Atik su aritma tesislerinde hidrojen amonyak ve biyogaz üretimi için akilli şebekelerin ve yenilenebilir hibrit sistemlerin dairesel karbon ekonomisine entegrasyonu

Bu tez çalışmasında; Diyarbakır'da yer alan bir atık su arıtma tesisinin enerji pozitif bir yapıya dönüştürülmesine yönelik olarak hibrit bir enerji sisteminin teknik, ekonomik ve çevresel açılardan uygulanabilirliği kapsamlı şekilde değerlendirilmiştir. Sürdürülebilir kalkınma hedefleri doğrultusunda, tesisin enerji ihtiyacını karşılamanın ötesinde, aynı zamanda yeşil hidrojen ve yeşil amonyak gibi temiz enerji taşıyıcılarının üretimini gerçekleştiren çok bileşenli bir sistem modeli oluşturulmuştur. Bu kapsamda; biyogaz jeneratörü, elektrolizör, hidrojen tankı, amonyak üretim ünitesi, NH₃ cracker ve enerji dönüştürücü sistemler bir araya getirilmiş; modelleme ve optimizasyon işlemleri HOMER Pro yazılımı aracılığıyla gerçekleştirilmiştir. Başlangıç aşamasında sistem tasarımına fotovoltaik modüller dahil edilmiş olmasına rağmen, HOMER Pro simülasyonları sonucunda bu bileşenin toplam sistem maliyetine kıyasla sınırlı üretim katkısı sunduğu belirlenmiş ve ekonomik açıdan optimal yapıdan çıkarılması uygun görülmüştür. Nihai sistem konfigürasyonu, üretim kaynakları olarak biyogaz ve şebeke destekli elektrik kullanımına, dönüşüm süreci olarak ise elektroliz ve amonyak sentezine dayanmaktadır. Elektrolizör, sistemdeki fazla enerjinin hidrojen formunda depolanmasını sağlarken, amonyak üretim ünitesi bu hidrojeni azotla sentezleyerek enerji taşıyıcısı olarak kullanılabilecek kimyasal bir forma dönüştürmüştür. NH₃ cracker modülü ise gerektiğinde bu amonyağı geri çözerek elektrik üretimine katkı sağlamıştır. Sistemin enerji yönetimi performansı, yük profiline tam uyum sağlayacak şekilde modellenmiş; üretim-tüketim dengesi kesintisiz bir yapı içerisinde korunmuştur. Enerji dönüşüm bileşenlerinin yüksek verimlilikle çalışması, sistemin kararlılığını artırmış ve elektriksel sürekliliğin sağlanmasına olanak tanımıştır. Özellikle inverter modülü ile enerji akışı DC'den AC'ye etkin şekilde dönüştürülmüş; şebeke bağlantısı sayesinde sistem hem dış kaynaklardan destek alabilmiş hem de fazla enerjiyi şebekeye aktarabilmiştir. Ekonomik değerlendirme sonuçlarına göre, sistem yüksek teknolojiye dayalı olmasına rağmen uzun vadede maliyet etkin bir yapı sunmaktadır. İlk yatırım maliyetleri, zaman içerisinde işletme, yakıt ve bakım giderlerinin dengelenmesiyle sürdürülebilir bir düzeye çekilmiştir. Ayrıca, sistemin enerji fazlasını şebekeye satabilmesi ekonomik açıdan olumlu bir geri dönüş sağlamaktadır. Çevresel etkiler bakımından sistemin en dikkat çekici yönü, karbon ayak izini azaltmaya yönelik döngüsel bir yapı oluşturmasıdır. Biyogazın atık organik maddelerden elde edilmesi, çevresel yükü azaltmış; hidrojen ve amonyağın temiz yakıtlar olarak kullanılması da sera gazı emisyonlarının kontrol altına alınmasını sağlamıştır. Bu sayede hem çevreye duyarlı bir enerji üretim süreci gerçekleştirilmiş hem de atıkların enerjiye dönüştürüldüğü döngüsel karbon ekonomisi desteklenmiştir.