Biogas production from animal waste in dairy farms: energy efficiency and environmental impacts for Yozgat province

Yıl 2025, Cilt: 5 Sayı: 2, 607 - 622

Nevfel Yunus Coskun

Öz

Energy consumption constitutes an important part of production costs in dairy farms. Especially raw milk cooling is a process with high energy demand and the use of biogas has an important potential in reducing costs. The wastes of animals used in milk production can meet local energy demands and minimise carbon emissions and environmental impacts. The aim of this study is to evaluate the potential of biogas production from animal wastes to meet the energy needs of dairy farms in Yozgat province. In the study, the use of biogas energy in raw milk cooling processes of dairy farms in the province was analysed and the economic and environmental advantages that can be provided were examined. According to the results, it is calculated that approximately 26.06 GWh of electrical energy can be produced annually from the biogas that can be produced from the wastes of 163,588 dairy cattle from 221,665 cattle in Yozgat and this amount is at a level that can meet 2.54% of the annual electricity consumption of the province. In addition, it is seen that the raw milk collected in the province can meet the entire energy required in cooling processes. With the electrical energy that can be produced from animal wastes in Yozgat province; 27,474.24 tonnes CO₂ emission compared to lignite, 23,140.88 tonnes CO₂ compared to hard coal, 19,098.98 tonnes CO₂ compared to fuel oil, 13,005.94 tonnes CO₂ compared to natural gas, 1,719.96 tonnes CO₂ compared to nuclear energy and 990.28 tonnes CO₂ compared to geothermal energy will be prevented. These findings show the potential of biogas utilisation to reduce local energy costs and ensure environmental sustainability.

Anahtar Kelimeler

Biomass, Biogas, Cooling, Environmental İmpact

Süt çiftliklerinde hayvansal atık kaynaklı biyogaz üretimi: Yozgat ili için enerji verimliliği ve çevresel etkileri

Öz

Süt çiftliklerinde üretim maliyetlerinin önemli bir kısmını enerji tüketimi oluşturmaktadır. Özellikle çiğ süt soğutma işlemleri, enerji ihtiyacının fazla olduğu bir süreç olup, maliyetlerin azaltılmasında biyogaz kullanımı önemli bir potansiyel taşımaktadır. Süt üretiminde kullanılan hayvanların atıkları, yerel enerji taleplerini de karşılayabilir ayrıca karbon emisyonlarını ve çevresel etkileri minimize edilmesine olanak sağlayabilir. Bu çalışmanın amacı, Yozgat ilindeki süt çiftliklerinin enerji ihtiyaçlarını karşılamak üzere hayvansal atıklarının biyogaz üretim potansiyelini değerlendirmektir. Çalışmada, il genelindeki süt işletmelerinin çiğ süt soğutma işlemlerinde biyogaz enerjisinin kullanımı analiz edilmiş ve sağlanabilecek ekonomik ve çevresel avantajlar incelenmiştir. Sonuçlara göre, Yozgat’ta bulunan 221.665 büyükbaş hayvandan, 163.588 süt sığırının atıklarından üretilebilecek biyogazdan yılda yaklaşık 26.06 GWh elektrik enerjisi üretilebileceği ve bu miktarın ilin yıllık elektrik tüketiminin %2,54'ünü karşılayabilecek bir düzeyde olduğu hesaplanmıştır. Ayrıca ilde toplanan çiğ sütün soğutma işlemlerinde gereksinim duyulan enerjinin tamamını karşılayabileceği görülmüştür. Yozgat ilinde hayvansal atıklardan üretilebilecek elektrik enerjisiyle; linyite göre 27.474,24 ton CO₂, taş kömürüne göre 23.140,88 ton CO₂, fuel-oil’e göre 19.098,98 ton CO₂, doğalgaza göre 13.005,94 ton CO₂, nükleer enerjiye göre 1.719,96 ton CO₂ ve jeotermal enerjiye göre 990,28 ton CO₂ salınımı önlenmiş olacaktır. Bu bulgular, biyogaz kullanımının yerel enerji maliyetlerini düşürme ve çevresel sürdürülebilirliği sağlama potansiyelini göstermektedir.

Anahtar Kelimeler

Biyokütle, Biyogaz, Soğutma, Çevresel Etki

Kaynakça

• Lin TY, Chiu YH, Chen CH, Ji L (2025) Renewable energy consumption efficiency, greenhouse gas emission efficiency, and climate change in Europe. Geoenergy Science and Engineering 247:213665. https://doi.org/10.1016/j.geoen.2025.213665
• Bong CPC, Ho WS, Hashim H, Lim JS, Ho CS, Tan WSP, Lee CT (2017) Review on the renewable energy and solid waste management policies towards biogas development in Malaysia. Renewable and Sustainable Energy Reviews 70:988-998. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.12.004
• Sağır H (2025) Enerji Politikaları ve Paradigma Değişimi: İklim Değişikliği Bağlamında Dönüşüm. Uluslararası Ekonomi ve Siyaset Bilimleri Akademik Araştırmalar Dergisi 8(20):84-95. https://doi.org/10.58202/joecopol.1594716
• Bashir MF, Pata UK, Shahzad L (2025) Linking climate change, energy transition and renewable energy investments to combat energy security risks: Evidence from top energy consuming economies. Energy 314: 134175. https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.134175
• Ghimire M, Pandey S, Woo J (2025) Accounting socio-economic benefits of household biogas towards net zero energy transition in developing countries: A case study of Nepal. Energy for Sustainable Development 85:101634. https://doi.org/10.1016/j.esd.2024.101634
• Iuel-Stissing J, Jacobsen PH, Greve Johansen A. (2025) Governing resource making in energy transitions: a study of shifting configurations of biogas in Denmark from farming to big business. Journal of Environmental Policy and Planning 1-14. https://doi.org/10.1080/1523908X.2025.2451701
• Saboohi Z, Hosseini SE (2025) Advancements in biogas production: process optimization and innovative plant operations. Clean Energy zkae096. https://doi.org/10.1093/ce/zkae096
• Shorrocks W, Wang Y, Huang Y (2025) Sustainable agriculture: Assessing the feasibility of biogas derived energy generation on a UK mixed-model farm. Energy Reports 13:1537-1547. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2025.01.018
• Taşova M, Yazarel S (2019) Yozgat ili hayvansal kaynaklı atıkların biyogaz ve enerji potansiyellerinin belirlenmesi. International Journal of Life Sciences and Biotechnology 2(1):16-24. https://doi.org/10.38001/ijlsb.527131
• Eryılmaz T, Yeşilyurt MK, Gökdoğan O, 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.
• Tüfekci H (2020) Yozgat ili küçükbaş hayvan yetiştiriciliğinin yapısal durumu ve geliştirme olanaklarının belirlenmesi. Hayvansal Üretim 61(2):91-100. https://doi.org/10.29185/hayuretim.663273
• Arslan R, Bircan H, Eleroğlu H (2018) Aras ve COPRAS yöntemleriyle Yozgat ilinde kurulabilecek biyogaz, kompost, vermikompost tesislerinin optimallik sıralaması. Turkish Journal of Agriculture-Food Science and Technology 6(12):1844-1852. https://doi.org/10.24925/turjaf.v6i12.1844-1852.2319
• Coşkun NY, Atalay H, Çoban MT (2023) Experimental performance analysis of a biogas energy assisted hybrid milk cooling system. International Journal of Refrigeration 156:150-160. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2023.09.018
• Ermetin O, Abacı Nİ (2022) Yozgat İli Süt Sığırcılığı Faaliyetinin Mevcut Durumu ve Üreticilerin Gelecekten Beklentileri. Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi 11(1):4-26.
• Peterson R (2008) Energy management for dairy farms. In Presentation at the Farm Energy Audit Training for Field Advisors Workshop.
• Torres-Toledo V, Meissner K, Coronas A, Müller J (2015) Performance characterisation of a small milk cooling system with ice storage for PV applications. international journal of refrigeration 60:81-91. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2015.06.025
• Gündüz D, Ateş EB (2024) Catching the biogas opportunity: Determining the animal waste-based biogas potential and environmental effects for Sirnak. Journal of Innovative Engineering and Natural Science 4(1):84-97. https://doi.org/10.61112/jiens.1356107
• Coskun NY, Atalay H, Çoban MT (2023) Biyogaz Enerjisi Destekli Süt Soğutma Sistemi Performansının Simülasyon ve Deneysel Olarak İncelenmesi. Journal of the Institute of Science and Technology 13(2):1199-1211. https://doi.org/10.21597/jist.1218596
• Bainbridge ML, Egolf E, Barlow JW, Alvez JP Roman J, Kraft J (2017) Milk from cows grazing on cool-season pastures provides an enhanced profile of bioactive fatty acids compared to those grazed on a monoculture of pearl millet. Food chemistry 217:750-755. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2016.08.134
• Murphy MD, Upton J, O'Mahony MJ (2013) Rapid milk cooling control with varying water and energy consumption. Biosystems engineering 116(1):15-22. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2013.05.007
• Pilatowsky I, Rivera W, Romero JR (2004) Performance evaluation of a monomethylamine–water solar absorption refrigeration system for milk cooling purposes. Applied thermal engineering 24(7):1103-1115. https://doi.org/10.1016/S1359-4311(03)00087-5
• Yağmur E, Yılmaz SS (2024) Kırşehir İlinin Biyogaz Atık Potansiyelinin Ceviz (Juglans regia L.) Üretiminde Kullanılabilirliği. Yekarum 9(1):45-62.
• Matur UC, Atasayın A (2024) Hayvan Gübresinden Biyogaz Üretim Potansiyelinin Belirlenmesi: Ankara, Gaziantep, Kars. Mühendis ve Makina (716):409-431. https://doi.org/10.46399/muhendismakina.1330243
• De Blas M, Appelbaum J, Torres JL, Garcia A, Prieto E, Illanes R (2003) A refrigeration facility for milk cooling powered by photovoltaic solar energy. Progress in Photovoltaics: Research and Applications 11(7): 467-479. https://doi.org/10.1002/pip.507
• Modi A, Chaudhuri A, Vijay B. Mathur J (2009) Performance analysis of a solar photovoltaic operated domestic refrigerator Applied Energy 86(12):2583-2591. https://doi.org/2591. 10.1002/pip.507
• Demir V, vd. (2016) Experimental investıgatıon of cooling performance of milk cooling tank with the vapor compressed and solar absorption (LiCI-H2O) cooling system. Journal of Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University (31):29-37. https://doi.org/10.17341/gummfd.04962
• Blas MD, Appelbaum J, Torre JL, Garcia A, Francisco AD (2006) Characterisation Of An Electric motor Directly Coupled To A Photovoltaic Solar Array İn A Refrigeration Facility For Milk Cooling. Biosystems Engineering 95(3):461-471. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2006.07.003
• Töke LB, Tunçez FD Biyogaz tesislerinde verimliliği artırmaya yönelik bir analiz: Biyogaz tesisi senaryoları. Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi SBE Dergisi 14(2):465-481. https://doi.org/10.30783/nevsosbilen.1414565
• Canbaz GT, Bulut AP (2021) İç Anadolu Bölgesinde Bulunan Hayvansal Atıkların Biyogaz Potansiyelinin İncelenmesi. Türk Tarım ve Doğa Bilimleri Dergisi 8(4):905-912. https://doi.org/10.30910/turkjans.833381
• Arslan R, Bircan H, Eleroğlu H (2018) Aras ve COPRAS yöntemleriyle Yozgat ilinde kurulabilecek biyogaz, kompost, vermikompost tesislerinin optimallik sıralaması. Turkish Journal of Agriculture-Food Science and Technology 6(12):1844-1852. https://doi.org/10.24925/turjaf.v6i12.1844-1852.2319
• Türkiye İstatistik Kurumu (TÜİK), Hayvancılık İstatistikleri TÜİK Veri Portalı, 2024 Süt ve Süt Ürünleri Üretimi Veri Seti. https://biruni.tuik.gov.tr/medas/?kn=85&locale=tr Erişim: 24 Şubat 2025.
• Türkiye İstatistik Kurumu (TÜİK), Hayvancılık İstatistikleri TÜİK Veri Portalı, 2024 Hayvancılık İstatistikleri Veri Seti. https://biruni.tuik.gov.tr/medas/?kn=101&locale=tr Erişim: 20 Şubat 2025.
• T.C. Tarım ve Orman Bakanlığı Yozgat İl Tarım ve Orman Müdürlüğü, https://www.tarimorman.gov.tr/TRGM/TARYAT/Belgeler/Tar%C4%B1msal%20yat%C4%B1r%C4%B1m%20rehberi/Yozgat%20Tar%C4%B1msal%20Yat%C4%B1r%C4%B1m%20Rehberi.pdf Erişim: 24 Şubat 2025.
• Kaynarca H, Kılıç T, Açıkkalp E, Kandemir SY 2021, Eskişehir’in Biyogaz Potansiyelinin Değerlendirilmesi. Coğrafya Dergisi, (42), 271-282. https://doi.org/10.26650/JGEOG2021-881905
• Ekinci K, Kulcu R, Kaya D, Yaldız O, Ertekin C, Öztürk HH (2010) The prospective of potential biogas plants that can utilize animal manure in Turkey. Energy Exploration and Exploitation 28(3):187–206. https://doi.org/10.1260/0144-5987.28.3.18
• Kılıç ED, Gündüz AAB, Mavi A ve Arslan O (2023) Bilecik İlinin Biyogaz Potansiyeli ve Çevresel Değerlendirmesi. Uluslararası Katılımlı 24. Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi (ULIBTK’23) (pp.326-330). Ankara, Türkiye.
• Kaya D ve Öztürk HH (2012) Biyogaz teknolojisi: üretim-kullanım-projeleme (1. basım), Biyogazdan ısı ve güç üretimi (147-154), Biyogaz sistemleri için çevresel analiz (224-227), Kocaeli Üniversitesi Umuttepe Kitapevi.
• Tekinşen OC (2000). Süt Ürünleri Teknolojisi, (3. basım), 24-25, Konya, Selçuk Üniversitesi Basımevi.
• Vilar MJ, Rodriguez- Otero JL, Sanjuan ML, Dieguez FJ, Varela M, Yus E (2012) Implementation of HACCP Kontrol The Influence of Milking Equipment and Cooling Tank on The Milk Quality. Food Science and Technology 23:4-12. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2011.08.002
• Tırınk S (2022) Hayvansal atıkların biyogaz üretim potansiyelinin hesaplanması: Iğdır ili örneği. Journal of the Institute of Science and Technology 12(1):152-163. https://doi.org/10.21597/jist.1026987
• Yapılcan HE ve Bakırtaş H (2023) Yenilenebilir Enerji Olarak Biyogaz: Aksaray İli Örneği. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi 11(1):298-309. https://doi.org/10.21923/jesd.1049878
• Enerji Atlası, Elektrik Üretiminde Karbon Salınımı. https://www.enerjiatlasi.com/haber/elektrik-uretiminde-karbon-salinimi Erişim: 20 Şubat 2025.
• Erdoğan S (2020) Enerji, çevre ve sera gazları. Çankırı Karatekin Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi 10(1):277-303. https://doi.org/10.18074/ckuiibfd.670673
• Arslantürk Y, Yereli AB (2023) Et ve Süt Kurumu Genel Müdürlüğünün Mali Yapısının Analizi ve Politika Önerileri. Yönetim ve Ekonomi Dergisi 30(2):377-396. https://doi.org/10.18657/yonveek.1192559
• Kaynarca H, Onay Ö (2024) Sarıcakaya İlçesinin Güneş ve Biyogaz Enerji Potansiyelinin Hesaplanması. Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi 14(3):1006-1028. https://doi.org/10.31466/kfbd.1340601
• Ataseven YZ (2023) Durum ve Tahmin, Süt ve Süt Ürünleri 2023. Tarımsal Ekonomi ve Politika Geliştirme Enstitüsü Müdürlüğü, Ankara.