Sustainable Energy Future: Investigation of Biogas Production with Livestock Waste and Energy Potential

Abstract

Many studies have shown that biomass, which is a sustainable and economical energy source today, has the potential to replace many fossil fuels. Especially in countries where animal husbandry is intense, biogas production from animal waste increases energy security, alleviates environmental problems and accelerates the transition to renewable energy. Increasing investments in biogas facilities in countries where animal husbandry activities are intense will be an important step for sustainable environment and economic development by facilitating waste management and supporting energy production. This approach offers environmentally friendly and innovative solutions to the energy system. In this study, the potential for biogas production from animal waste in Van province and its districts was analyzed. In the study, the amounts of waste originating from cattle, sheep and poultry were calculated based on the 2023 Turkish Statistical Institute (TUIK) data. The biogas potentials of the wastes were evaluated using the Agro-Waste method. As a result; It was determined that cattle waste contributed 63.68%, sheep waste 36.11% and poultry waste 0.22% in biogas production. Among the districts with the highest potential, Erciş, Tuşba and İpekyolu districts stand out, and the research shows that the total biogas potential of Van province is 50 004 441.08 m³. This value is equivalent to 59 005 240.47 m³ of natural gas, 73 006 483.97 kg of coal and 235 020 873.05 kWh of electricity production. These data show that biogas production in Van province not only meets the energy need, but also offers a strong alternative to traditional energy sources, and offers an important opportunity to achieve environmental sustainability and economic development goals.

Keywords

• Biogas potential
• animal waste
• energy saving
• Van

SÜRDÜRÜLEBİLİR ENERJİ GELECEĞİ: HAYVANCILIK ATIKLARIYLA BİYOGAZ ÜRETİMİ VE ENERJİ POTANSİYELİNİN ARAŞTIRILMASI

Abstract

Yapılan birçok çalışma göstermiştir ki günümüzde sürdürülebilir ve ekonomik bir enerji kaynağı olan biyokütle birçok fosil yakıtların yerine geçebilecek potansiyele sahiptir. Özellikle hayvancılığın yoğun olduğu ülkelerde, hayvansal atıklardan biyogaz üretimi, enerji güvenliğini artırırken çevresel sorunları hafifletir ve yenilenebilir enerjiye geçişi hızlandırır. Hayvancılık faaliyetlerinin yoğun olduğu ülkelerde biyogaz tesislerine yönelik yatırımların artırılması, atık yönetimini kolaylaştırmakla birlikte, enerji üretimini de destekleyerek sürdürülebilir bir çevre ve ekonomik kalkınma için önemli bir adım olacaktır. Bu yaklaşım, enerji sistemine çevreci ve yenilikçi çözümler sunar. Bu çalışmada, Van ili ve ilçelerinde hayvansal atıklardan biyogaz üretim potansiyeli analiz edilmiştir. Çalışmada 2023 yılı Türkiye İstatistik Kurumu (TÜİK) verileri temel alınarak büyükbaş, küçükbaş ve kanatlı hayvanlardan kaynaklanan atık miktarları hesaplanmıştır. Agro-Waste yöntemi kullanılarak atıkların biyogaz potansiyelleri değerlendirilmiştir. Sonuç olarak; biyogaz üretiminde büyükbaş hayvan atıkları % 63,68, küçükbaş hayvan atıkları % 36,11 ve kanatlı hayvan atıkları % 0,22 oranında katkı sağladığı tespit edilmiştir. En yüksek potansiyele sahip ilçeler arasında Erciş, Tuşba ve İpekyolu ilçeleri öne çıkmakta olup, yapılan araştırma Van ilinin toplam biyogaz potansiyelinin 50.004.441,08 m³ olduğunu göstermektedir. Bu değer, 59.005.240,47 m³ ile doğal gaza, 73.006.483,97 kg ile kömüre ve 235.020.873,05 kWh ile elektrik üretimine eşdeğerdir. Bu veriler, Van ilinde biyogaz üretiminin yalnızca enerji ihtiyacını karşılamakla kalmayıp, geleneksel enerji kaynaklarına güçlü bir alternatif sunduğunu, çevresel sürdürülebilirlik ve ekonomik kalkınma hedeflerine ulaşmada önemli bir fırsat sunduğunu göstermektedir.

Keywords

• Biyogaz potansiyeli
• hayvansal atık
• enerji tasarrufu
• Van

References

1. Abdeshahian, P.L., Jeng S.H., Wai S., Hashim, H. ve Lee, C.T. (2016) Potential of biogas production from farm animal waste in Malaysia, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 60, 714–723. doi: 10.1016/j.rser.2016.01.117
2. Altıkat, S. ve Çelik, A. (2012) Iğdır İlinin Hayvansal Atık Kaynaklı Biyogaz Potansiyeli, Iğdır Üni. Fen Bilimleri Enst. Der, 2(1), 61–66
3. Baran, M.F., Lüle, F. ve Gökdoğan, O. (2017) Adıyaman İlinin Hayvansal Atıklardan Elde Edilebilecek Enerji Potansiyeli, Türk Tarım ve Doğa Bilimleri Dergisi, 4(3), 245–249
4. Bhattacharjee, S. ve Mohanta, S. (2018) An Inclusive Investigation on Conceivable Performance of Rice Straw Incinerated Electricity Generation, Journal of The Institution of Engineers (India): Series B, 99(3), 245–261. doi: 10.1007/s40031-018-0325-9
5. Bilgen, S., Keleş, S., Sarıkaya, İ. ve Kaygusuz, K. (2015) A perspective for potential and technology of bioenergy in Turkey: Present case and future view, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 48, 228–239. doi: 10.1016/j.rser.2015.03.096
6. Burg, V., Bowman, G., Haubensak, M., Baier, U. ve Thees, O. (2018) Valorization of an untapped resource: Energy and greenhouse gas emissions benefits of converting manure to biogas through anaerobic digestion, Resources, Conservation and Recycling, 136, 53–62. doi: 10.1016/j.resconrec.2018.04.004
7. Çağlayan, G. H. (2020) Doğu Anadolu Bölgesindeki Büyükbaş ve Küçükbaş Hayvan Atıklarının Biyogaz Potansiyelinin İncelenmesi, Türk Tarım ve Doğa Bilimleri Dergisi, 7(3), 672–681. doi: 10.30910/turkjans.699879
8. Demir Yetiş, A., Gazigil, L., Yetiş, R. ve Çelikezen, B. (2019) Hayvansal Atık Kaynaklı Biyogaz Potansiyeli: Bitlis Örneği, Academic Platform Journal of Engineering and Science, 7(1), 1–1. doi: 10.21541/apjes.405308

9. Erdil, A. ve Erbıyık, H. (2015) Renewable Energy Sources of Turkey and Assessment of Sustainability, Procedia-Social and Behavioral Sciences, 207, 669–679. doi: 10.1016/j.sbspro.2015.10.137
10. Eryilmaz, T., Yesilyurt, M.K., Gokdogan, O. ve Yumak, B. (2015) Determination of Biogas Potential from Animal Waste in Turkey : A Case Study for Yozgat Province, Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 2(4), 106–111.
11. Gülşen, H. ve Yenigün, İ. (2021) Investigation of origin plant and animal bioenergy capacity for Turkey, Periodicals of Engineering and Natural Sciences, 9(2), 339-346.
12. Güray, B.Ş. ve Merdan, E. (2022) Türkiye Yenilenebilir Enerji Görünümü, İstanbul/ Türkiye: Sabancı Üniversitesi IICEC.
13. Lisbona, P., Pascual, S. ve Pérez, V. (2023) Waste to energy: Trends and perspectives, Chemical Engineering Journal Advances, 14, 100494. doi: 10.1016/j.ceja.2023.100494
14. Mehta, A., Mishra, A., Basu, S., Shetti, N.P., Reddy, K.R., Saleh, T.A. ve Aminabhavi, T.M. (2019) Band gap tuning and surface modification of carbon dots for sustainable environmental remediation and photocatalytic hydrogen production – A review, Journal of Environmental Management, 250, 109486. doi: 10.1016/j.jenvman.2019.109486
15. Neshat, S.A., Mohammadi, M., Najafpour, G.D. ve Lahijani, P. (2017) Anaerobic co-digestion of animal manures and lignocellulosic residues as a potent approach for sustainable biogas production, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 79, 308–322. doi: 10.1016/j.rser.2017.05.137
16. Patowary, D., West, H., Clarke, M. ve Baruah, D.C. (2016) Biogas Production from Surplus Plant Biomass Feedstock: Some Highlights of Indo-UK R&D Initiative, Procedia Environmental Sciences, 35, 785–794. doi: 10.1016/j.proenv.2016.07.094
17. Roy B., D., Bhattacharjee, S. ve Rajak, S. (2024) Analysis of an anaerobically digested animal waste-based microturbine driven-biogas energy system, Renewable Energy, 234, 121205. doi: 10.1016/j.renene.2024.121205
18. Seyhan K., A. ve Badem, A. (2021) Erzincan ili hayvansal atık kaynaklı biyogaz potansiyelinin değerlendirilmesine yönelik biyogaz tesisi senaryoları, Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 11(1), 245–256. doi: 10.17714/gumusfenbil.743724
19. Sharma, S., Basu, S., Shetti, N.P. ve Aminabhavi, T.M. (2020) Waste-to-energy nexus for circular economy and environmental protection: Recent trends in hydrogen energy, Science of The Total Environment, 713, 136633. doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.136633
20. Şirin, Ü., Karaman, S., Erkuş, F.Ş., Tüfenkçi, Ş. ve Tuncay, K. (2022) Van İlinde Hayvan Gübrelerinden Elde Edilecek Biyogaz Enerji Potansiyelinin Belirlenmesi, Turkish Journal of Agriculture-Food Science and Technology, 10(1), 2848–2854. doi: 10.24925/turjaf.v10isp1.2848-2854.5705
21. Taşova, M. ve Yazarel, S. (2019) Yozgat İli Hayvansal Kaynaklı Atıkların Biyogaz ve Enerji Potansiyellerinin Belirlenmesi, International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2(1), 16–24. doi: 10.38001/ijlsb.527131
22. Teke, R.B., Demir Yetiş, A.ve Yetis, R. (2019) Türkiye’ de Hayvansal Atıkların Olasılı Biyogaz Potansiyeli : Muş Örneği, Uluslararası Katılımlı 72. Türkiye Jeoloji Kurultayı, 744–748.
23. Tırınk, S. (2022) Hayvansal Atıkların Biyogaz Üretim Potansiyelinin Hesaplanması: Iğdır İli Örneği, Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 12(1), 152–163. doi: 10.21597/jist.1026987
24. TSO (2023) VAN Ticaret ve Sanayi Odası İlçe Raporu.
25. TÜİK (2024) Türkiye İstatistik Kurumu (TÜİK).
26. Vlyssides, A., Mai, S. ve Barampouti, E. M. (2015) Energy Generation Potential in Greece From Agricultural Residues and Livestock Manure by Anaerobic Digestion Technology, Waste and Biomass Valorization, 6(5), 747–757. doi: 10.1007/s12649-015-9400-5
27. Yenigün, İ., Gülşen, H. ve Yenigün A. (2021) Mardin ilinin hayvansal atık kaynaklı biyogaz potansiyelinin belirlenmesi, DÜMF Mühendislik Dergisi, 12(3), 479-486.