UTILIZATION OF GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEM CAPABILITIES FOR ENERGY CROP CULTIVATION ACTIVITIES: DETERMINATION OF SUITABLE AREAS FOR MISCANTHUS

Abstract

Biomass energy is a renewable energy source obtained from agricultural or animal organic waste or products. Studies on the research of energy crops and the production of biofuels such as biodiesel and bioethanol from these plants get attention from researchers all over the world. Investments and researches in the field of biomass energy have also been conducted in Turkey since 2010. Mostly, species with low irrigation and maintanence needs are preferred for energy crop cultivation activities. The ability of energy crops to adapt to marginal areas and contribute to the ecosystem is also important. Therefore, it is significant to grow the energy crops in the idle lands unpreferable for agricultural purposes and to produce bioenergy raw materials by processing these crops. Switchgrass, miscanthus, and sorghum species are among the main energy crops that have been tested via cultivate and field trials in Turkey. In this study, a Geographical Information Systems (GIS) aided site selection analysis was made to determine the suitable lands for the cultivation of miscanthus plant in Eskişehir province. A 5–scale suitability classification, where 5 referred to the most suitable lands while 1 showed the least suitable ones, was adopted. In the first place, restricted and unsuitable lands were extracted from the study area covering 1.404.055 hectares, and then a number of multi-criteria based analysis and weighted overlay processes were performed within the remaining lands corresponding to an area of 289.550 ha (20,62% of the total study area). According to the results, a total land of 224.956 hectares fell in the moderate suitability (3) class, while the amount of high suitability (4) lands were found to cover 64.594 hectares.

Keywords

• Energy Crop
• GIS
• Miscanthus
• Renewable Energy
• Site Selection Analysis

ENERJİ BİTKİSİ YETİŞTİRİCİLİĞİNDE COĞRAFİ BİLGİ SİSTEMLERİNİN KULLANIMI: FİL OTU İÇİN UYGUN ALANLARIN BELİRLENMESİ

Abstract

Biyokütle enerjisi tarımsal, hayvansal vb. organik atıklardan veya ürünlerden temin edilen yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Biyokütle enerji gurubu içerisinde yer alan enerji bitkilerinin araştırılması ve bu bitkilerden biyodizel, biyoetanol gibi biyoyakıtların üretilmesi konusunda yapılan çalışmalar tüm dünyada araştırmacılar tarafından ilgi görmektedir. Ülkemizde ise 2010 yılından itibaren biyokütle enerjisine yönelik yatırımlar ve araştırmalar yapılmaya başlanmıştır. Enerji bitkileri yetiştiriciğinde çoğunlukla sulama ve bakım gereksinimleri düşük olan bitkiler tercih edilmektedir. Enerji bitkilerinin marjinal alanlara uyum sağlayarak ekosisteme büyük ölçüde katlı sağlayabilmesi de ayrıca önem taşımaktadır. Dolayısıyla tarımsalsal faaliyetler açısındanatıl kabul edilen alanlarda enerji bitkilerinin üretilmesi ve bu bitkilerin işlenerek biyoenerji ham maddelerinin üretilmesi önem taşımaktadır. Switchgrass (dallı darı), miscanthus (fil otu) ve sorghum (sorgum) ülkemizde deneme tarımı ve saha çalışmaları yapılan başlıca enerji bitkisi türleri arasındadır. Bu çalışmada, Eskişehir ilinde fil otu bitkisinin yetiştirilebileceği en uygun alanların saptanması için Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) destekli yer seçimi analizi gerçekleştirilmiştir. Uygunluk sınıfları 1 en düşük ve 5 en yüksek olmak üzere 5 sınıfta değerlendirilmiştir. Öncelikle 1.404.055 ha olan çalışma alanından, kısıt alanlar ile fil otu ekimi uygun olmayan alanlar çıkarıldıktan sonra geriye kalan ve alanın %20,62’sini oluşturan 289.550 ha’lık alanda farklı kriterler açısından analizler ve ağırlıklı çakıştırma işlemleri yapılmıştır. Analiz sonuçlarına göre 224.956 hektarlık alanın orta uygun (3) ve 64.594 hektarlık alanın ise yüksek uygun (4) uygunluktaki arazilerden meydana geldiği saptanmıştır.

Keywords

• CBS
• Enerji Bitkisi
• Fil Otu
• Yenilenebilir Enerji
• Yer Seçimi Analizi

References

1. 28346 No'lu Resmi Gazete. (2012). Benzin türlerine etanol harmanlanması hakkında Tebliğ. Ankara: Resmi Gazete.
2. Açıkalın, K. (2010). Çeşitli biyokütle atık maddelerin pirolizi ve elde edilen ürünlerin analizi. (Doktora Tezi), Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
3. Aktaş, T., Dalmış, S. İ., Tuğ, S., Dalmış, F., ve Kayışoğlu, B. (2016). Çeltik Saplarının Gazlaştırılması Amacıyla laboratuar Tipi Bir Gazlaştırıcının Geliştirilmesi ve Denenmesi. Tekirdağ Ziraat Fakültesi Dergisi, 119-128.
4. Ar, F. F. (2008). Biyoyakıtlar Tehdit mi-Fırsat mı. Mühendis ve Makine, 49(581), 3-9.
5. Arias, E. F. (2008). Categorization of soil suitability to crop Switchgrass at Mississippi, US using Geographic Information System, Multicriteria analysis and Sensitivity analysis: Mississippi State University.
6. Asakereh, A., Omid, M., Alimardani, R., ve Sarmadian, F. (2014). Developing a GIS-based fuzzy AHP model for selecting solar energy sites in Shodirwan region in Iran. International Journal of Advanced Science and Technology, 68, 37-48.
7. Aydın, F. (2015). Enerji Bitkisi Yetiştirilebilecek Alanların Coğrafi Bilgi Sistemleri, Uzaktan Algılama ve Analitik Hiyerarşi Prosesi Desteği ile Tespiti. (Yüksek Lisans Tezi), Ege Üniversitesi, Güneş Enerjisi Anabilim Dalı, İzmir, Türkiye.
8. Balezentiene, L., Streimikiene, D., ve Balezentis, T. (2013). Fuzzy decision support methodology for sustainable energy crop selection. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 17, 83-93.

9. Berndes, G., Hoogwijk, M., ve Van den Broek, R. (2003). The contribution of biomass in the future global energy supply: a review of 17 studies. Biomass and Bioenergy, 25(1), 1-28.
10. Bilgili, O. (2017). Mıscanthus x Giganteus Bitkisinin Marjinal Alanda Denenmesi ve Adaptabilite, Biyokütle Üretimi ile Biyoyakıt Potansiyelinin Belirlenmesi. (Yüksek Lisans Tezi), Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Orman Mühendisliği Anabilim Dalı Kahramanmaraş.
11. Bouton, J., Bransby, D., Conger, B., McLaughlin, S., Ocumpaugh, W., Parrish, D., Taliaferro, C., Vogel, K., ve Wullschleger, S. (1998). Developing switchgrass as a bioenergy crop. Erişim adresi:
12. Caslin, B., Finnan, J., ve Easson, L. (2010). Miscanthus best practice guidelines. Agriculture and Food Development Authority, Teagasc, and Agri-Food and Bioscience Institute.
13. Demirbas, A. (2008). Biofuels sources, biofuel policy, biofuel economy and global biofuel projections. Energy conversion and management, 49(8), 2106-2116.
14. Dornburg, V., van Vuuren, D., van de Ven, G., Langeveld, H., Meeusen, M., Banse, M., van Oorschot, M., Ros, J., van den Born, G. J., ve Aiking, H. (2010). Bioenergy revisited: key factors in global potentials of bioenergy. Energy & Environmental Science, 3(3), 258-267.
15. Duygu, E., ve Cısdık, İ. (2011). Biyokütle Enerjisi İçin Yetiştiriciliğin Etkileri Konusunda Araştırmalar I. Bilgi Birikimi Işığında Türkiye’deki Eko-Ekolojik Etki Potansiyeli. Ankara Üniversitesi Çevrebilimleri Dergisi, 1(2), 93-109.
16. EIA. (2015). International Energy Statistics https://www.eia.gov/beta/international/data/browser/#/?pa=000001000004&c=ruvvvvvfvtvvvv1vvvvvvfvvvvvvfvvvsu20evvvvvvvvvvvfuvg&ct=0&tl_id=79-A&vs=INTL.80-1-AFG-TBPD.A&cy=2015&vo=0&v=B&start=2009&end=2016 adresinden edinilmiştir.).
17. EPDK. (2020). Petrol piyasası 2019 yılı sektör raporu Erişim adresi: Ankara:
18. ESRI. (2016). How Weighted Overlay works. http://desktop.arcgis.com/en/arcmap/10.3/tools/spatial-analyst-toolbox/how-weighted-overlay-works.htm adresinden edinilmiştir.).
19. FAO. (2008). The State of Food and Agriculture. Biofuels: Prospects, Risks and Opportunities. FAO Report.
20. Fiorese, G., ve Guariso, G. (2010). A GIS-based approach to evaluate biomass potential from energy crops at regional scale. Environmental Modelling & Software, 25(6), 702-711.
21. Golden, N. (2008). Promotion And Protection Of All Human Rights, Civil, Political, Economic, Social And Cultural Rights, Including The Right To Development: Report of the Special Rapporteur on the right to food. In: UN.
22. Graham, R. L., English, B. C., ve Noon, C. E. (2000). A geographic information system-based modeling system for evaluating the cost of delivered energy crop feedstock. Biomass and Bioenergy, 18(4), 309-329.
23. Karaca, Başçetinçelik, A., ve Öztürk, H. (2004). Bazı Avrupa Birliği Ülkelerinde Biyokütle Politikaları, V. Ulusal Temiz Enerji Sempozyumu Bildiri Kitabı, 1.
24. Koçar, G., Eryaşar A., Bayrakçı, A. G., Çelebi, B. H., Neptün E.A., Salmanoğlu, F., Seven G., Elibol H.A., Çeliktaş M.S., Çubukçu, M., Güneş, M., Çetin, N. S., Perinçek, O., Ersöz Ö., Ünalan S., ve Arıcı, Ş. (2012). İzmir İli Yenilenebilir Enerji Sektör Analizi. Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü, 175.
25. Koikai, J. S. (2008). Utilizing GIS-Based Suitability Modeling to Assess the Physical Potential of Bioethanol Processing Plants in Western Kenya.”. Saint Mary’s University of Minnesota University Central Services Press, Winona, MN. OpenURL.
26. Kumaravel, S., ve Ashok, S. (2012). An optimal stand-alone biomass/solar-PV/pico-hydel hybrid energy system for remote rural area electrification of isolated village in Western-Ghats region of India. International journal of green energy, 9(5), 398-408.
27. Li, Y., ve Khanal, S. (2015). Bioenergy: Principles and Applications. USA: John Wiley ve Sons, Incorporated.
28. Lovett, A. A., Sünnenberg, G. M., Richter, G. M., Dailey, A. G., Riche, A. B., ve Karp, A. (2009). Land use implications of increased biomass production identified by GIS-based suitability and yield mapping for Miscanthus in England. Bioenergy Research, 2(1-2), 17-28.
29. Lunnan, A. (1997). Agriculture-based biomass energy supply—a survey of economic issues. Energy policy, 25(6), 573-582.
30. Maxson, M. L. (2008). Fuzzy logic techniques applied to a switchgrass ecological site suitability model for the state of Mississippi: Mississippi State University.
31. McLaughlin, S. B., ve Walsh, M. (1998). Evaluating environmental consequences of producing herbaceous crops for bioenergy. Biomass and Bioenergy, 14(4), 317-324.
32. Nigam, J. (2002). Bioconversion of water-hyacinth (Eichhornia crassipes) hemicellulose acid hydrolysate to motor fuel ethanol by xylose–fermenting yeast. Journal of Biotechnology, 97(2), 107-116.
33. Nuran Erkul, K. (2020). Benzin türlerine etanol harmanlama zorunluluğuna 'kademeli geçiş'. https://www.aa.com.tr/tr/turkiye/benzin-turlerine-etanol-harmanlama-zorunluluguna-kademeli-gecis/1871650 adresinden edinilmiştir.).
34. Öztürk Tophanecioğlu, S. (2009). Tarımsal atıklardan hızlı piroliz yöntemiyle sentetik sıvı yakıt eldesinde piroliz parametrelerinin etkisi. (Yüksek Lisans Tezi), Anadolu Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir.
35. REN21 Community. (2018). Renewables 2018 Global Status Report. Erişim adresi:
36. Resch, G., Held, A., Faber, T., Panzer, C., Toro, F., ve Haas, R. (2008). Potentials and prospects for renewable energies at global scale. Energy policy, 36(11), 4048-4056.
37. Sanderson, M., Reed, R., McLaughlin, S., Wullschleger, S., Conger, B., Parrish, D., Wolf, D., Taliaferro, C., Hopkins, A., ve Ocumpaugh, W. (1996). Switchgrass as a sustainable bioenergy crop. Bioresource Technology, 56(1), 83-93.
38. Somerville, C., Youngs, H., Taylor, C., Davis, S. C., ve Long, S. P. (2010). Feedstocks for lignocellulosic biofuels. science, 329(5993), 790-792.
39. Soylu, S. (2012). Alternatif Bir Biyoyakıt Bitkisi Olarak Dallı Darının (Panicum virgatum L.) Türkiye’de Yetiştirme Teknikleri. Tarım Makinaları Bilimi Dergisi, 8(3).
40. Thapa, N. (2012). Agro-climatic and land suitability mapping for switchgrass grown as a bioenergy crop in North Dakota.
41. Topal, M., ve Arslan, E. I. (2008). Biyokütle enerjisi ve Türkiye. VII. Ulusal Temiz Enerji Sempozyumu, 17-19.
42. Toprak Mahsulleri Ofisi. (2017). 2017 Hububat Raporu. Ankara: TMO. Erişim adresi: http://www.tmo.gov.tr/Upload/Document/hububat/HububatRaporu2017.pdf.
43. TUİK. (2020). Yıllara göre il nüfusları, 2000-2019. Ankara.
44. Wang, W. W. (2012). Three essays on climate change impacts, adaptation and mitigation in agriculture: Texas A&M University. Yanmaz, A. M., ve Usul, N. (2006). Kavramsal su mühendisliği: ODTÜ Yayıncılık.