Alternative Energy Sources in Biogas Production from the Perspective of Green Transformation and Sustainability

Abstract

Biogas is a renewable energy source obtained through the anaerobic degradation of organic waste by microorganisms, resulting in the production of methane gas. Renewable energy sources offer various advantages, including reducing the carbon footprint, protecting the environment, decreasing dependence on external energy sources, and creating employment opportunities. The increasing population and industrialization have led to a rise in energy demand, exacerbating issues such as the limited availability and uneven distribution of resources. To address these challenges, the utilization of renewable energy sources should be encouraged due to the finite nature of fossil fuels and their contribution to climate change. Additionally, given the scarcity of resources, waste materials should be repurposed as raw materials. Biomass is a widely available resource that contributes to reducing external dependence while supporting energy production and the development of value-added products. Moreover, it fosters local employment, promotes rural development, and improves environmental conditions, ultimately enhancing quality of life. The primary objective of biogas plants is waste disposal, and the biogas generated is utilized for electricity production, thereby increasing operational profitability. Furthermore, biogas production from organic waste also encompasses the generation of solid and liquid fertilizers. The use of materials derived from renewable sources enhances the sustainability and efficiency of biogas production, while advancements in infrastructure and technology contribute to making the processes more environmentally friendly. The positive impact of green transition processes on biogas production has heightened the significance of research in this field. This study examines the contributions of alternative materials to biogas production and presents recommendations for their future utilization.

Keywords

• Waste
• biogas
• process
• sustainability

Yeşil Dönüşüm ve Sürdürülebilirlik Perspektifiyle Biyogaz Üretiminde Alternatif Enerji Kaynakları

Abstract

Biyogaz, organik atıkların anaerobik ortamda mikroorganizmalar aracılığıyla metan gazına dönüştürülmesiyle elde edilen yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Yenilenebilir enerji kaynakları, karbon ayak izinin azaltılması, çevrenin korunması, dışa bağımlılığın azaltılması ve istihdam yaratılması gibi çeşitli avantajlar sunmaktadır. Artan nüfus ve sanayileşme, enerji talebini artırarak mevcut kaynakların sınırlılığı ve dengesiz dağılımı gibi sorunlara yol açmaktadır. Bu sorunların aşılabilmesi için fosil yakıtların sınırlı olması ve iklim değişikliğine neden olması sebebiyle yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı teşvik edilmeli; ayrıca, kaynakların kısıtlı olması nedeniyle ortaya çıkan atıkların hammadde olarak değerlendirilmesi sağlanmalıdır. Biyokütle, her bölgede bulunabilen bir kaynak olup, dışa bağımlılığı azaltarak enerji ve katma değerli ürün üretimine katkı sağlamaktadır. Bununla birlikte, yerel istihdamı desteklemekte, kırsal kalkınmayı teşvik etmekte ve çevresel koşulların iyileştirilmesine katkıda bulunarak yaşam kalitesini artırmaktadır. Biyogaz tesislerinin temel amacı atıkların bertaraf edilmesi olup, elde edilen biyogazın elektrik üretiminde kullanılmasıyla işletmelerin kârlılığı artırılmaktadır. Ayrıca, organik atıklardan biyogaz üretimi, katı ve sıvı gübre üretimini de içermektedir. Yenilenebilir kaynaklardan elde edilen materyaller, biyogaz üretimini daha sürdürülebilir ve verimli hale getirmekte; altyapı ve teknolojik gelişmeler ile süreçlerin daha çevre dostu olması sağlanmaktadır. Yeşil dönüşüm süreçlerinin biyogaz üretimi üzerindeki olumlu etkileri, bu alandaki araştırmaların önemini artırmıştır. Bu çalışmada, alternatif materyallerin biyogaz üretimine katkıları ele alınmış ve bu materyallerin gelecekteki kullanımına yönelik öneriler sunulmuştur.

Keywords

• Atık
• biyogaz
• proses
• sürdürülebilirlik

Supporting Institution

Varaka Kağıt Sanayi A.Ş.

Thanks

Katkılarından dolayı tüm Varaka Kağıt Ar-Ge ailesine teşekkürlerimizi sunarız.

References

1. Acaroğlu, M., (2003). Alternatif Enerji Kaynakları, Ders kitabı Atlas yayın dağıtım, İstanbul.
2. Adebayo, A. O., Jekayinfa, S.O., Linke, B. (2015). Effects of Organic Loading Rate on Biogas Yield in a Continuously Stirred Tank Reactor Experiment at MesopHilic Temperature. British Journal of Applied Science & Technology, 11(4): 1-9.
3. Adekunle, K.F.; Okolie, J.A. (2015). A Review of Biochemical Process of Anaerobic Digestion. Adv. Biosci. Biotechnol., 6, 205–212.
4. Atelge, M. R. (2021). The Potential of Biogas Production as a Biofuel From Cattle Manure in Turkey and Projected Impact on the Reduction of Carbon Emissions for 2030 and 2053. International Journal of Innovative Engineering Applications, 5(1), 56-64.
5. ADYSB, 2011. Aydın İli Biyogaz Potansiyeli Fizibilite Raporu. Aydın: Aydın İli Damızlık Sığır Yetiştiricileri Birliği - Güney Ege Kalkınma Ajansı.
6. Ahring, B. K., Westermann, P., & Angelidaki, I. (1995). Anaerobic treatment of animal waste and other organic substrates. Environmental Technology, 16(6), 549-559.
7. ASAE. (2003). The Society for Engineering in Agricultural, Food, and Biological Systems Standard D384.1 FEB03 Manure Production and Characteristics, USA.
8. Berk, F. & Kışlalıoğlu, M. B., 1993. Çevre ve Ekoloji, 4.Basım, Remzi Kitabevi, İstanbul.

9. Boyacı S, 2017. Kırşehir İlinin Hayvansal Atık Kaynaklı Biyogaz Potansiyelinin Belirlenmesi. Türk Tarım ve Doğa Bilimleri Dergisi, 4 (4): 447-455.
10. Biogas in India (2017). What Goes Around Comes Around: 2017. Retrieved from http://www.whatsupgermany.de/clean-energy/hydropower-bioenergy/
11. Bilgin, N., 2003. Biyogaz Nedir?, Tarım ve Köyişleri Bakanlığı Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü Ankara Araştırma Enstitüsü.
12. BP. (2023). BP statistical review of world energy 2023. BP. https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html
13. Çağlayan GH, Koçer NN, 2014. Muş İlinde Hayvan Potansiyelinin Değerlendirilerek Biyogaz Üretiminin Araştırılması. Muş Alparslan Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 2 (1): 215-220.
14. Çelik, M., & Topçu, Z. (2021). Gelecekte biyogaz üretiminde kullanılacak yenilenebilir materyaller ve teknolojiler. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(1), 78-88.
15. Çetinkaya, H. (2016). Biyogaz. Fırat Kalkınma Ajansı.
16. Çağlar, A., ve Uçar, T. (1981). Türkiye’de Biyogaz Potansiyeli ve Üretim Kinetiği. Uluslararası Biyogaz Semineri, 290-303.
17. Canka Kılıç, F., (2011). Türkiye’deki Yenilenebilir Enerjilerde Mevcut Durum ve Teşviklerindeki Son Gelişmeler, Mühendis ve Makine, Cilt:52, Sayı:614, ss:103-115.
18. Dağtekin M, Aybek A, Bilgili ME, 2019. Adana ve Mersin’de Bulunan Etlik Piliç Kümeslerinde Oluşan Gübrenin Biyogaz ve Elektrik Üretim Potansiyelinin Belirlenmesi. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 34 (2): 9-22.
19. Dalgıç, A.C., 2003. Biyogaz Uygulamaları, Müh. Fak., Gıda Mühendisliği Böl., Gaziantep.
20. Demirbaş, A., & Yıldız, A. (2021). Biyogaz üretimi ve uygulamaları: Temel ilkeler ve süreçler. Çevre Bilimleri ve Teknolojisi Dergisi, 5(3), 123-136.
21. Demir, A. Y. (2024). Fıstık yaprağı ekstreğinden demir oksit yeşil sentezi ve sodyum borhidrürün hidrolizinde katalizör destek malzemesi olarak kullanılmasının araştırılması (Yüksek lisans tezi). Siirt Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı.
22. Deniz, E., Yeşilören, G., Özdemir, N., ve İşçi, A. (2015). Türkiye’de gıda endüstrisi kaynaklı biyokütle ve biyoyakıt potansiyeli. Gıda, 40(1), 47-54. https://doi.org/10.15237/gida.GD14037
23. Erdin, E. (1994). Kırsal alanlarda oluşan organik atıklar ve bunlardan biyogaz üretimi. 15. Tarımsal Mekanizasyon Ulusal Kongresi, Akdeniz Üniversitesi Ziraat Fakültesi, Tarım Makinaları Bölümü, Antalya, Türkiye.
24. Ertop, H., Atılgan, A., Saltuk, B. Aksoy, E., (2022). Büyükbaş Hayvansal Atıklardan Elde Edilebilir Biyogaz ve Elektrik Üretim Potansiyelinin Belirlenerek Sayısal Haritaların Oluşturulması Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (35), 530-540.
25. FNR, (2010). Biyogaz Kılavuzu, Üretimden Kullanıma, Yenilenebilir Hammadde İhtisas Ajansı Türk-Alman Biyogaz Projesi, Gülzow, Almanya.
26. Greenhouse Gas Protocol. (2024, Ağustos). IPCC Global Warming Potential Values. Greenhouse Gas Protocol. https://ghgprotocol.org/sites/default/files/2024-08/Global-Warming-Potential-Values%20%28August%202024%29.pdf (Erişim Tarihi: 01.02.2025)
27. Gök, E., & Aydın, T. (2022). Alternatif biyogaz hammaddeleri ve çevresel faydaları. Biyoteknoloji ve Biyomühendislik Dergisi, 11(2), 56-65.
28. Gülen, J., ve Arslan, H. (2005). Biyogaz üretim sürecinde pH değeri, reaksiyon hızı ve diğer kritik parametreler. Sigma, Yıldız Teknik Üniversitesi. Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi.
29. Harris. P., (2008). Anaerobic digestion model. http://www.adelaide.edu.au/biogas/anaerobic_digestion/model/ erişim tarihi: 16/12/2005
30. Hossain, M. S., Wasima, F., Banik, S., Kibria, M. G., & Shawon, M. S. H. (2025). Prospect of green vehicle sectors in Bangladesh in light of biogas from animal manure through anaerobic digestion. Fuel, 395, 135276. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2025.135276
31. Hoşgören, G. (2018). Bağlam temelli kavram karikatürlerinin asit-baz konusunun öğretiminde etkililiğinin incelenmesi (Yüksek lisans tezi). Kilis 7 Aralık Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Matematik ve Fen Bilimleri Eğitimi Anabilim Dalı, Fen Bilgisi Eğitimi Bilim Dalı.
32. Hugé, J., Waas, T., Eggermont, G., & Verbruggen, A. (2011). Impact assessment for a sustainable energy future—Reflections and practical experiences. Energy Policy, 39(10), 6243-6253. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2011.07.023 IEA. (2024). https://www.iea.org/energy-system/fossil-fuels.
33. International Energy Agency. (2023). World energy outlook 2023. International Energy Agency. https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2023
34. Işıkyürek, Ç., Yaldız, O. (2015). Bir Biyogaz Tesisi için PLC Otomasyon Sistemi Tasarımı. Tarım Makinaları Bilimi Dergisi, 11(1), 89-96.
35. Kankılıç, T., ve Topal, H. (2015). Belediye atıklarından düzenli depolama sahalarında biyogaz ve enerji üretimi. Mühendis ve Makina, 56(669), 58-69.
36. Karaca, C. (2017). Hatay ilinin hayvansal gübre kaynağından üretilebilir biyogaz potansiyelinin belirlenmesi. Mustafa Kemal Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi | Journal of Agricultural Faculty of Mustafa Kemal University, 22(1), 34-39. https://doi.org/10.1300/9362
37. Kara, H., & Demir, B. (2019). Alternatif biyogaz hammaddeleri ve çevresel faydaları. Biyoteknoloji ve Biyomühendislik Dergisi, 11(2), 56-65.
38. Kaya, D., Tiris, M., Yaldiz, O., Saraç, İ., Ekıncı, K., Koçar, G., Karaman, N., Ayan, E., & Saraç, M. (2009). Bitkisel ve hayvansal atıklardan biyogaz üretimi ve entegre enerji üretim sisteminde kullanımı (biyogaz) projesi. Engineer & the Machinery Magazine / Mühendis ve Makina, 593, 2. https://doi.org/1300-3402
39. Koçer, N.C., Öner, C., Sugözü, İ. (2006): Türkiye’de Hayvancılık Potansiyeli ve Biyogaz Üretimi. Doğu Anadolu Bölgesi Araştırmaları.
40. Lopez, A. F., Rodriguez, T. L., Abdülmelik, S. F., Martinez, M. G., & Bello Bugallo, P. M. (2024). Biogas to biomethane: A detailed review of technologies enhancing sustainability and reducing greenhouse gas emissions. Applied Sciences, 14(6), 2342. https://doi.org/10.3390/app14062342
41. Lübken, M., Wichern, M., Schlattmann, M., Andreas Gronauer, A., Horn, H. (2007). Modelling the energy balance of an anaerobic digester fed with cattle manure and renewable energy crops. Water Research, 41, 4085-4096.
42. Marañón, E., Castrillón, L., Quiroga, G., Fernández-Nava, Y., Gómez, L., García, M.M. (2012). Co-digestion of cattle manure with food waste and sludge to increase biogas production. Waste Manag. 2012, 32, 1821–1825.
43. MurpHy JD., Braun R., Weiland P., Wellinger, A. (2011). Biogas from Crop Digestion. IEA Bioenergy Task 37. Erişim Adresi: http://www.iea-biogas.net/.
44. Mutlu, E. (2013). Türkiye’de Yenilenebilir Enerji Ekonomisi ve Ankara İli’nde SWOT Analizi. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Kültür Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü.
45. Nacar Koçer, N., Öner, C., Sugözü, İ. (2006). TÜRKİYE’DE HAYVANCILIK POTANSİYELİ ve BİYOGAZ ÜRETİMİ. Fırat Üniversitesi Doğu Araştırmaları Dergisi, 4(2), 17-20.
46. Najafpour, G. D., Younesi, H., ve Khodakaramian, G. (2015). Biogas production from citrus wastes: Pretreatment and co-digestion strategies. Bioresource Technology, 101(14), 5243-5248.
47. Narin, M. (2008). Türkiye’nin Enerji Yapısı ve İzleyeceği Öncelikli Politikalar. ASO Dosya Ankara Sanayi Odası Dergisi, Ağustos-Eylül, 50-68.
48. Ojolo, S.J., Oke, S.A., Animasahun, B.K., Adesuyi, B.K. (2007). Utilization of Poultry, Cow and Kitchen Wastes for Biogas Production: A Comparative Analysis, Journal of Environmental Health Science & Engineering, 4(4): 223-228. Onursal, E., Oechsner, E., Ekinci, K. (2011). Biogas Production Potential Of Rose Oil Processing Wastes And Quail Manure İn Turkiye: Assessment By Hohenheim Batch Test, Tarım Makinaları Bilimi Dergisi (Journal of Agricultural Machinery Science) 2011, 7 (4), 393-398.
49. Özdemir, H., Yılmaz, S. (2020). Yeşil dönüşüm ve biyogaz üretiminde alternatif materyallerin katkıları. Environmental Technology & Innovation, 19(6), 79-92.
50. Öztürk, M. (2005). Hayvan gübresinden biyogaz üretimi. T.C. Çevre ve Orman Bakanlığı Müsteşarlığı, Ankara.
51. Öztürk, M. (2024). Anaerobik çürütme tesislerinde kullanılan bazı atık türleri. Enerji ve Çevre Dünyası Dergisi, 191. Sayı.
52. Parmar, A., Singh, N, K., Pandey, A ., Gnansounou, E., Madamwar D. (2011). Cyanobacteria and microalgae: a positive prospect for biofuels. Bioresource Technology, 102 (22), pp. 10163-10172.
53. Sahota, Ş., Kumar, S., & Lombardi, L. (2024). Gıda atıklarından biyogaz, biyohidrojen ve biyogaz üretimi: Son gelişmeler, teknik darboğazlar ve beklentiler. Energies, 17(3), 666. https://doi.org/10.3390/en17030666
54. Seyhan AK, Badem A, 2018. Erzincan İlindeki Hayvansal Atıkların Biyogaz Potansiyelinin Araştırılması. Academic Platform Journal Of Engineering And Science, 6 (1): 25-35.
55. Shindell, D. (2021). Global Methane Assessment: Benefits of Mitigating Methane Emissions. United Nations Environment Programme.
56. Singh, J., Gu, S. (2010). Commercialization potential of microalgae for biofuels production Renewable & Sustainable Energy Reviews, 14, pp. 2596-2610.
57. Sözer, S. (2024). Türkiye’deki Kesimhane Atıklarından ve Çiftlik Hayvanları Gübrelerinden Elde Edilebilecek Biyogaz Potansiyelinin Tespiti Üzerine Bir Araştırma. Black Sea Journal of Engineering and Science, 7(4), 627-634. https://doi.org/10.34248/bsengineering.1463671
58. Sözer, S., Kabaş, Ö., & Ünal, İ. (2016). Biyogaz Üretimini Arttırmada Kullanılan Ön İşlemlere Bir Bakış. Tarım Makinaları Bilimi Dergisi, 12(3), 171-176.
59. Şahbaz, M., Sulukan, E. (2021). Modeling biomass-based biofuel production and developing a reference energy system for the agricultural sector in Turkey. Journal of Agriculture Faculty of Ege University, 58(2), 171-180. https://doi.org/10.20289/zfdergi.731470
60. Şahin, D., Kaya, M. (2021). Yenilenebilir ve sürdürülebilir biyogaz hammaddeleri ve çevresel etkileri. Journal of Renewable Energy and Sustainability, 15(1), 45-57.
61. T.C. Çevre Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı (2010). Biyogaz Kılavuzu (Gözden geçirilmiş baskı). https://webdosya.csb.gov.tr/db/cygm/editordosya/biyogaz%20kilavuzu%20pdf.pdf (Erişim Tarihi: 05.02.2025)
62. T.C. Millî Eğitim Bakanlığı Aile ve Tüketici Hizmetleri. Organik Atıklar. 2011. http://megep.meb.gov.tr/mte_program_modul/moduller_pdf/Organik%20At%C4%B1klar.pdf (Erişim Tarihi: 27.12.2024).
63. Tchobanoglous, G., Theisen, H., Vigil, S. A. (2002). Integrated solid waste management: Engineering principles and management issues. Mc-Graw-Hill.
64. Tırınk S, 2022. Hayvansal Atıkların Biyogaz Üretim Potansiyelinin Hesaplanması: Iğdır İli Örneği. Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 12(1): 152-163.
65. Toklu, E., (2017). “Biomass energy potential and utilization in Turkey”, Renewable Energy, Volume 107, pp. 235-244.
66. Vijayalekshmy, M.V. (1985). Biogas Technology Information Package. Bombay: Tata Energy Research Institute.
67. Yüksel, G., & Koca, B. (2020). Biyogaz üretimi ve sıfır atık yaklaşımlarının entegrasyonu. Journal of Environmental Engineering, 42(8), 342-349.
68. Zeeman, G.; Gerbens, S. CH4 Emissions from Animal Manure. Available online: https://research.wur.nl/en/publications/ch4-emissions-from-animal-manure.
69. Ziauddin, Z., Rajesh, R. (2015). Production and Analysis of Biogas from Kitchen Waste, International Research Journal of Engineering And Technology, 2(4): 622-632.
70. Uysal, Y., & Öztürk, S. (2020). Geleneksel biyogaz hammaddelerinin enerji verimliliği üzerine etkileri. Enerji Dergisi, 22(4), 189-198.
71. Yadava, L.S., ve Hesse, P.R. (1981). The development and use of biogas technology in rural areas of Asia. FAO/UNDP Regional Project RAS/75/004, Project Field Document No.10.
72. Yetiş AD, Gazigil L, Yetiş R, Çelikezen B, 2019. Hayvansal Atık Kaynaklı Biyogaz Potansiyeli: Bitlis Örneği. Akademik Platform Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, 7 (1): 74-78.
73. Yılmaz, V. (2009). Sürdürülebilir bir sistemde biyogazın yeri. V. Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu 2009 - Diyarbakır, 1-10.
74. Yılmaz, A. (2022). Sivas yöresinden elde edilen sığır gübresinden biyogaz üretiminde ön işlemlerin biyogaz verimine etkisinin araştırılması (Yüksek lisans tezi). Cumhuriyet Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı.
75. Yılmaz, A., Ünvar, S., Koca, T., Koçer, A. (2017). TÜRKİYE’DE BİYOGAZ ÜRETİMİ VE BİYOGAZ ÜRETİMİ İSTATİSTİK BİLGİLERİ. Technological Applied Sciences, 12(4), 218-232.
76. Yürük F., Erdoğmuş P. (2015). Düzce İlinin Hayvansal Atıklardan Üretilebilecek Biyogaz Potansiyeli ve K-Means Kümeleme ile Optimum Tesis Konumunun Belirlenmesi, İleri Teknoloji Bilimleri Dergisi, 4(1): 47-56.
77. Zai, W., & Lin, Y. (2022). Sustainable biogas production from agricultural residues: a comprehensive review of strategies. Environmental Progress & Sustainable Energy, 41(6), 3246-3258.