığıyla ve faz değiştiren elemanın desteğiyle biyogaz üretim süresinin önemli ölçüde kısaldığı görülmüştür.Anahtar kelimeler: Biyogaz, Faz değiştiren eleman, Güneş enerjisi
Biyogaz üretiminde kullanılan buğday samanının NaOH yerine Van gölü suyu ile ön muamelesinin değerlendirilmesi
Biyogaz üretiminde kullanılan substratlardan sindirimi zor olan lignoselülozik materyaller reaktör performansını olumsuz etkilemektedir. Bunların sindirimini kolaylaştırarak reaktör performansını arttırmak amacıyla çeşitli ön muamele yöntemleri uygulanır. Bu yöntemlerden biri olan alkali yöntemde, biyokütle (substrat) sodyum hidroksit gibi bazik bir çözelti ile ön muamele işlemine tabi tutulur. Bu çalışmada, lignoselülozik materyal olarak bölgede temini kolay ve bol bulunan buğday samanı tercih edilmiştir. Van Gölü suyunun, yüksek alkali özelliğe sahip olması nedeni ile NaOH'a alternatif olarak kullanılabilirliği bu kapsamda incelenmiştir. Ön muamele işleminde, buğday samanı beş gün boyunca NaOH'a (R4, R5, R6) ve Van Gölü suyuna (R1, R2, R3) maruz bırakılmış ve ardından aşı çamuru ile birleştirilerek biyogaz çıkışı sonlanana kadar izlenmiştir. Çıkan gaz miktarları R1= 2094,50 mL CH 4 , R2= 2171,97 mL CH 4 , R3= 481,22 mL CH 4 , R4= 325,66 mLCH4, R5= 2623,81 mLCH4, R6= 809,69 mLCH 4 olarak kaydedilmiştir.Verilere göre Van Gölü suyu, beklendiği gibi NaOH'a yakın bir performans sergilemiştir. Bu çalışma kapsamında yapılan ekonomik değerlendirmeye göre yapılmıştır. Biyogaz üretimi için lignoselülozik bir substrat olan buğday samanının ön muamelesinde Van Gölü suyunun, NaOH yerine kullanılmasının ekonomik olduğu sonucuna varılmıştır.
Biyogazdan enerji üretiminin çevresel etkilerinin yaşam döngüsü değerlendirmesi yöntemiyle belirlenmesi
Bu çalışmada, biyogazdan elektrik enerjisi üretimi sırasında oluşan çevresel etkinin değerlendirilmesi amaçlanmış ve bu amaç için Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi yaklaşımı uygulanmıştır. Biyogaz üretim prosesi olarak, büyükbaş hayvan atıkları ve bitkisel atıkların karışık olarak anaerobik fermantasyonu ele alınmıştır. Fonksiyonel birim, 1 kWh elektrik üretimi olarak belirlenmiş, sistem sınırları ise "beşikten kapıya" olarak uygulanmıştır. Envanter aşaması için ön plan veriler gerçek bir tesisten ve literatürden sağlanırken arka plan veriler için ecoinvent veri tabanı kullanılmıştır. LCA hesaplamaları, lisanslı SimaPro 9.1 yazılımı kullanılarak ReCiPe 2016 Midpoint metodu ile metodun içerdiği 13 etki kategorisi için yapılmıştır. Pilot tesisin işleyişine alternatif olarak tesiste tamamen bitkisel atık kullanılması, tamamen hayvansal atık kullanılması ve biyogazın biyometana dönüştürülmesi senaryoları da alternatif uygulamalar olarak değerlendirilmiştir. Karakterizasyon sonuçları genel olarak negatif değerlerde elde edilmiştir. Negatif değerler atık ısının tesiste kullanılması ve katı fermente ürünün gübre olarak satışından kaynaklanmaktadır. Mevcut sistem ve alternatifler karşılaştırıldığında ise, karışık atık uygulamasının olduğu mevcut durumun %100 bitkisel veya %100 hayvansal atık uygulamalarına göre net fayda açısından daha yüksek değerde olduğu, biyometan uygulamasının ise çevresel anlamda çok büyük kazanımlar sağlamadığı görülmüştür.