Biyogaz Üretimi_Oksijensiz Parçalanma_Mevcut_Durum_Raporu_YU

Oksijensiz Parçalanma Yöntemi ile Biyogaz
Üretimi
Mevcut Durum Analizi ve Gelecek
Perspektifi
YAŞAR ÜNİVERSİTESİ
Kasım 2019
Hazırlayan: BAŞAR ÇAĞLAR

Table of Contents
1 GİRİŞ ............................................................................................................................... 1
2 OKSİJENSİZ PARÇALANMA ............................................................................................... 1
2.1 Oksijensiz Parçalanma Nedir? .............................................................................................. 1
2.2 Oksijensiz Parçalamanın Biyokimyasal Temelleri ................................................................. 2
2.3 Oksijensiz Parçalanmada Kullanılan Hammaddeler ve Özellikleri ......................................... 4
2.4 Oksijensiz Parçalanma Prosesini Etkileyen Faktörler ............................................................ 5
2.4.1 Elektron Alıcılar ..................................................................................................................................... 5
2.4.2 Sıcaklık .................................................................................................................................................. 6
2.4.3 İnhibitörler ............................................................................................................................................ 6
2.5 OP Prosesi Reaktör Teknolojileri .......................................................................................... 7
2.5.1 WABIO – Vaasa Prosesi 6 ....................................................................................................................... 9
2.5.2 DUT Prosesi 6 ......................................................................................................................................... 9
2.5.3 WABIO Prosesi 6 ................................................................................................................................... 10
2.5.4 Farmatic BioTech Prosesi 6 .................................................................................................................. 10
2.5.5 Bigadan Prosesi 6 ................................................................................................................................. 11
2.5.6 Valorga Proses 6 ................................................................................................................................... 11
2.6 OP Proses Entegrasyonu .................................................................................................... 12
2.7 Özet ve Genel Bakış ........................................................................................................... 12
3 OP Prosesine Yönelik Araştırma İstatistikleri ................................................................. 13
4 Biyogaz ve Biyometan Tesislerine Yönelik İstatistikler ................................................... 15
4.1 Avrupa Ülkeleri’nde Biyogaz ve Biyometan 8 ...................................................................... 16
4.2 Amerika Birleşik Devletleri’nde Biyogaz ve Biyometan 9 ..................................................... 22
4.3 Türkiye’de Biyogaz ve Biyometan 10 .................................................................................... 22
5 Oksijensiz Parçalamanın Önemi 11 .................................................................................. 23
5.1 Yenilenebilir Enerji Üretimi ................................................................................................ 23
5.2 İklim Değişikliği .................................................................................................................. 23
5.3 Döngüsel Ekonomi 12 .......................................................................................................... 23
5.4 Gıda Güvenliği ................................................................................................................... 24
5.5 Sağlık ................................................................................................................................. 24
5.6 Ekonomik Gelişim .............................................................................................................. 24
6 Güncel Durum ve Gelecek Perspektifi 1 ........................................................................... 24
7 SONUÇ .......................................................................................................................... 25

1 GİRİŞ
Bu rapor oksijensiz parçalanma (OP) yöntemi ve prosesine yönelik temel bilgilendirme vermek,
mevcut durumu ve geleceğe dair beklentileri özetlemek için hazırlanmıştır. Raporda öncelikle OP
yöntemi, OP prosesi, proses parametreleri, reaktörler, sistemler, ekipmanlar, mevcut teknikler ve
teknolojileri anlatılacaktır. Daha sonra konuya dair yapılan araştırmalar, OP prosesi ile gaz ve
metan eldesini sağlayan biyogaz ve biyometan gelişimine yönelik istatistikler sunulacak ve OP
prosesinin önemi anlatılacaktır. Son bölümde ise mevcut durum ve gelecek perspektifi sunulacak
ve rapor sonuçlandırılacaktır.
2 OKSİJENSİZ PARÇALANMA
2.1 Oksijensiz Parçalanma Nedir?
Oksijensiz parçalanma (OP) yada sindirim organik karbon içeren bileşiklerin mikroorganizmalar
tarafından birbirini takip eden oksitlenme ve indirgenme reaksiyonları sonucunda karbon dioksit
(CO2) ve metan (CH4) gazlarına dönüştürme prosesidir. Bu biyolojik bozunma süreci birçok
mikroorganizma sinerjik faaliyetleri ile oksijen yokluğunda gerçekleşmektedir. OP prosesi
endüstriyel boyutta organik kalıntıların değerlendirilmesi için kullanılmaktadır. Biyolojik atıklar,
tarımsal ve endüstriyel organik atıklar herhangi bir muameleye tabi olmadan biyolojik gübre
olarak kullanılmakta ya da katı atık depolama sahalarında depolanmaktadır. Bu atıkların OP
prosesi ile muamele edilmesi hem biyogaz formunda enerji elde edilmesini hem de toprak
kalitesini arttırıcı gübre üretilmesini sağlamaktadır. Başka bir deyişle OP prosesi ile organik
atıkların içerisindeki enerji potansiyeli gaz olarak çıkarılmakta, geriye kalan katı atık toprağa
istenen humus ve besinleri aktarmaktadır 1 .
Oksijensiz parçalanma oksijen, nitrat, sülfat gibi elektron alıcıların ve ışığın limitli olduğu
koşullarda ve ortamda su ve karbon açısından zengin bir atık bulunduğunda gerçekleşir. Bu
işlemin gerçekleşmesi uygun doğal ortamlar sulak araziler, pirinç çeltikleri, hayvan işkembeleri ve
böceklerin bulunduğu yerlerdir 2 . OP prosesi sonucunda hacimce %50-70 arasında metan gazı ,
hacimce %30-50 arasında karbon dioksit, eser miktarda su, hidrojen ve hidrojen sülfür
oluşmaktadır. Konsantrasyona bağlı oluşan gaz karışımı kombine çevrim santrallerinde ısı ve
elektrik üretmek için ya da kirleticilerinden (ör. H2S, H2O) arındırılıp metan konsantrasyonu
arttırılarak doğalgaz hattına beslenebilinir.
Gaz üretimi oksijensiz parçalama prosesinin ana motivasyonu olmadığı birçok uygulama
mevcuttur. Bunun en büyük nedeni doğalgaz fiyatlarının biyogaza göre daha ucuz olmasıdır. Çok
özel durumlar ve devlet destekleri (ör. Almanya ve İsveç gibi ülkelerde olduğu gibi) olması dışında
OP prosesiyle metan üretimi fiyat açısından rekabetçi olamamıştır. OP prosesindeki ana
motivasyon atık yönetimidir. Buna en iyi örnek olarak atık su arıtma tesislerindeki büyük miktarda
atık su çamurunun değerlendirilmesi gösterile bilinir. Atık su çamuru normalde merkezi yakma
tesislerinde (centralized incineration plants) yakılmaktadır. Atık su çamurunun biyolojik olarak
parçalanan kısmının OP prosesi ile dönüşüme uğratılması sayesinde çamurun büyük kısmının
yakma tesisine götürülme masraflarının ortadan kalkması ve su oranının ciddi oranda azalması
1

sayesinde yakma maliyetleri ciddi oranda azalmaktadır. Bunun yanında OP prosesi sayesinde elde
edilen gübre sayesinde tarım faaliyetlerinde kullanılacak toprak zenginleştirilmektedir.
2.2 Oksijensiz Parçalamanın Biyokimyasal Temelleri
Elektron alıcı bir maddenin olmadığı ortamlarda (ör. Oksijensiz ortamlar) mikroorganizmalar
organik bileşikleri parçalarlar. Parçalanma sırasında organik bileşikler kendi arasında elektron alıp
vererek daha küçük moleküllere dönüşür. OP prosesi sırasında öncelikle karbonhidrat, yağ ve
protein gibi organik polimerik yapılar hidrolize uğrayarak daha monomerlere dönüşür. Oluşan
momonerler asitogenik bakteri sayesinde uçucu yağ asitlerine (ör. Asetik, propionik ve butrik
asitler), karbondioksit, hidrojen, alkoller ve organik asitlere dönüşürler. Parçalanan organik atık
içerisinde protein var ise parçalanma sonucunda amonyak (NH3) da oluşur. Oluşan bu ara
bileşikler asetogenik bakteri eşliğinde daha sonra asetat ve hidrojene parçalanır. Oluşan asetat
ve hidrojen metan oluşumunu sağlayan metanogenik arkelerin (ya da bakterilerin) temel besin
kaynağıdır. Bu bakterilerin faaliyetleri sonusunda CH4 ve CO2 gazları oluşur. Bu anlatımdan
anlaşıldığı üzere OP prosesi farklı bakteri türleri eşliğinde gerçekleşen çok aşamalı bir prosestir.
Oksijensiz parçalama işleminin aşamaları Şekil 1’de gösterilmektedir.
Şekil 1: Oksijensiz Parçalama ’da yer alan dönüşüm reaksiyonlarının basitleştirilmiş gösterimi 2
Oksijensiz parçalama reaksiyonları ve yer alan bakterilerin tam olarak belirlemek oldukça zordur.
Çok sayıda karmaşık reaksiyon farklı bakteriler eşliğinde gerçekleşmektedir. Genelde bu çok
sayıda karmaşık reaksiyonu modellemek için basitleştirme yapılmaktadır. En basit haliyle
oksijensiz parçalanma işlemi en yavaş 2 reaksiyon üzerinden tanımla bilinir: (i) Hidroliz ve (ii)
Metanogenez 2 . Hidroliz aşamasında büyük organik moleküller (karbonhidrtalar, yağlar ve
proteinler) parçalanarak monomerlere (monosakkaritler, aminoasitler, yağ asitleri) dönüşür. Bu
reaksiyonun hızı doğru orantılı olarak biyolojik olarak parçalanabilecek bileşiklerin
konsantrasyonuna bağlıdır. Makromoleküller monomerlere dönüştükten sonra metanogenez
reaksiyonu ile beraber önce asetat ve hidrojene daha sonra da CH4 ve CO2 gazlarına dönüşür. Bu
prosesi mikrobiyal büyüme prosesi olarak değerlendirebiliriz. Asetogenik ve metanogenik
bakaterileri büyürken monomerleri en son metan ve karbon dioksite dönüştürmektedir.
2

OP prosesinin genel kimyasal reaksiyonu aşağıdaki genel kimyasal denklemi ile gösterile bilinir:
C " H $ O & N ( → * " + + $ - − /( - − & 0 1 CH 0 + * " + + $ - − 2( - − & 0 1 CO + + NH 0 HCO / + * $ 0 − c − 4( 0 +
&
+ 1 H +O
(Eşitlik 1)
Eşitlik 1’de görüldüğü üzere organik atık içerisindeki azot miktarı arttıkça oluşan amonyum
bikarbonat (NH 0 HCO / ) miktarı da artmaktadır. Amonyum bikarbonat miktarının artması görece
oluşan asidik karbon dioksit miktarının azalmasını sağlamakta ve alkalin karakteri sayesinde
ortamın pH değerini nötr olan 7 seviyesine yaklaştırmaktadır. OP prosesinin kararlı bir şekilde
sürmesi için pH seviyesinin 7’de kalması önemlidir.
OP prosesi sonucunda oluşan gaz kompozisyonun belirlenmesi için organik atığın elemental
kompozisyonun belirlenmesi gerekmektedir. Organik atığın elementel kompozisyonun
belirlenmesi için 3 standart yöntem kullanılmaktadır: (i) Kimyasal oksijen ihtiyacının belirlenmesi
(COD gO2/kg), (ii) Organik kuru madde miktarının belirlenmesi (ODM gODM/kg), (iii) Organik azot
miktarının belirlenmesi (Norg gN/kg). Eşitlik 1’de gösterilen atık organik katının molekül
formülündeki c değeri 1 alınırsa h,o ve n değerlerinin COD, ODM ve Norg bağlı olarak hesaplanma
denklemleri aşağıda gösterilmektedir:
h =
/7-89:;470< =>?
0@89:AB0< =>? ;CC+9:D
(Denklem 1)
o = ++09:DA2B89:A/70< =>?
0@89:AB0< =>? ;CC+9:D
(Denklem 2)
n =
/2+< =>?
0@89:AB0< =>? ;CC+9:D
(Denklem 3)
Denklem 1-3 kullanılarak hesaplanan h,o ve n değerlerinden Eşitlik 1’de gösterilen katsayılar
kullanılarak 1 mol organik atık için ne kadar CH4 ve CO2 gazları oluşacağı hesaplanabilir. Bu
değerler kullanılarak CH4 ve CO2 gazlarının kendi arasındaki yüzdece konsantrasyonları denklem
4 ve 5 kullanılarak bulunur:
%CH 0 =
%CO + =
( HIJ
( HIJ ;( HKL
(Denklem 4)
( HKL
( HIJ ;( HKL
(Denklem 5).
Bu denklemlerde n 8M0 ve n 89+ metan ve karbon dioksit gazlarının 1 mol organik başına
değerlerini göstermektedirler. Eşitlik 1’de gösterilen katsayılar kullanılarak birim kg katı atık için
kaç L ya da m 3 gaz üretileceği de denklem 6 kullanılarak hesaplanabilir:
Biogas * T
1 = 9:D
(1 − n)NVMG (Denklem 6)
UV C+;$;CB&;C0(
3

Bu denklemde NVMG standart koşullarda (0°C ve 1 atm) 1 mol gazın kapladığı hacimdir (22.4
L/mol). COD, ODM ve Norg değerlerine göre yapılan örnek hesaplama sonuçları Şekil 2’de
gösterilmektedir.
Şekil 2: Organik atığın analiz sonuçlarına göre elementlerin kompozisyonun, çıkan gazların konsantrasyonunun ve kg organik atık
başına elde edilecek biyogaz miktarını gösteren hesaplama sonuçları 2
2.3 Oksijensiz Parçalanmada Kullanılan Hammaddeler ve Özellikleri
OP prosesi için çok farklı hammadde kullanıla bilinir. Her birinden elde edilecek biyogaz miktarı
ve metan konsantrasyonu değişmektedir. Tablo 1’de farklı hammaddelerin TDM, ODM, Norg ve
COD değerleri ve bunlardan elde edilen biogaz miktarları ve metan konsantrasyonları
gösterilmektedir. Tablodan görüldüğü gibi farklı atıkların biyo parçalanabilirliği ve dolayısıyla
hidroliz kinetikleri ve buna bağlı olarak biyogaz oluşma miktarları farklıdır. Domuz dışkısı (ya da
gübresi) halihazırda zaten domuz bağırsağında oksijensiz parçalanmaya uğradığı için biyo
parçalanbilirliği oldukça düşüktür. Ayrıca yüksek azot içeriği nedeniyle OP sırasında inhibitör olan
amonyak oluşumuna sebebiyet vermektedir. Benzer bir şekilde atık su çamuru atık su arıtma
esnasında kimyasal ve biyolojik muamelerden geçtiği için biyo parçalanabilirliği düşüktür. Atık su
çamuru atık su biyolojik muamelesinden önce alınırsa o zaman içerdiği organik miktarı ve biyo
parçalanabilirliği yüksek olur. Dolayısıyla biyogaz oluşturma potansiyeli de yüksek olur. Önceki 2
örnekten farklı olarak Tablo 1’den görüldüğü gibi mikrobiyal parçalanmaya uğramamış olan
atıklar olan organik belediye katı atıkları ve mısır bitkisi atıkları yüksek biyo parçalanabilirliğe ve
yüksek biyogaz potansiyeline (100-200 m 3 /ton atık) sahiptir.
Atıkların aynı anda OP prosesi ile biyogaza dönüştürülmesi de mümkündür ve buna eşzamanlı
parçalama (EP-codigestion) denmektedir. EP daha çok düşük gaz potansiyeline sahip atıklarla
yüksek potansiyele sahip atıkların beraber parçalanması için kullanılmaktadır. EP prosesinin
avantajlarını aşağıdaki gibi sıralayabiliriz:
4

• Farklı atıkların karıştırılmasıyla atıkların besin içeriği, su içeriği ve alkalin konsantrasyonu
gibi özellikleri optimize edile bilinir.
• Daha kolay parçalanabilen atıkların karıştırılmasıyla reaktör içindeki çamurun
karıştırılması için harcanan elektrik miktarı azaltıla bilinir.
• Daha büyük reaktörler kullanılarak farklı atıkların eş zamanlı parçalanması ile üretim
maliyetleri düşürüle bilinir.
Tablo 1: OP prosesinde kullanılan atıkların özellikleri 2–5
Atık Türü
TDM
(g/kg)
ODM
(g/kg)
N (g/kg)
COD
(g/kg)
Biyo
parçalanabilirlik
(%)
Biyogaz
(L/kg)
CH 4 Konsantrasyonu
(%)
Domuz
Gübresi
Belediye Katı
Atıkları
Organik
Belediye Katı
Atıkları
Kesimhane
Atıkları
Mısır Bitkisi
Atıkları
200 160 7.0 176 20 23 57
300 240 1.8 264 25 48 52
300 270 3.0 297 50 106 53
200 180 6.0 260 80 118 66
400 360 1.2 396 80 231 51
Çim 350 315 1.1 347 60 151 52
Atık
Çamuru
Su
50 45 1.2 50 35 12 55
Gıda Atıkları 300 270 2.5 351 75 169 58
2.4 Oksijensiz Parçalanma Prosesini Etkileyen Faktörler
Elektron alıcı (acceptor), sıcaklık ve inhibitörler OP prosesini etkileyen temel faktörlerdir.
2.4.1 Elektron Alıcılar
Elektron alıcıların varlığında OP prosesinde yan ürünler oluşmaktadır. Oksijen önemli bir elektron
alıcı olmasına rağmen OP prosesinde reaktör içerisinde bulunan sulu çamur içerisindeki
çözünürlüğü oldukça düşüktür (8 mgO2/L) ve bu miktar çamurun içerisindeki organik karbon
miktarına görece çok az kalmaktadır. Bu sebeple oksijenin OP prosesi üzerindeki etkisi oldukça
düşüktür. OP prosesini etkileyebilecek elektron alıcılar nitrat, nitrit gibi oksitlenmiş azot bileşikleri
ve sülfat gibi kükürt içeren bileşiklerdir. Sülfat bileşikleri OP prosesi sırasında organik karbonu
oksitleyerek hidrojen sülfür (H2S) gazına dönüşür. Tipik bir OP prosesi sonucunda açığa çıkan H2S
gazının konsantrasyonu hacimce 100 ppm (milyonda bir) ile %1-2 seviyesi arasındadır. Biyogaz
içerisindeki H2S gazı eğer biyogaz ısı üretmek amacıyla kazanlarda kullanılacaksa sülfürik asite
5

dönüşmekte ve kazanın korozyona uğramasına sebep olmaktadır. Bu nedenle H2S gazının oluşan
biyogaz içerisinden ayrılması gerekmektedir.
2.4.2 Sıcaklık
OP prosesi kullanılacak mikroorganizma türüne üç farklı sıcaklık rejiminde çalıştıra bilinir: (i)
Psikrofil Sıcaklık (4-15°C), (ii) Mezofil (20-40°C), (iii) Termofil (45-65°C). OP prosesi genellikle
mezofil ve termofil sıcaklıklarda çalıştırılmaktadır. Sıcaklık OP reaksiyonlarının hızını arttırdığı için
yüksek sıcaklıkta daha yüksek dönüşüm oranlarını ulaşılır. Fakat belli bir sıcaklık değerinin üzerine
çıkıldığında OP reaksiyonların gerçekleşmesini sağlayan mikroorganizmaların sayısı sıcaklıktan
olumsuz etkilenerek azalmaya başlayacağından reaksiyon hızı da düşmektedir. Bu nedenle OP
prosesi kullanılan mikroorganizmaya göre optimum sıcaklıklarda en yüksek verimle çalışır.
Mezofilik organizmalar için optimum sıcaklık 35°C, termofilik organizmalar için ise 55°C’dir.
OP sırasında gerçekleşen reaksiyonların ürettiği entalpi ihmal edilebilir düzeyde olduğu için
reaksiyonlar sırasındaki sıcaklık artışı da ihmal edilebilir düzeydedir. Bunun dışında OP sırasında
oluşan biyogaz suyun buharlaşmasına sebebiyet verdiği için reaktör içerisindeki sıcaklığın
düşmesine sebebiyet vermektedir. Bu sebeplerden dolayı reaktörlerin optimum sıcaklıklarda
çalışmasını sağlamak için reaktörlerin sürekli olarak ısıtılması gerekmektedir.
OP prosesinde işlenme süresi termofilik çürütücüler (digester) için 10-20 gün, mezofilik
çürütücüler için 20-40 gündür. Mezofilik çürütücülerde işlenme süresi sıcaklık görece daha düşük
olduğundan dolayı işlenme süresi daha uzundur. Termofilik çürütücülerde işlenme süresi daha
kısa olduğu için birim zamanda aynı miktarda gaz üretmek için daha küçük hacme sahip çürütücü
kullanılabilinir.
OP prosesi sonrası gaz alındıktan sonra reaktörde kalan çamurun daha sonra gübre olarak
kullanılması için hijyenizasyona uğratılması gerekir. Bu işlem genelde 70°C’de kısa bir süre için
(10-30 dakika arasında) gerçekleştirilmekte, bu işlem sonunda patojen bakterilerin sayısı
minimize edilmektedir.
2.4.3 İnhibitörler
OP prosesi sırasında zehirlenme inhibitörlerin varlığında gerçekleşir. İnhibitörlerin zehirleyici
etkisi ile pH arasında güçlü bir ilişki bulunmaktadır. OP sırasında zayıf asit ve bazlar OP prosesi için
gerekli bakterilerin hücre zarlarından geçip zar potansiyellerini değiştirerek mikroorganizmaları
olumsuz etkilemektedirler. OP prosesini etkileyen temel inhibitörler asetik asit, H2S ve NH3
bileşikleridir. Asetik asit OP prosesinde metanogenik bakterilerin metana dönüştürmek için
kullandığı ara bileşik(intermediate)dir. Polimerik yapıların asetik asite parçalanma hızları asetik
asitin metana parçalanma hızından düşük kalırsa asetik asit birikmesine sebep olur ve bu yüzden
pH değeri düşer ve bu da mikroorganizmaları olumsuz etkilediği için OP prosesinin
zehirlenmesine sebebiyet verir. Benzer şekilde H2S gazının oluşumu da pH değerini
düşürmektedir. H2S gazının oluşma miktarı çamur içerisindeki sülfat/karbon oranına bağlı olarak
değişmektedir. Diğer inhibitör olan amonyak organik atık içerisindeki protein oranına bağlı olarak
değişmektedir. Amonyak miktarı artarsa pH değeri arttığı için toksik etki yaratmaktadır.
6

2.5 OP Prosesi Reaktör Teknolojileri
Endüstride OP prosesi için kullanılan farklı biyoreaktörler bulunmaktadır. Bunlar kesikli (batch)
ya da sürekli akış (continuous) olma durumuna göre ikiye ayrılırlar. Her iki reaktör türünde de ani
yüklemeleri engellemek ve sabit metan üretimi sağlamak için ara tankların (buffer tanks) olması
önemlidir.
Kesikli akış reaktörlerinde reaktör yüklenir ve hammaddenin reaktör içerisinde parçalanması
beklenir. Bu durum reaktör içerisinde hammadde, ara ürün ve son ürün olan metan gazı
konsantrasyonunda bölgesel değişikliklere sebebiyet verir. Gas üretimi zaman içerisinde hızlı bir
şekilde artar ve maksimum noktasına ulaşır. Bu noktadan sonra reaksiyonu olumsuz etkielmeye
başlar ve gaz üretim hızı yavaşlar. Parçalanma sonunda reaktör içerisindeki gaz boşaltılır ve geriye
kalan atık çamuru depolama tankına aktarılır. Bu çamurun bir kısmı bir sonraki parçalama
reaksiyonlarına bakteri sağlamak amacıyla saklanır. Geriye kalan kısım kurutularak kullanılır.
Sürekli akış reaktörlerinde ise hazırlama tankı ile parçalama reaktörü arasına bir tank daha eklenir
ve parçalama iki yarı reaktörde gerçekleştirilir.
Sürekli akış reaktörleri iki farklı konfigürasyonda kullanılabilinir: (i) Tapa Akış Reaktörü (Plug Flow
Reactor-PFR) ve (ii) Sürekli Karıştırmalı Tank Reaktör (Continuous Stirred Tank Reactor-CSTR). İki
reaktörde sürekli akış reaktörüdür. Tapa akış reaktörlerinde radyal yönde herhangi bir
konsantrasyon farkınının olmadığı düşünülür. Tepkenlerin ve ürünlerin konsantrasyonu kolon
boyunca (eksen boyunca) değişmektedir. Sürekli akış tank reaktöründe ise tank içerisinde ve tank
çıkışında tepkenlerin ve ürünlerin konsantrasyonu aynıdır. PFR reaktörüne etkili bir geri besleme
sistemi eklenirse PFR ile CSTR reaktörlerinin arasında bir çalışma modu oluşturulur. Reaktör bu
modda çalıştırıldığında daha yüksek metan oluşma verimleri elde edilir. PFR reaktörlerinde geri
besleme oranı <0.3 olursa hidroliz reaksiyonu gerçekleşir, fakat metanogeniz reaksiyonları
gerçekleşmez, dolayısıyla metan oluşumu gözlenmez. Geri besleme oranı >0.5 olması durumunda
ise hidroliz reaksiyonlarının dönüşme oranı azalır. Bu nedenle optimum oran 0.5 olarak
değerlendirilir. 2 Tapa akış reaktörleri dikey (Dranco Prosesi) ya da yatay (Kompogas Prosesi)
konumlandırıla bilinir (Şekil 3). Büyük kapasiteli OP prosesleri için dikey tapa akış reaktörleri tercih
edilmektedir. Almanya’daki biyogaz tesislerin çoğunda bu tip reaktörler bulunmaktadır.
Şekil 3: a) Dikey Dranco Prosesi ve b) Yatay Kompogas Prosesleri 2
7

Avrupa’da kullanılan tipik bir biyogaz tesisinin şematik gösterimi Şekil 4’de gösterilmektedir.
Şeklin sol alt kısmında hammadde depolama ve hazırlama bölümü görülmektedir. Bu bölümdeki
hava emme vanaları ile dışarıya alınır ve eğer bir kombine çevrim santrali mevcutsa yanma havası
olarak kullanılmak üzere oraya gönderilir. Hammadde depolama hammadde taşıyan kamyonların
içeriye ulaşmaları açısından uygun boyutlarda inşa edilir. Hammadde hazırlama bölümünde
homojen hale getirildikten sonra gaz sızdırmaz biyoreaktörün (ya da fermentör) içerisine
pompalar yardımıyla gönderilir. Reaktör içerisinde zaman içerisinde parçalanır. Reaksiyon
sırasında reaktör içerisindeki karıştırıcılar vasıtasıyla zaman zaman karıştırma işlemi
gerçekleştirilir. Parçalanma işlemi (fermentasyon) tamamlandıktan sonra reaktör içerisindeki arta
kalan çamur depolama tankına alınır. Burda da zaman zaman karıştırılarak bekletilir. Daha sonra
bu çamur depolama tankından tarımsal uygulamalarda gübre olarak kullanılmak üzere boşaltılır.
Biyoreaktör ve depolama tankında biriken gaz ise kompresör yardımıyla emilerek gaz depolama
sahasına gönderilir. Gönderilirken sülfür ayırma ünitesinden geçerek H2S gazından arındırılır. Bu
işlem için gereken hava hazırlama tankından çekilir. Tesiste kombine çevrim santrali olması
durumunda gaz kazanlarda yakılarak türbinler vasıtasıyla elektrik üretilir. Elde edilen elektrik
şebekeye satılır. Kombine çevrimden elde edilen ısı ise ısı depolama ünitesinde depolanarak
biyoreaktörlerdeki sıcaklığın sabit tutulması için kullanılır.
Şekil 4: Tipik bir biyogaz tesisinin şematik gösterimi 6
Biyogaz tesisleri yer altında yada yer üstünde inşa edilebilir ve çoğunlukla dikey karıştırıcılara
sahip silindirik reaktörlere sahiptirler. Reaktörler genellikle betondan yapılır. Killi tuğla, yüksek
kalite çelik ya da sırlanmış çelikten yapılan reaktörlerde bulunmaktadır. Biyorekatörlerin
hacimleri çoğunlukla 100-1000 m 3 , boyları 5-6 metre ve enleri 10-20 metre arasında
değişmektedir. Reaktörlerin hacimce doluluk oranları da %5 ile %50 arasında değişir. 6 Yüksek
sıcaklıkta yapılan parçalamalarda sıcaklık reaksiyon hızını arttıracağı için daha düşük reaktör
boyutları kullanılabilinir, fakat yüksek sıcaklığın metan konsantrasyonun azalmasına sebebiyet
verdiği unutulmamalıdır. Fermentasyon sıcaklığı dışarıdaki sıcaklıktan her zaman daha yüksek
8

olduğu için reaktörün etrafına ısı izolasyonu yapılmalıdır. Isı izolasyon malzemesinin yanıcı
olmaması gerekmektedir. 6 Poliüretan ya da polistren tabakaları ya da köpükleri ısı izolasyon
malzemesi olarak kullanılmaktadır. Reaktör için gerekli ısı duvarda ya da zeminde bulunan
ısıtıcılarla ya da ısı değiştiriciliyle sağlanabilir.
OP prosesi yüksek katı madde (kütlece %30-40 TDM – toplam kuru madde) ya da daha düşük katı
madde (kütlece <%30 TDM) eşliğinde gerçekleştirile bilinir. İlkine kuru oksijensiz parçalanma
(KOP) ikinicisine de ıslak oksijensiz parçalanma (IOP) denilmektedir. IOP’nin en büyük avantajları
sıvı karışımın kolayca (pompalar yardımıyla) reaktörlere aktarılması ve reaktör içerisinde kolayca
karıştırılmasıdır. IOP en büyük dezavantajı ise proses sonucunda oluşan suyun ayrılma işlemidir.
KOP genelde geri beslemeli PFR reaktörlerinde gerçekleşmektedir.
Şu ana endüstriyel ölçekte kullanılan bazı OP prosesleri aşağıda anlatılmıştır:
2.5.1 WABIO – Vaasa Prosesi 6
WABIO-Vassa prosesi Ecotechnology JVV OY firması tarafından 1991’da 10 ton/yıl (ya da Mg/a)
kapasiteyle Finlandiya Vaasa’da kuruldu (Şekil 5). Proses iki reaktörlü (hidroliz ve metan için iki
ayrı reaktör) mezofilik bir prosestir. İkinci kurulum 1993’de 6.5 ton hammadde işleme kapasiteyle
Almanya Bottrop’da kuruldu. Bu prosesin karaketeritik özelliği karıştırma işlemini hidroliz sonucu
açığa çıkan ya da geri beslenen gaz ile yapmasıydı. Fermentasyon sonucu geriye kalan çamur %40
kuru madde içerene kadar vida pres (screw press) ve süzücü (decanter) kullanılarak kurutulup
daha sonra proses dışına veriliyordu. Bu proseste oluşan gazın içerisinde çok fazla miktarda
kirletici olması sebebiyle gaz temizleme maliyeti çok arttıyordu. Bu nedenle bu proses daha sonra
kullanılmadı.
Şekil 5: Vaasa’da (solda) ve Bottrop’da (sağda) kurulan WABIO proseslerinin şematik gösterimi
2.5.2 DUT Prosesi 6
DUT prosesi adını kurulumu yapan şirketten almıştır. Proseste hidroliz ve metan reaktörleri olmak
üzere iki adet reaktör vardır ve %20 kuru madde ile çalışmaktadır ve fermentasyon süresi 25
gündür. Bu prosesin karakteristik özelliği hidroliz aşamasında metan oluşumunu minimize etmek
için hidrolizin 25-28°C’de gerçekleştirilmesidir. Hidroliz sırasında oluşan CO2 açısından zengin gaz
ise metan reaktörünü karıştırmak için kullanılmaktadır. Hidroliz ve metan reaktörlerindeki sıv-katı
9

karışımı ise sürekli olarak sirküle edilmekte ve ısı değiştiriciler yardımıyla ısıtılmaktadır. Bu
proseste de hidroliz gazı kirleticilerden dolayı kompresöre zarar vermektedir (Şekil 6).
Şekil 6: DUT Prosesi şematik gösterimi
2.5.3 WABIO Prosesi 6
WABIO prosesi WABIO-Vaasa prosesinden farklıdır. Bu proseste hammadde karıştırıcı ve gaz
resirkülasyonu olmadan hareket ettirilir. Prosesteki reaktörün içerisinde iki ayrı silindirik bölme
bulunmaktadır (Şekil 7). Hammadde dışarıdaki silindirden beslenir. Dış silindir iç silindire bağlıdır.
Fermantasyon sonucu oluşan gaz dış silindirdeki çamuru iç silindire doğru itekleyerek
yükselmesini sağlar. Çamur belli bir seviyeye ulaştıktan sonra iç silindirin tepesinden boşaltılır.
Karıştırma işlemi içinse iç ve dış silindirler arasındaki vana açılır ve bu sayede iç silindirdeki çamur
dış silindire doğru akar. Proses karıştırma için ekstra bir güç ihtiyacı duymadığı düşük enerji
tüketmektedir, fakat karıştırma etkisi kısıtlıdır. Bu yüzden sadece gıda atıklarının
fermantasyonunda kullanılır.
Şekil 7: WABIO prosesinin şematik gösterimi
2.5.4 Farmatic BioTech Prosesi 6
Bu proseste diğerlerinden farklı olarak hidroliz öncesinde hijyen (sanitasyon) işlemi
uygulanmaktadır ve paralel olarak çalışan 2 adet metan biyoreaktörü bulunmaktadır (Şekil 8).
Uzun yıllardır uygulanan ve güvenilir bir prosestir.
10

Şekil 8: Farmatic Biotech Prosesi Şematik Gösterimi
2.5.5 Bigadan Prosesi 6
Bigadan prosesi tek aşamalı mezofilik bir prosestir. Efektif bir ısı geri kazanımı sistemine sahiptir
(Şekil 9). 1990 yılların başında Almanya’da yılda 40 ile 128 ton dışkı-biyolojik atık karışımını
işleyebilecek kapasitede geliştirilmiştir.
Şekil 9: Bigadan Prosesi Şematik Gösterimi
2.5.6 Valorga Proses 6
Valorga prosesi gıda atıkları, biyolojik atıklar ve kanalizasyon atıklarını beraber parçalamak için
geliştirilmiştir. Kuru OP prosesidir ve %25-35 oranında kuru madde içeren atıkları işlemektedir.
Hidroliz ve metanasyon reaksiyonları tek bir dikey kolon reaktörde gerçekleşmektedir (Şekil 10).
Reaktörün dikey olması sayesinde fermantasyon sonucunda oluşan arta kalan çamur yer çekimi
etkisiyle reaktörün dışına verilir. Bu yüzden mekanik bir cihaza ihtiyaç duymaz. Proses 25-50
kWh/ton elektrik ve 20-30 kWh ısı enerjisi tüketmektedir. Reaktörün ortasında dikey plaka
sayesinde tapa akış (plug flow) sağlanır. Hammadde ve arta kalan çamur reaktörün ortasından
beslenir ve dışarıya verilir. Bu şekilde reaktör boyunca karışma sağlanır. 2-4 hafta arası işleme
süresine sahiptir ve ton başına 80-180 m 3 gaz üretme kapasitesine sahiptir. Bu proseste de
karıştırma gazla yapıldığı için kompresör öncesinde gazın temizlenmesi gerekmektedir.
Şekil 10: Valorga Prosesinin Şematik Gösterimi
11

2.6 OP Proses Entegrasyonu
OP prosesinin gerçekleşmesi için OP reaktörü dışında diğer ekipmanlara ihtiyaç bulunmaktadır.
Örnek olarak gaz iyileştirme ünitesi, atıkların ön işleme birimi, OP prosesi sonrasında elde edilen
gübrenin işlenmesi ve oluşan gazdan elektrik ve ısı eldesi için kojenerasyon ünitesi verile bilinir.
OP sonrasında oluşan biyogazın içerisinde CO2, H2S ve NH3 gibi kirleticiler bulunmaktadır.
Biyogazın kombine çevrim santralinde kullanılması için H2S’ün biyogazdan temizlenmesi gerekir.
Kombine çevrim santralinde kullanılacaksa çevrim santrali ekipmanların (ör. kazan, türbin,
pompa, kondenser, ısı değiştiricis vb.) da bulunması gerekmektedir. Biyogaz doğalgaz hattına
beslenecekse de CO2 gazının biyogazdan ayrılması gerekmektedir. Bu işlemler için ayrı
ünitelerin(ör. Basınç salınımlı ayırma, gaz yıkama kulesi, membran ile ayırma, fiziksel absorpsiyon,
kriyojenik ayırma vb.) olması gerekmektedir.
Belediye atıkları gibi atıkların içerisinde sadece organik atıklar bulunmamaktadır. Organik atıklar
dışında kum, plastik ya da metal gibi malzemeler bulunmaktadır. OP prosesi öncesinde bu
malzemelerin ayrılması gerekmektedir. Bunun için de bir ünite gereklidir.
OP prosesi sonunda biyogaz ile beraber elde edilen arta kalan çamurun (digestate) farklı
amaçlarla kullanılmadan önce son işlemlerden geçmesi gerekebilir. Çamurun katı ve sıvı bölümleri
çoğu durumda birbirinden ayrılarak kullanılmaktadır. Bu işlemler içinde ek ünitelere ihtiyaç
bulunmaktadır.
2.7 Özet ve Genel Bakış
Oksijensiz Parçalanma farklı bakteriler eşliğinde görece düşük sıcaklıklarda gerçekleşir ve işlem
sonunda gübre olarak kullanılabilecek atık çamuru ve metan açısından zengin biyogaz elde edilir.
İstenen reaksiyonların dışında yan reaksiyonların oluşma olasılıkları oldukça düşüktür.
İstenmeyen reaksiyonlar sonucu oluşan H2S ve NH3 gibi kirleticilerin gazdan giderilmesine
yönelik teknolojiler bulunmaktadır. OP prosesi görece düşük sıcaklıklarda geçekleşmesi sebebiyle
biyoetanol ya da biyodizele göre enerji bitkileri gibi biyokütlelerin değerlendirilmesinde birim
hektardan elde edilecek enerji verimi açısından üstünlüğe sahiptir. Elde edilen ürünün gaz olması
taşıma sektöründe kullanımını kısıtlasa da ülkemizde olduğu gibi gazın araçlarda kullanımına dair
herhangi bir engel bulunmamaktadır. Önümüzde dönemde altyapıya yapılacak yatırımlarla
kullanım miktarı artırıla bilinir.
OP prosesi sonucunda oluşan metanca zengin gazın halihazırda kullanılan doğalgaza göre
doğalgazın günümüz fiyatları (2-3 $/m 3 ) ile daha maliyetli olduğu görülmektedir. Fakat OP
prosesindeki diğer temel motivasyonunun çöplerin ve atıkların bertaraf edilmesi için gereken
masrafları azaltması ve OP sonucunda toprak kalitesini arttırıcı gübre üretimine imkan sağlaması
olduğunu unutulmamalıdır. Bunun dışında OP prosesinin termokimyasal yöntemlere göre yavaş
(işleme süresi 10-30 gün arasında değişiyor) bir proses olduğu görülmektedir. Fakat büyük biyo
reaktörler kullanılarak bu sorun çözüle bilinir. Ayrıca sürekliliği olan stabil bir sistem olması
sebebiyle her zaman aynı ürünü almak mümkündür.
12

OP prosesinin endüstriyel boyutlarda uygulamalarında karşılaşılabilecek problemler kompleks bir
altyapı ihtiyacının olması (gas temizleme üniteleri, elektrik ve ısı üretim ekipmanları vb.), OP
sonrasında elde edilen gaz alındıktan sonra reaktörde kalan çamurdan (digestate) besin geri
kazanımı ve büyük çaplı uygulamalarda (>100000 ton atık/yıl) kontrol zorluğu gösterile bilinir.
3 OP Prosesine Yönelik Araştırma İstatistikleri
Akademik çalışmalarda OP prosesine olan ilgi 1970 yıllarda yüksek petrol fiyatlarından
kaynaklanan yeni enerji kaynakları arayışı ile beraber başlamış, 2000 yıllarının başındaki iklim
sorunu ve yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgiyle beraber çok hızlı bir artış göstermiştir. Şekil
11’de görüldüğü OP ile ilgili yapılan akademik çalışma sayısında son yıllarda ciddi bir artış
olmuştur. 1 Web of Science veri tabanında şu ana kadar konu ile ilgili yapılan yayınlardan 19901
adedi makale, 1540 adedi derleme (review), 3179 adedi konferans bildirisi ve 393 adedi ise kitap
bölümü olmak üzere toplam 23501 yayın bulunmaktadır. Konu hakkında en fazla yayını olan
akademisyen 208 yayını ile Danimarka Teknik Üniversitesi Çevre Mühendisliği bölümünden Prof.
Irini Angelidaki’dir. Prof. Angelidaki ve kendisinden sonra en fazla yayını olan 9 akademisyeninin
isimleri, yayın sayıları ve bulunduğu kurumlar Tablo 2’de gösterilmiştir. Tablo 2’den görüldüğü
gibi en çok yayını bulunan araştırmacıların bulunduğu ülkeler Danimarka, İspanya, Fransa,
Japonya, İngiltere, Singapur, Hollanda, İrlanda ve İtalya aynı zamanda son dönemde OP prosesi
üzerine önemli yatırımları bulunan ülkelerdir.
Şekil 11: Scopus ve Web of Science veri tabanlarında listelenen OP prosesi ile yayınlanan yayın sayısının yıllara göre dağılımı
OP prosesi üzerine yapılan yayınları en fazla destekleyen kuruluşlara bakıldığında ilk sırada şu ana
kadar konu hakkında yapılan 1931 yayını fonlayan Çin Ulusal Doğa Bilimleri Kuruluşu (NSFC)’dur.
Çin’de bunun dışında Çin Temel Araştırmalar Fonu 347, Ulusal Anahtar Teknolojiler Programı 227
ve Burs Konsülü 210 yayını desteklemiştir. Çin’den sonra 547 yayını destekleyen Avrupa Birliği,
227 yayını destekleyen Brezilya Bilimsel Araştırmalar ve Teknoloji Geliştirme Dairesi, 223 yayını
destekleyen Kanada Doğa Bilimleri ve Mühendislik Araştırmaları Kurulu, Japonya Eğitim, Spor,
Bilim ve Teknoloji Bakanlığı ve Meksika Ulusal Bilim ve Teknoloji Kurulu en çok destek veren
kuruluşlardır.
13

Tablo 2: OP Prosesi üzerine Web Of Science’da indekslenmiş en fazla yayını bulunan ilk 10 araştırmacı
Araştırmacı Yayın Sayısı Bulunduğu Kurum
Prof. Irini Angelidaki 208 Department of Environmental Engineering -
Technical University of Denmark - Danimarka
Rafael Borja 186 CSIC - Instituto de la Grasa - İspanya
Jean Philip Steyer 181 National Institute of Agronomic Research –
Universite de Montpellier - Fransa
Prof. Li Yu-You 179 Department of Civil and Environmental Engineering,
Tohoku University – Japonya
Prof. Liu Yu 120 School of Civil and Environmental Engineering –
Nanyang Technological University- Singapur
Dr. Yue Zhang 96 Environmental Engineering – University of
Southampton – İngiltere
Prof. Charles Banks 95 Environmental Biotechnology - University of
Southampton – İngiltere
Prof. Gatze Lettinga 92 Department of Environmental Technology -
Wageningen University - Hollanda
Prof. Jerry Murphy 92 Environmental Research Institute - University
College Cork – İrlanda
Prof. Franco Cecchi 89 Department of Biotechnology, University of Verona,
İtalya
OP üzerine yapılan yayınlarda araştırma konularına bakıldığında yayınların %38.9’un mühendislik
uygulamaları (sıcaklık, reaksiyonlar, ph, zehirleyici etkisi gibi parametrelerin proses üzerine
etkileri, prosesin enerji değerlendirilmesi, reaktörler ve ekipmanlar, sistem konfigürasyonu
üzerine çalışmalar), %36.7’sinin çevre bilimleri ve ekoloji (yaşam döngüsü analizi, proses atıkları,
sanitasyon, ön ve son muameler vb.), %28.2’nin enerji yakıtları (proses iyileştirme, biyogaz üretim
potansiyelleri, biyogazdan biyometan elde etme teknikleri vb.), %27.7’sinin biyoteknoloji ve
mikrobiyoloji (mikroorganizmalar, hidroliz ve biyometan reaksiyonları, biyoreaktör vb.) ve geri
kalanın ise tarım, su kaynakları ve kimya ile ilgili olduğu görülmektedir.
OP prosesi üzerine Türkiye’de en fazla yayını bulunan araştırmacılar 43’er yayını bulunan Orta
Doğu Teknik Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü’nden Prof. Dr. Göksel N. Demirer ve İstanbul
Teknik Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü’nden Prof. Dr. Orhan İnce’dir. Bu araştırmalar ve
takip eden en fazla yayın diğer 8 araştırmacının yayın sayısı ve çalıştıkları kurumları Tablo 3’de
gösterilmiştir. Yayın sayısı üzerinden yapılan analizlerde konu hakkında en fazla yayın yapılan
kurumlar İstanbul Teknik Üniversitesi (112), Boğaziçi Üniversitesi (76) ve Ortadoğu Teknik
Üniversitesi(58)’dir. Ege bölgesindeki üniversitelerden Dokuz Eylül Üniversitesi’nden 39, Ege
Üniversitesi’nden ise 26 yayın konu hakkında yayınlanmıştır. Türkiye’de yapılan yayınların
%49.3’ü Çevre Bilimleri ve Ekoloji (atık giderim verimini arttıracak proses parametreleri ve reaktör
14

üzerine çalışmalar), %44.8’i mühendislik (reaktörler, proses parametreleri, enerji analizleri),
%24.8’i ise biyoteknoloji ve mikrobiyoloji üzerine yapılmıştır.
Tablo 3: OP Prosesi üzerine Web Of Science’da indekslenmiş Türkiye’de en fazla yayını bulunan ilk 10 araştırmacı
Araştırmacı Yayın Sayısı Bulunduğu Kurum
Prof. Dr. Göksel N. Demirer 43 Çevre Mühendisliği Bölümü – Orta Doğu Teknik Üniversitesi
Prof. Dr. Orhan İnce 43 Çevre Mühendisliği Bölümü – İstanbul Teknik Üniversitesi
Prof. Dr. Bahar İnce 30 Çevre Bilimleri Enstitüsü – Boğaziçi Üniversitesi
Dr. Burak Demirel 24 Çevre Bilimleri Enstitüsü – Boğaziçi Üniversitesi
Prof. Dr. İzzet Öztürk 24 Çevre Mühendisliği Bölümü – İstanbul Teknik Üniversitesi
Dr. Çağrı Akyol 19 Çevre Bilimleri - Università Politecnica delle Marche
Prof. Dr. Orhan Yenigün 18 Çevre Bilimleri Enstitüsü – Boğaziçi Üniversitesi
Prof. Dr. Nuri Azbar 17 Biyomühendislik Bölümü – Ege Üniversitesi
Prof. Dr. Barış Çallı 17 Çevre Mühendisliği Bölümü – Marmara Üniversitesi
Dr. Recep Kaan Dereli 16 Kimya ve Biyoproses Mühendisliği – University of College
Dublin
4 Biyogaz ve Biyometan Tesislerine Yönelik İstatistikler
Dünyada çok sayıda biyogaz teknolojileri uygulamaları olsa biyogaz endüstrisi gelişmesinin
başlangıç aşamasında diyebiliriz. Biyogaz endüstrisini 3 kategoriye ayırabiliriz: (i) Micro
parçalayıcılar (mikro digester), (ii) Elektrik üretmek için kullanılan büyük ölçekli parçalayıcılar ve
(iii) Biyometan üretimi için kullanılan büyük ölçekli parçalayıcılar. 7
Mikro parçalayıcılar gelişmekte olan ülkelerde kırsal bölgeler de tarımla iç içe geçmesi, atık
yönetimi ve enerji güvenliği açısından büyük öneme sahiptir. Dünya genelinde 50 milyona yakın
mikro parçalayıcı bulunmaktadır. Bunun 42 milyonu Çin’de 4.9 milyonu Hindistan’da geriye gelen
700000 adedi ise Asya, Afrika ve Güney Amerika ülkelerinde bulunmaktadır. 7 Mikro parçalayıcılar
ocaklarda ve ısıtma amaçlı olarak kömür ve odun gibi yüksek emisyona sebebiyet veren yakıtların
yerine kullanılmaktadır. 2016 yılında ocaklarda kullanılmak üzere Çin’de 13 milyon m 3 ,
Hindistan’da ise 2 milyon m 3 biyogaz üretilmiştir.
Büyük ölçekli parçalayıcılar genelde kombine güç üretim üniteleriyle beraber kullanılmaktadır.
Dünya biyogaz birliği (World Gas Association) verilerine göre Çin’de 6972 büyük ölçekli olmak
üzere toplam 110448 adet (geri kalanı orta ölçekli), Avrupa ülkelerinde 10.5 GW kapasiteye sahip
17783 adet, Amerika Birleşik Devletleri (ABD)’nde 977 MW kapasiteye sahip 2200 adet,
Hindistan’da 300 MW kapasiteye sahip, Kanada da ise 196 MW kapasiteye sahip 180 parçalayıcı
bulunmaktadır. 7 Bu sayılar göz önüne alındığında dünya genelinde büyük ve orta ölçekli toplam
15

yaklaşık 132000 adet parçalayıcı bulunmaktadır. Biyogaz endüstrisi hızlı bir şekilde büyümektedir.
Dünya genelinde biyogazdan elde edilen elektrik 2010 yılında 46108 GWh seviyesinden 2016
yılında 87500 GWh seviyesine çıkmıştır. Bu veriler 6 yıl içerisinde biyogazdan elde edilen elektrik
miktarının %90 oranında arttığını göstermektedir. 7
Büyük ölçekli biyometan endüstrisi görece daha yenidir, fakat kanıtlanmış bir teknoloji gelişmiştir.
Dünya biyogaz birliği verilerine göre Avrupa ülkelerinde 540, ABD’de 50, Çin’de 25, Kanada’da 20
ve az sayıda Japonya, Güney Kore, Brezilya ve Hindistan’da olmak üzere toplam yaklaşık 700 adet
biyometan tesisi bulunmaktadır. 7 Avrupa birliği ülkelerinde ve ABD’deki biyogaz ve biyometan
teknolojisinin gelişimi aşağıda detaylı bir şekilde açıklanmıştır. Avrupa ve ABD’dek durumdan
sonra Türkiye’deki biyogaz ve biyometan teknolojisine yönelik gelişmelerden bahsedilecektir.
4.1 Avrupa Ülkeleri’nde Biyogaz ve Biyometan 8
Avrupa Birliği ülkelerindeki biyogaz tesisi sayısı birçok politik belirsizlik olmasına rağmen sürekli
bir artış içerisinde bulunmaktadır. 2017 yılının sonunda Avrupa’daki biyogaz tesisi sayısı 17783,
biyometan tesisi sayısı ise 540’a ulaştı. Biyogaz tesislerin toplam elektrik üretme gücü bir önceki
yıla göre %5 büyüme ile 10532 MW seviyesine geldi. Bu tesislerin elektrik üretme kapasitesi
65179 GWh. Biyometan üretim miktarları da artarak 1.94 milyar m 3 (enerji karşılığı 19532 GWh)
değerine ulaştı. Avrupa ülkelerindeki biyogaz tesis sayısının yıllara göre değişimi ve 2017 yılındaki
biyogaz tesis sayısının ülkelere göre dağılımı Şekil 4 ve 5’de gösterilmektedir. Şekil 4’de görüldüğü
gibi biyogaz tesisi sayısı 2016 yılı dışında her sene artış göstermiştir. 2016 yılında artış
göstermemesinin nedeni bazı ülkelerin veri tabanındaki hataların düzeltilmesi ve bazı ülkelerde
teknik nedenlerden dolayı az sayıda tesisinin kapanmasıdır. Şekil 4 ve 5’de görüldüğü gibi biyogaz
konusunda öncü ülkeler Almanya ve İtalya’dır. Almanya’da 2017 yılında 10971, İtalya’da ise 1655
adet biyogaz tesisi bulunmaktadır. Almanya ve İtalya’da sonra 500’ün üzerinde biyogaz tesisi ile
Fransa, İşviçre, İngiltere ve Çekya gelmektedir.
Şekil 12: Solda: Avrupa’daki biyogaz tesislerinin sayısının yıllara göre değişimi. (Yeşil çubuk var olan tesislerin sayısını, lacivert
çubuk ise yeni yapılan tesis sayısını temsil etmektedir.) Sağda: Ülkede yaşayan 1 milyon insan başına düşen biyogaz tesisi sayısı 8
16

Şekil 13: 2017 yılındaki Avrupa ülkelerindeki biyogaz tesisi sayısı. 8 X-eksenindeki ikili harf kodları ülkelerin kısaltmasını ifade
etmektedir.
Biyogaz tesislerinde farklı biyokütle atıkları kullanılmaktadır. Atıklara göre ülkelerdeki 1 milyon
insan başına düşen biyogaz tesisi sayısı Şekil 6’da gösterilmektedir. Şekilden görüldüğü gibi en
fazla oranda kullanılan atık tarımsal atıklardır. Tarımsal atıkları kanalizasyon atıkları ve çöp
sahaları atıkları takip etmektedir. 1 milyon kişi başı toplam sayılara bakıldığında Almanya, İşviçre,
Çekya, Lüksemburg ve Avusturya’nın diğer ülkelere göre önde olduğunu görülmektedir.
Şekil 14: Avrupa ülkelerinde 1 milyon insan başına düşen biyogaz tesisi sayısı. 8 Yeşil çubuk tarımsal atık, kahverengi çubuk
kanalizasyon atığı, sarı çubuk çöp sahasından alınan atık, lacivert diğer atıkları, gri ise rapor edilmeyen atıkları ile çalışan biyogaz
tesisi sayısını göstermektedir.
17

Biyogaz tesislerinden elde edilen toplam kurulu güç kapasitesi de hızlı bir artış içerisindedir (Şekil
7). Şekilden görüldüğü gibi 2017 yılında 547 MW’lık artışla 10532 MW seviyesine ulaşmıştır. Şekil
7’de ülkelerde bulunan tesislerin tesis başına düşen ortalama kapasitesi de gösterilmektedir.
Avrupa ortalaması 0.59 MW’dır. Tesis başına düşen kurulu güç büyüklüğünde İngiltere ilk sırada
(2.68 MW), İrlanda ise ikinci sırada (1.79 MW) yer almaktadır. Bu ülkelerde kurulan tesislerin
kurulu kapasite anlamında görece daha büyük kapasiteli tesisler olduğu anlaşılmaktadır.
Şekil 15: Avrupa’daki biyogaz tesislerinden elde edilen toplam kurulu güç kapasitesinin yıllara bağlı değişimi (solda) ve tesisin
ortalama kapasite büyüklüğünün ülkelere göre dağılımı (MW/tesis sayısı-sağda). 8
Biyogaz tesislerinden elde edilen elektrik miktarı anlamında da sürekli bir artış söz konusudur
(Şekil 8). 2017 yılında 2336 GWh’lık bir büyüme ile (%4 artış) toplam elektrik miktarı 65179 GWh
seviyesine ulaşmıştır. Bunun büyük bir kısmı tarımsal atıkların OP prosesinden elde edilmektedir.
Şekil 9’da biyogaz tesislerinden elde edilen elektriğin kişi başı düşen miktarları ülkelere göre
dağılımı ve bu ülkelerdeki toplam elektrik üretimi içerisinde biyogazdan elde edilen elektriğin
yüzdesel payı gösterilmiştir. Kişi başına üretilen elektirk mikatrında Lüksemburg birinci sırada
(561 kWh/kişi), Almanya ise ikinci sırada (426 kWh/kişi) yer almaktadır. Bu ülkeleri Çekya ve
Danimarka takip ediyor. Biyogaz tesislerinden elde edilen elektriğin toplam elektrik üretimi
içerisindeki payına baktığımızda da Almanya’nın %6.63 ile birinci sırada olduğu görüyoruz.
Litvanya, Lüksemburg, Danimarka ve İtalya bu oranın %3’ün üzerinde olduğu diğer ülkeler olduğu
görülmektedir.
18

Şekil 16: Biyogaz tesislerinden elde edilen elektrik miktarının yıllara göre dağılımı (solda) ve atık türüne göre dağılımı (sağda). 8
Şekil 17: Avrupa ülkelerinde kişi başına düşen biyogaz tesislerinden elde edilen elektrik miktarı (KWh/kişi) (solda) ve bu miktarın
ülkelerdeki üretilen toplam elektrik miktarına yüzdesel oranı (sağda). 8
Biyogaz tesislerinde girdi olarak kullanılan atık tipi ülkelere göre farklılık gösterse de genel olarak
en çok kullanılan atıklar tarımsal atıklar ve özel olarak yetiştirilen enerji bitkileri (enery crops – ör:
mischantus, willow (söğüt), reed canary grass (yem kanyaşı))dir. Kullanılan atıkların %70’i tarımsal
atıklar ve enerji bitkileridir. Bu atıklar Almanya ve İtalya’da biyogaz tesislerinde en çok kullanılan
atıklardır. Danimarka, İşviçre ve Polanya’da endüstriyel atıklar ve gıda endüstrisinin atıkları daha
çok kullanılırken, İngiltere ve İşveç de ise daha çok kanalizasyon atıkları daha çok kullanılmaktadır.
2. bölümde anlatıldığı üzere OP prosesi sonunda üretilen biyogaz temel olarak hacimce %50-70
CH4 ve hacimce %30-50 CO2 gazlarından oluşmaktadır. Biyogaz doğalgaz hattına beslenmek
isteniyorsa içerisindeki CO2 gazının ayrılması gerekmektedir. Ayırma işlemi sonunda biyometan
oluşur. Avrupa ülkelerindeki biyometan tesisi sayısı sürekli bir artış göstermektedir (Şekil 10). Şu
an 15 Avrupa ülkesinde biyometan tesisi bulunmaktadır ve toplam sayı 2017 itibariyle bir önceki
19

yıla göre %8’lik bir artışla 540’a ulaşmıştır. Fransa’da 2017 yılında 18 adet biyometan tesisi
yapılmıştır ve 2018 yılının ilk çeyreğinde Fransa’daki toplam biyometan tesisi sayısının 67’e
ulaştığı belirtilmiştir. Bu rakamı 2020 yılında 1000’e çıkarmak için Fransa Hükümeti özel destek
mekanizmaları geliştirmiştir. Diğer Avrupa ülkelerinde de tesis sayısında hızlı bir artış
görülmektedir. 2017 yılında Hollanda’da 13, Danimarka’da 8 ve İngiltere’de 7 yeni biyometan
tesisi yapılmıştır. Avrupa ülkelerinde 2017 yılında bulunan biyometan sayısı ve 1 milyon kişi başına
tesis sayısı Şekil 11’de gösterilmektedir. En fazla biyometan tesisi (195) Almanya’da
bulunmaktadır. Almanya’yı İngiltere (92), İsveç (70) ve Fransa (44) izlemektedir. 1 milyon kişi
başına düşen biyometan tesisi sayısında ise İsveç (7), İzlanda (5.9) ve Lüksemburg (5) en üst
sıralarda yer almaktadır.
Şekil 18: Avrupa Ülkeleri’ndeki biyometan tesislerinin sayısının yıllara göre değişimi. 8 (Yeşil çubuk var olan tesislerin sayısını,
lacivert çubuk ise yeni yapılan tesis sayısını temsil etmektedir.)
Şekil 19: Avrupa ülkelerinde biyometan tesislerinin ülkelere göre sayısı (solda) ve ülkelerdeki 1 milyon kişi başına düşen biyometan
tesisi sayısı (sağda). 8
20

Avrupa Ülkeleri’ndeki biyometan tesislerinden elde edilen biyometan miktarı ve enerji eşdeğeri
Şekil 12’de gösterilmektedir. Şekilden görüldüğü gibi 2017’de üretilen toplam metan miktarı
%12’lik bir artışla 1.94 milyar m 3 ’e ulaşmıştır ve bu miktarın enerji eşdeğeri 19532 GWh’dir.
Metan üretimindeki bu hızlı artış büyük oranda tarımsal atıklar kullanılarak gerçekleştirilmiştir ve
kişi başına en fazla metan Danimarka, İsveç ve Almanya ülkelerinde üretilmektedir(Şekil 13).
Şekil 20: Avrupa ülkelerinde biyometan tesislerinin miktarının (sağda) ve elde edilen metanın enerji eşdeğerinin (sağda) yıllara
göre dağılımı. 8
Şekil 21: Avrupa ülkelerinde biyometan tesislerinin elde edilen biyometan miktarının atık türüne göre dağılımı (solda) ve biyometan
üretiminin kişi başına dağılımı (kWh/kişi) (sağda) 8
Biyogazdan biyometan elde etmek için farklı teknolojiler kullanılmaktadır. Biyometan tesislerinde
kullanılan teknolojiler: (i) Basınç Salınımıyla Adsorpsiyon, (ii) Gaz Yıkama Kulesi, (iii) Membran ile
Ayırma, (iv) Fiziksel Absorpsiyon, (v) Kimyasal Absorpsiyon ve (vi) Kriyojenik Ayırma
teknolojileridir. Bu teknolojilerin temel amacı yüksek saflıkta metan gazını minimum kayıplarla ve
düşük enerji kullanılarak elde etmektir. Bu teknolojilerin Dünya genelinde ve Avrupa’da
21

biyometan eldesi için kullanım oranları Şekil 14’de gösterilmektedir. Şekilden görüldüğü gibi 2010
yılında en fazla kullanılan teknoloji Gaz Yıkama Kuleleri iken 2017 yılında membran teknolojisinin
gelilmesi ile beraber Membran ile Ayırma teknolojisi olmuştur.
Biyometan tesislerinden elde edilen metan gazı yüksek saflıkta olduğu için direk olarak doğalgaz
hattına beslenebilir ya da depolama tanklarında gaz ya da sıvı olarak depolanabilir. Buna ek olarak
biyometan tesislerinde CH4 gazından ayrılan CO2 gazı yenilebilir elektrik fazlasını depolamak
amacıyla elektroliz sonucu elde edilen H2 gazı ile birleştirilerek metan gazına dönüştürülebilir. Bu
işlem kimyasal ya da elektrik yardımıyla gerçekleşebilir. Avrupa biyogaz birliğinin tahminlerine
göre biyometan tesislerinden elde edilen 13.5 milyar m 3 CO2 ve 213 TWh elektrik kullanılarak elde
edilen 54 milyar m 3 H2 metan üretimi için kullanıla bilinir.
Biyometan tesislerinden elde edilen metanın önümüzdeki dönemde taşıma sektöründe kullanım
oranının artması beklenmektir. Avrupa ülkelerinde taşıma sektöründen kaynaklanan emisyonu
azaltma yönünde hedefler bulunmaktadır ve bu hedeflere ulaşma noktasında metan kullanımın
önemli bir katkısı olacağı düşünülmektedir. Bu sebeple Avrupa Birliği RED II regülasyonu gereği
2030 yılına kadar araçlarda kullanılacak yakıtın en az %14’ün yenilenebilir enerji kaynaklarından
elde edilme zorunluluğu getirilmiştir. Bu nedenle bir çok Avrupa ülkesinde biyogaz ve biyometan
üretimi konusunda teşvikler niteliği ve miktarı gelişmektedir.
Avrupa Birliği iklim için gaz platformunun gaz kullanımına yönelik tahminlerine göre 2050 yılında
98 milyar m 3 biyometan ve 24 milyar m 3 H2 olmak üzere toplam gaz potansiyeli 122 milyar m 3 ’dür
[ref: https://gasforclimate2050.eu/]. Bunun 72 milyar m 3 ’nin konutların ısınmasında ve güç
üretiminde, 45 milyar m 3 ’nün endüstride ve 5 milyar m 3 ’ün ise taşıma sektöründe kullanılacağı
tahmin edilmektedir.
4.2 Amerika Birleşik Devletleri’nde Biyogaz ve Biyometan 9
Amerika Birleşik Devletleri (ABD)’nde hali hazırda 2200’ün üzerinde biyogaz tesisi bulunmaktadır.
Bunların 250 adedi çiftliklerde tarımsal atıkları, 1269 adedi atık su arıtma tesislerinde atık su
arıtma çamuru, 66 adedi gıda atıklarını ve 652 adedi ise çöp sahasından alınan atıkları
kullanmaktadır. Amerikan Gaz Birliği’nin verilerine göre 13500 yeni biyogazı kurulabilecek
potansiyel bulunmaktadır. Kurulabilecek bu tesislerin 8241 adedi hayvan çiftlerinde hayvansal
atıklardan, 3888 adedi atık su arıtma çamurlarından, 931 gıda atıklarından ve 415 adedi ise çöp
toplama sahası atıklarından biyogaz elde etme imkanına sahiptir. 9
4.3 Türkiye’de Biyogaz ve Biyometan 10
Enerji Bakanlığı 2019 yılı verilerine göre Türkiye’de toplam 85 adet biyogaz santrali bulunmaktadır
ve bu santrallerin toplam kurulu gücü 358 MW’dır. Türkiye biyogaz santral sayısı sıralamasında
ilk 5 il ise Ankara, Konya , Bursa, Antalya ve İstanbul’dur. Bu tesislerin tamamında elde edilen gaz
elektrik üretimi için kullanılmaktadır. Kullanılan teknolojilere ve bu tesisleri kuran firmalara
yönelik bilgilere ulaşılamamıştır.
22

5 Oksijensiz Parçalamanın Önemi 11
Organik atıkların OP prosesi ile bertaraf edilerek aynı anda enerji elde edilmesinin enerji üretimi,
iklim değişikliği, döngüsel ekonomi, hava kalitesi, gıda güvenliği, sağlık ve ekonomik gelişme
açısından faydaları bulunmaktadır.
5.1 Yenilenebilir Enerji Üretimi
OP prosesi sonucunda atıkların bertarafı ile beraber depolanabilecek yüksek enerji yoğunluğuna
sahip bir gaz karışımı üretilmektedir. Biyogaz depolanması sayesinde talebin yüksek üretimin
düşük olduğu zamanlarda enerji dengesini ve talebin karşılanmasını sağlamaktadır. İstenildiği
zamanda kombine çevrim santrali ve benzeri teknolojilerle elektrik üretimini mümkün
kılmaktadır. Özellikle enerji hatlarının ulaşmadığı yada maliyetli olduğu kırsal alanlarda enerji
güvenliğinin sağlanmasına büyük katkı yapacaktır. Biyogaz konutlarda ısıtma ve elektrik ihtiyacını
karşılayabildiği gibi taşıma sektöründe de kullanılabilecektir.
5.2 İklim Değişikliği
Biyogaz ya da biyometan organik atıklardan elde edildiği için fosil yakıt kullanımı azaltmaktadır.
Ayrıca OP prosesi atıkların çöp toplanma alanlarında, kanalizasyon atıklarının toplandığı su arıtma
tesislerinde atıkların bertaraf edilmesini sağlayarak metan emisyonunu azaltmaktadır. Metan
gazının CO2 gazından yaklaşık 25 kat daha güçlü bir küresel ısınma gazı olduğu düşünüldüğünde
OP prosesi ile gaz salınımdan dolayı oluşacak küresel ısınma etkisini azaltacaktır. Bunun yanında
OP prosesi ile toprak kalitesini arttırıcı gübre eldesinin sağlanması fosil yakıt kullanımı arttıran
sentetik gübrelerin üretimini de engelleyeceği için iklim değişikliği konusunda önemli bir katkı
sağlayacağı düşünülmektedir.
5.3 Döngüsel Ekonomi 12
Okisjensiz parçalama mikrooragnizmalar tarafından gerçekleştirilen doğal bir prosestir ve proses
sonunda elektrik ve ısıtma amaçlı veya yakıt olarak kullanılabilen metan gazı açığa çıkar.
Oksijensiz parçalamanın göz ardı edilen diğer ürünü ise parçalama ürünü besin ve organik madde
açısından zengin artık çamur (digestate)dur. Oluşan bu artık çamur gübre olarak kullanıla bilinir
ve mineral bazlı gübrelere alternatif olma noktasında güçlü bir potansiyele sahiptir. Artık çamur
mikrobesinler açısından oldukça zengindir ve özellikle toprak ve bitkiler için gerekli olan fosfat,
azot ve potasyum gibi maddelerin toprağa tekrar geri kazanımını sağlar. Fosfat dünya rezervleri
her geçen gün azalmaktadır ve bu kimyasalın tükenmesi gıda üretim güvenliği açısından önemli
bir tehlike yaratmaktadır. Oksijensiz parçalama sonunda elde edilen artık çamur kullanımı
sayesinde bu önemli kimyasal toprağa geri kazandırılmaktadır. Benzer şekilde zengin azot içeriği
sayesinde de toprak kalitesini ve üretkenliğini de arttırmaktadır. Bunların yanında artık çamur
oksijensiz parçalanma sonucunda oluşması sebebiyle hayvan ve bitki patojenlerin arınmış
durumdadır 13 ve hoş olmayan kokuların ve zararlı gazların salınımını ve istilacı bitkilerin
büyümesini engeller. Okisjensiz Parçalama ve Biyokaynaklar Birliği’ne göre 1 ton sentetik mineral
bazlı gübre yerine kullanılacak organik digestate 1 ton petrol türevi tüketimi, 108 ton su kullanımı
ve 7 ton CO2 salınımının önüne geçecektir.
23

Artık çamur üretimi ve kullanımı ile ilgili karşılaşılan en büyük sorunlar: (i) Üretim ve kullanımın
yasal dayanağının yetersiz olması, (ii) Var olan yasal düzenlemelerle örtüşmemesi ve (iii)
Çiftçilerin ve kamuoyunun konu hakkında bilgi yetersizliğidir. Birçok Avrupa Birliği ülkesinde
digestate kullanımı, ürüne dönüştürülmesi ya da ihraç edilmesine dair bir uygun bir yasal
düzenleme bulunmamaktadır. Bunun düzeltilmesi için Avrupa Birliği gübre direktifinin
değiştirilmesi gerekmektedir. Benzer şekilde Avrupa Birliği nitrat kullanımı direktifinin de revize
edilmesi gerekmektedir. 14
5.4 Gıda Güvenliği
OP prosesi sonunda oluşan artık çamur içerdiği organik madde, besin ve karbon sayesinde
toprağın kalitesini arttırmakta, toprağın ihtiyacı olan fosforun geri kazanımı sağlamakta ve
inorganik gübrelere olan bağımlılığı azaltarak gıda güvenliğine önemli katkı sağlamaktadır.
5.5 Sağlık
OP prosesi sayesinde geri kazanılan çöpler kötü kokuların ve çöplerden yayılan hastalıkların
azalmasına sebebiyet vermektedir. Aynı zamanda kanalizasyon atıkları, çöp toplama sahası
atıkları gibi organik atıkların sanitasyon ve hijgenini sağlamaktadır.
5.6 Ekonomik Gelişim
OP prosesi kısa dönemde biyogaz tesislerinin inşasında, uzun dönemde tesiste kullanılan
ekipmanların üretimi ve tamirinde ve aynı zamanda tesiste operasyonların kontrolü konularında
iş imkanı sağlamaktadır. Elektrik dağıtımı konusunda da yeni girişimlerin oluşmasına ön ayak
olacaktır. Çöplerin toplanması ve ayrılması da OP prosesinin ihtiyaçlarındandır ve bu alanda da iş
imkanı oluşmaktadır.
6 Güncel Durum ve Gelecek Perspektifi 1
OP prosesine yönelik bilgi birikimi son yıllarda hızla artmıştır. Yeni hammaddeler (ör. Algler), 15
yeni uygulamalar (ör. Gaz temizleme ve kalitesini arttırma), 16–18 OP prosesine yönelik
problemlerin çözümü (ör. Amonyağın zehirleyici etkisi, 19,20 uzun zincirli yağ asitelerin
birikmesi 21,22 ), prosesi izlemek amacıyla geliştirilen araçlar (ör. Yağ asidi sensörleri 23 ve proses
modellemeleri 3 ), farklı reaktör konfigürasyonları (ör. Seri reaktörler 24 , membran reaktörler 25 ) son
dönemde kaydedilen teknolojik gelişmelerdir. Teknolojik gelişmelerle beraber fiyatların düşmesi
ve yüksek hacimli üretimlerin yapılması prosesin anlaşılması noktasında büyük katkı sunmuştur.
Önümüzdeki dönemde mikroorganizma kompozisyonu ve farklı koşullardaki farklı genlere dair
elde edilecek bilgilerin bir çok olasılığı mümkün kılacağı öngörülmektedir. 1
OP prosesi 100 yıldır bilinmesine rağmen teknoloji ve uygulamalar hala görece basit düzeydedir.
Proses temel olarak mikroorganizmalar tarafından kontrol edilmektedir ve şu ana kadar
prosesinin istenen şekilde çalışması için mikroorganizmalara uygun ortam sağlanmaya çalışılmış
ve buna uygun tasarımlar ve teknolojiler kullanılmıştır. Önümüzdeki yıllarda DNA dizi sıralama
(DNA sequencing), mikrobiyal ekoloji, biyoinformatik konusundaki yeni gelişmelerle biyogaz
24

üretiminde kullanılan mikroorganizmaların kimyasal ve biyolojik yapısının çözüleceği ve bu
mikroorganizmaların kontrol edilebileceği öngörülmektedir. Bununla beraber hammaddeyi çok
daha iyi kullanan çok daha verimli OP prosesleri geliştirilecektir.
Günümüzde kullanılan biyogaz tesislerinde otomatik kontrol sistemleri bulunmamaktadır. Proses
genelde deneyime bağlı gözlemlenmekte ve kişiye bağlı kararlarla yönlendirilmektedir. Bu
nedenlerden dolayı biyogaz reaktörleri zaman zaman taşma problemiyle karşılaşmakta zaman
zaman da bu problemi yaşamamak için az hammadde beslemesi yapılmaktadır. Bu da biyogaz
tesisinin karlılığını olumsuz yönde etkilemektedir. Gelişmiş proses izleme ve kontrol sistemlerinin
gelecekte bu proseslerin optimizasyonunda önemli bir katkı sunacağı beklenmektedir.
İstatistiklere bakıldığında biyogaz ve biyometan tesislerinin ve toplam enerji kapasitesinin artması
beklenmektedir. Şu ana kadar özellikle Çin ve Hindistan’da çok sayıda ev tipi biyogaz tesisi
kurulmuş, neredeyse %50’si zayıf yapılar ve uygun olmayan çalışma şekilleri sebebiyle çalışmaları
durdurulmuştur. O yüzden önümüzdeki dönemde özellikle gelişmekte olan ülkelerde ev tipi
biyogaz uygulamalarında (tak çalıştır – plug-in) bir artış olması beklenmektedir. Biyogaz
tesislerinin 5. Kısımda anlatılan faydaları düşünüldüğünde orta ve büyük ölçekli biyogaz
uygulamalarında da artış olacağı düşünülmektedir.
Biyogaz ve biyometan tesisleri döngüsel ekonomi açısından büyük öneme sahiptir. Toprak için
önemli olan azot ve fosfor gibi besinlerin toprağa geri kazınımını sağlamalarının yanında organik
atıklardan enerji, yakıt ve malzeme elde edilmesini mümkün kılmaktadırlar. Biyogaz şu ana kadar
genellikle kombine çevrim santralleri vasıtasıyla elektrik ve ısı üretimi için kullanılmıştır.
Önümüzdeki dönemde özellikle iklim değişikliği konusunda artan hassasiyet ve yeni
regülasyonlarla birlikte biyogazdan elde edilen biyometanın taşıma sektöründe kullanımının
artacağı öngörülmekte ve daha fazla biyometanın doğalgaz hattına besleneceği öngörülmektedir.
Güçden gaz (Power to Gas – P2G) üretimi stratejisi, yenilenebilir enerjiden elde elektriğin fiyatının
hızlı düşüşü ile beraber biyogaz tesislerinden elde edilen metan ve CO2 gazının (CO2 suyun
elektrolizinden elde edilen hidrojenle birleşerek daha fazla metan oluşumunu sağladığı için)
gelecekte şebekeden bağımsız (off-grid) sistemlerin gelişmesine imkan sağlayacaktır.
Biyometan tesislerinden elde edilen metan aynı zamanda farklı gelişmiş ve yüksek katma değerli
ürünlerin geliştirilmesinde de kullanılabilinir. Önümüzdeki dönemde biyometan ile beslenen
farklı mikroorganizma türlerinin yardımıyla protein, polisakkarit, biyoplastik ve platform
kimyasalların üretilmesi hedeflenmektedir. Bu üretimlerin endüstriyel ölçekte gerçekleşmesi için
biyoteknoloji ve farklı disiplinlerin yardımıyla çok disiplinli bir araştırma yapılması gerekmektedir.
7 SONUÇ
Okisjensiz parçalama organik içeriği olan atıkların farklı mikroorganizmalar eşliğinde metan ve
karbondioksite gazına dönüşme işlemidir. OP prosesi için kullanılabilecek hammaddeler organik
madde açısından görece zengin tarımsal atıklar, belediye atıkları, kanalizasyon atıkları, gıda
atıkları, kesimhane atıkları, endüstriyel atıklardır. Bunlar içerisinde biyoparçalanabilirliği ve
25

organik kuru madde oranı yüksek olan tarımsal atıklar, gıda atıkları ve organik belediye atıkları en
yüksek biyogaz üretme potansiyeline (150-200 m 3 /ton atık) sahiptir. OP prosesi birçok aşamada
gerçekleşmesine rağmen belirleyici olmaları açısından iki ana reaksiyon olan hiroliz ve
metanogenez reaksiyonlarıyla modellene bilinir. OP prosesinin yüksek verimlilikle gerçekleşmesi
için prosesi etkileyen önemli faktörler olan sıcaklık (termofilik ya da mezofilik olma durumuna
göre), pH (7 olması tercih edilir), elektron alıcılar (minimum miktarda) ve inhibitörlerin (minimum
miktarda) dikkat edilmesi gerekir. OP prosesi genelde sürekli akış reaktörlerinde
gerçekleşmektedir. Reaktör ve proses tasarımı kullanılacak hammadde ve elde edilecek ürüne
göre tasarlanmalıdır. OP prosesinde kullanılan çok farklı reaktör ve sistem tasarımları (ör. WABIO-
Vaasa, DUT, WABIO, Farmatic Biotech, Bigadan, Valorga, vb.) bulunmaktadır. Tasarım yapılırken
özellikle atık çamurunun taşınımı, ısı entegrasyonu, biyogaz içeriği, gaz temizleme üniteleri ve
karıştırma işleminin yapılma şekline dikkat edilmesi gerekir.
OP prosesine yönelik yapılan araştırmalar 1970 yılında gerçekleşen petrol krizi ile hızlanmış ve
2000 yılların başındaki küresel iklim değişikliğine yönelik gelişen hassasiyetlerle beraber ciddi bir
ivme kazanmıştır. Konuyla ilgili en üretken araştırma grupları çıkarılan yayın sayısı sırasına göre
Danimarka, İspanya, Fransa, Japonya, Singapur, İngiltere, İrlanda ve İtalya’daki üniversitelerde ve
araştırma merkezlerinde bulunmaktadır. Konu hakkında çalışmalar en fazla mühendislik alt
alanında sıcaklık, reaksiyonlar, ph, zehirleyici etkisi gibi parametrelerin proses üzerine etkileri,
prosesin enerji değerlendirilmesi, reaktörler ve ekipmanlar, sistem konfigürasyonu gibi konularda
gerçekleştirilmiştir. Türkiye’de de konu üzerine araştırma yapan gruplar bulunmaktadır. Bunlar
arasında en üretken grupların İstanbul Teknik Üniversitesi, Boğaziçi Üniversitesi ve Ortadoğu
Teknik Üniversitesi Çevre Mühendisliği bölümlerinde olduğu görülmüştür.
Dünyada OP prosesi ile biyogaz ve biyometan üreten çok büyük bir kısmı Çin ve Hindistan’da
olmak üzere ev tipi mikro ölçekte 50 milyona yakın, orta ve büyük ölçekte ise 132000 adet
parçalayıcı (digester) bulunmaktadır. Büyük ve orta ölçeklilerin 110448 tanesi Çin’de 17783 tanesi
Avrupa Birliği ülkelerinde, 2200 tanesi ABD’de ve geri kalanları Hindistan, Kanada ve diğer
ülkelerde bulunmaktadır. Avrupa ülkelerindeki biyogaz tesislerin çok büyük bir kısmı (10971 adet)
Almanya’da bulunmaktadır ve Almanya toplam elektrik ihtiyacının %6.6’sını biyogaz tesislerinden
elde etmektedir. Almanya’yı İtalya, Fransa, İngiltere ve Çekya gibi ülkeler takip etmektedir.
Dünyada biyogazın içerisindeki kirleticilerin temizlenmesi ile yüksek saflıkta metan eldesini
sağlayan biyometan tesisi sayısı yaklaşık 700 adettir. Bunların büyük bir kısmı (195 adet)
Almanya’da bulunmaktadır. Geri kalanlar ise tesis sayısı sırasına göre ABD, Çin, Japonya, Güney
Kore, Brezilya ve Hindistan’da bulunmaktadır. İstatistiklere ve güncel motivasyonlara bakıldığında
(enerji güvenliği, iklim değişikliği, tarım) hem biyogaz hem de biyometan sayısının önümüzdeki
dönemde artacağı öngörülmektedir. En büyük artışın ise özellikle gelişmekte olan ülkelerde (ör.
Çin, Hindistan vb.) ev tipi mikro parçalayıcılarda olacağını düşünülmektedir.
Organik atıkların OP prosesi ile bertaraf edilerek aynı anda enerji elde edilmesinin enerji üretimi,
iklim değişikliği, döngüsel ekonomi, hava kalitesi, gıda güvenliği, sağlık ve ekonomik gelişme
açısından faydaları bulunmaktadır. OP prosesinin en büyük katkısı enerji içeriği yüksek metan gazı
üretimi ile organik atıkların geri kazanılmasını sağlayarak toprak kalitesini arttıracak organik gübre
üretimi eşzamanlı olarak gerçekleştirmesidir.
26

OP prosesinin anlaşılması ve iyileştirilmesi konusunda ciddi aşamalar kaydedilmiştir. Önümüzde
dönemde özellikle biyoteknoloji, mikrobiyoloji, genetik alanında yapılacak çalışmalarla biyogaz ve
biyometan tesislerinde kullanılacak mikroorganizmaların kimyasal ve biyolojik yapısının
çözülmesine yönelik ilerlemeler kaydedilerek bu mikroorganizmaların proses isteklerine göre
kontrol edilebileceği ve böylelikle prosesin çalışma veriminin ciddi oranda geliştirileceği
öngörülmektedir. Modern biyogaz ve biyometan tesislerinde gelişmiş proses izleme ve kontrol
sistemlerinin önemli olacağı beklenmektedir. Gelecekte hem biyometan tesislerinden elde edilen
hem de yan ürün karbon dioksitle yenilenebilir elektrikle elde edilen hidrojenin birleşmesi ile elde
edilen metanın yüksek katma değerli kimyasallara dönüştürülmesi konusunda ilerlemeler olacağı
beklenmektedir.
27

REFERANSLAR
1. Kougias, P. G. & Angelidaki, I. Biogas and its opportunities—A review. Front. Environ. Sci.
Eng. 12, 14 (2018).
2. De Jong, W. & Van Ommen, J. R. Biomass as a Sustainable Energy Source for The Future.
(Wiley, 2015).
3. Batstone, D. et al. Anaerobic Digestion Model No. 1 (ADM1). (IWA publishing, 2002).
4. Nasir, I. M., Mohd Ghazi, T. I. & Omar, R. Anaerobic digestion technology in livestock
manure treatment for biogas production: A review. Eng. Life Sci. 12, 258–269 (2012).
5. Nasir, I. M., Ghazi, T. I. M. & Omar, R. Production of biogas from solid organic wastes
through anaerobic digestion: A review. Appl. Microbiol. Biotechnol. 95, 321–329 (2012).
6. Biogas from Waste and Renewable Resources. (Wiley-VCH, 2008).
7. World Biogas Association. Global potential of biogas. World Biogas Assoc. 1–56 (2019).
8. European biogas Association. EBA Statistical Report 2018. European Biogas Association
(2018).
9. American Biogas Association. Available at: https://americanbiogascouncil.org/biogasmarket-snapshot/.
(Accessed: 22nd November 2019)
10. Türkiye Biyokütle Enerjisi Potansiyeli Atlası.
11. Sarika Jain. Global potential of biogas. World Biogas Assoc. 1–56 (2019).
12. Fagerström, A., Al Seadi, T., Rasi, S. & Briseid, T. The Role of Anaerobic Digestion and Biogas
in the Circular Economy. IEA Bioenergy Task 37 37, (2018).
13. Lukehurst, C. T., Frost, P. & Al Seadi, T. Utilisation of digestate from biogas plants as
biofertiliser Task 37. (2010).
14. European Biogas Association. Digestate Factsheet. (2015). Available at: http://europeanbiogas.eu/wp-content/uploads/2015/07/Digestate-paper-final-08072015.pdf.
15. Vergara-Fernández, A., Vargas, G., Alarcón, N. & Velasco, A. Evaluation of marine algae as
a source of biogas in a two-stage anaerobic reactor system. Biomass and Bioenergy 32,
338–344 (2008).
16. Angelidaki, I. et al. Biogas upgrading and utilization: Current status and perspectives.
Biotechnology Advances 36, 452–466 (2018).
17. Bauer, F., Persson, T., Hulteberg, C. & Tamm, D. Biogas upgrading - technology overview,
comparison and perspectives for the future. Biofuels, Bioprod. Biorefining 7, 499–511
(2013).
18. Kougias, P. G. et al. Ex-situ biogas upgrading and enhancement in different reactor
systems. Bioresour. Technol. 225, 429–437 (2017).
19. Westerholm, M., Müller, B., Arthurson, V. & Schnürer, A. Changes in the Acetogenic
Population in a Mesophilic Anaerobic Digester in Response to Increasing Ammonia
Concentration. Microbes Env. 26, 347–353 (2011).
20. Fotidis, I. A., Karakashev, D., Kotsopoulos, T. A., Martzopoulos, G. G. & Angelidaki, I. Effect
of ammonium and acetate on methanogenic pathway and methanogenic community
composition. doi:10.1111/j.1574-6941.2012.01456.x
21. Palatsi, J. et al. Long-chain fatty acids inhibition and adaptation process in anaerobic
thermophilic digestion: Batch tests, microbial community structure and mathematical
modelling. Bioresour. Technol. 101, 2243–2251 (2010).
22. Sousa, D. Z. et al. Molecularassessment of complex microbial communities degrading long
28

chain fatty acids in methanogenic bioreactors. (2007). doi:10.1111/j.1574-
6941.2007.00291.x
23. Boe, K., Batstone, D. J. & Angelidaki, I. Derivation and Characterization of Lines for
Production of Recombinant Antibodies. Biotechnol. Bioeng. 96, 712–721 (2007).
24. Angelidaki, I., Boe, K. & Ellegaard, L. Effect of operating conditions and reactor
configuration on efficiency of full-scale biogas plants. Water Sci. Technol. 52, 189–194
(2005).
25. Vyrides, I. & Stuckey, D. C. Saline sewage treatment using a submerged anaerobic
membrane reactor (SAMBR): Effects of activated carbon addition and biogas-sparging
time. Water Res. 43, 933–942 (2009).
29