An analysis for increasing efficiency in biogas plants: Biogas plant scenarios

Öz

Sustainable development is an approach that emphasizes the integration of economic, social and environmental dimensions. Nowadays, societies focusing on sustainable economic growth, conservation of the environment, reduction of the use of fossil resources, increased use of domestic and renewable energy sources, and reduced dependence on meeting energy needs have embarked on a search for solutions for a sustainable future. In this study, the use of recyclable materials and measures to protect the environment and strengthen the economy have been outlined. The study aims to demonstrate that biogas production can be achieved at a lower cost by changing the ratio of waste. Four scenarios have been developed for the recovery of 160 tons of waste. The scenarios covered eight types of waste, with variations in C/N ratios, solid quantities, biogas content and unit prices. Wastes were selected from the raw materials used for the production of biogas. Biogas subheat value is 5.160 kcal/m3, plant electric power efficiency is 40%, organic solid fertilizer yield is 90%, electricity unit sales volume is 0.54 TL/kWh, organic solids unit sales value is 400 TL/tonne.

Anahtar Kelimeler

• Sustainable Development
• Renewable Energy
• Waste Management
• Biogas

Biyogaz tesislerinde verimliliği artırmaya yönelik bir analiz: Biyogaz tesisi senaryoları

Öz

Sürdürülebilir kalkınma; ekonomik, sosyal ve çevresel boyutların bütüncül olarak ele alınmasını vurgulayan bir yaklaşımdır. Günümüzde ekonomik büyümenin sürdürülebilmesine, çevrenin korunmasına, fosil kaynak kullanımının azaltılmasına, yerli ve yenilenebilir enerji kaynak kullanımının artırılmasına ve enerji ihtiyacının karşılanmasında bağımlılığın azaltılmasına yönelik çalışmalara odaklanan toplumlar; sürdürülebilir geleceğe yönelik olarak çözüm arayışına girmişlerdir. Bu çalışmada geri dönüştürülebilir malzeme kullanımı ile çevreyi koruma ve ekonomiyi güçlendirme amaçlarına uygun eylemler gündeme getirilmiştir. Çalışmada atıkların oranlarında yapılan değişiklik ile daha düşük maliyetle biyogaz üretiminin yapılabileceğini göstermek amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda 160 ton atık kullanımının yapılabileceği 4 senaryo oluşturulmuştur. Senaryolarda C/N oranları, katı madde miktarları, biyogaz içerikleri ve birim fiyatları farklılık gösteren sekiz tür atık ele alınmıştır. Atıklar, biyogaz üretimi için kullanılan hammaddeler arasından seçilmiştir. Biyogaz alt ısıl değeri 5.160 kcal/m3, tesis elektriksel güç verimi %40, organik katı gübre verimi %90, elektrik birim satış tutarı 0,54 TL/kWh, organik katı gübre birim satış tutarı 400 TL/ton değerleri üzerinden yapılan hesaplamaların sonuçları sunulmuştur.

Anahtar Kelimeler

• Sürdürülebilir Kalkınma
• Yenilenebilir Enerji
• Atık Yönetimi
• Biyogaz

Kaynakça

1. Al Seadi T., Rutz D., Prassl H., Köttner M., Finsterwalder T., Volk S., & Janssen R. (2008). Biogas Handbook, University of Southern Denmark Esbjerg, Denmark.
2. Antonio da Silva Gonçalves V., & Mil-Homens dos Santos, FJ. (2019). Energy management system ıso 50001:2011 and energy management for sustainable development. Energy Policy, 133(2019), 1-9. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2019.07.004
3. Atelge, M. R., David, K., Kumar, G., Eskicioglu, C., Nguyen, D.D., Chang, S. W., Atabani, A.E., Al-Muhtaseb, A. H., & Unalan, S. (2020). Biogas production from organic waste: recent progress and perspectives. Waste and Biomass Valorization, 11(2020), 1019–1040. https://doi.org/10.1007/s12649-018-00546-0
4. Aydın, M., & Deniz, K. (2018). Atık yönetiminde vergi politikasının rolü: Türkiye değerlendirmesi. Yönetim Bilimleri Dergisi, 15(30), 435-461. https://dergipark.org.tr/tr/pub/comuybd/issue/36994/534515
5. Baş, K., (2018). Türkiye’de sürdürülebilir enerji ve kooperatiflerin rolü. [Yüksek Lisans tezi]. Trakya Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü.
6. Bayraç, H. (2010). Enerji kullanımının küresel ısınmaya etkisi ve önleyici politikalar. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 11(2): 229-259. https://dergipark.org.tr/tr/pub/ogusbd/issue/10998/131623
7. Belay, J. B., Habtu, N. G., Ancha, V. R. & Hussen, A. S. (2021). Alkaline hydrogen peroxide pretreatment of cladodes of cactus (opuntia ficus-indica) for biogas production. Heliyon 7(2021), 1-7, https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e08002
8. Bozkurt, A.U., (2008). Yenilenebilir enerji kaynaklarının enerji verimliliği açısından değerlendirilmesi. [Yüksek Lisans Tezi]. Dokuz Eylül Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü.

9. Bozkurt, S., (2012). Evsel nitelikli katı atıkların geri dönüşüm olasılıkları ve bertaraf yöntemlerinin araştırılması. [Çevre Mühendisliği A.B.D. Doktora Tezi]. Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
10. Çallı, B. (2012). Atıklardan Biyogaz Üretimi. Türkiye Kimya Derneği-Genç Kimyacılar Platformu. https://docplayer.biz.tr/7017926-Atiklardan-biyogaz-uretimi.html
11. Çetinkaya, M., S., (2019). Sıfır atık yaklaşımının geri kazanılabilir atık kâğıt miktarı ve kalitesine etkisi: akdeniz bölgesi ve ege bölgesi pilot örnek [Yüksek Lisans Tezi]. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
12. Demircioğlu, E. N., & Ever, D. (2020). Döngüsel ekonomiye geçişte endüstriyel simbiyozun maliyetler üzerine etkisi. Ç.Ü. Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 29(3), 461-473. https://doi.org/10.35379/cusosbil.778908
13. Deviren, H., İlkılıç, C., & Aydın, S. (2017). Biyogaz üretiminde kullanılabilen materyaller ve biyogazın kullanım alanları. Batman Üniversitesi Yaşam Bilimleri Dergisi, 7(2), 79-88. https://dergipark.org.tr/tr/pub/buyasambid/issue/33195/339987
14. Eurostat, (2020). Waste Generation by Economic Activities and Households, 2020. https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php?title=Waste_statistics#Total_waste_generation
15. Gülen, J., & Çeşmeli, Ç. (2012). Biyogaz hakkında genel bilgi ve yan ürünlerin kullanım alanları, EÜFBED-Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 5(1), 65-84.
16. İleri, H., (2014). Verimlilik, verimlilik ile ilgili kavramlar ve işletmeler açısından verimliliğin önemi. Selçuk Üniversitesi Sosyal Bilimler Meslek Yüksekokulu Dergisi, 1(2), 820-844.
17. İlkılıç, C., & Deviren, H. (2011, Mayıs 16-18). Biyogazın üretimi ve üretimi etkileyen faktörler. 6th International Advanced Tecnologies Symposium (IATS’11), Elazığ.
18. Kavak, K. (2005). Dünya’da ve türkiye’de enerji verimliliği ve türk sanayiinde enerji verimliliğinin incelenmesi [Uzmanlık tezi]. Devlet Planlama Teşkilatı 2689 Nolu Yayını, Ankara.
19. Koca, A. (2007). Yenilenebilir bir enerji kaynağı: biyogaz. Fırat Üniversitesi Doğu Araştırmaları Dergisi, 5(3), 32-35.
20. Koç, E., & Kaya, K., (2015). Enerji kaynakları-yenilenebilir enerji durumu. Mühendis ve Makine Dergisi, 56(668), 36-47. https://dergipark.org.tr/tr/pub/muhendismakina/issue/54338/736171
21. Kumar, R. & Kumar, A., (2024). Recent advances of biogas reforming for hydrogen production: Methods, purification, utility and techno-economics analysis. International Journal of Hydrogen Energy, xxx(xxxx)xxx, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.02.143
22. Lüle, F., (2018). Adıyaman ilinin enerji kaynakları potansiyeli. Tarım Makinaları Bilimi Dergisi (Journal of Agricultural Machinery Science), 14(1), 1-5. https://dergipark.org.tr/tr/pub/tarmak/issue/42371/510157
23. Mayaoğlu Akın, C., (2021). Sıfır atık kapsamında endüstriyel simbiyoz ve atık borsası uygulamalarının incelenmesi [Yüksek Lisans Tezi]. Ege Üniversitesi.
24. Obaideen, K., Abdelkareem, M.A., Wilberforce, T., Elsaid, K., Sayed, E.A., Maghrabie, H.M., Olabi, A.G. (2022). Biogas role in achievement of the sustainable development goals: evaluation, challenges, and guidelines. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 131(2022) 104207 journal homepage: www.elsevier.com/locate/jtice
25. Önder, H., (2018). Sürdürülebilir kalkınma anlayışında yeni bir kavram: döngüsel ekonomi. Dumlupınar Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, (57), 196-204. https://dergipark.org.tr/tr/pub/dpusbe/issue/38899/416907
26. Özbaşer, T., & Erdem, E. (2013). Biyogaz üretimi ve kullanımı. Lalahan Hayvancılık Araştırma Enstitüsü Dergisi, 53(2), 115-124. https://dergipark.org.tr/tr/pub/lahaed/issue/39457/465326
27. Özkan, A., Günkaya, Z., Özdemir, A., & Banar, M. (2018). Sanayide temiz üretim ve döngüsel ekonomiye geçişte endüstriyel simbiyoz yaklaşımı: bir değerlendirme. Anadolu University Journal of Science and Technology B-Theoretical Sciences, 6(1), 84-97. https://doi.org/10.20290/aubtdb.332377
28. Petrecca, G. (2014). Energy conversion and management principles and applications. (3. Baskı). Switzerland: Springer International Publishing.
29. Resmî Gazete, (2015). Atık Yönetimi Yönetmeliği. Sayı:29314
30. Resmî Gazete, (2019). Sıfır Atık Yönetmeliği. Sayı:30829
31. Rosha, P., Rosha, A. K., Ibrahim, H., & Kumar. S., (2021). Recent advances in biogas upgrading to value added products: A review. International Journal of Hydrogen Energy, 46(41), 21318-21337. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.03.246
32. Sıfır Atık by evreka, (2018). Entegre atık yönetimi hiyerarşisi nedir. https://sifiratik.co/2018/10/17/entegre-atik-yonetimi-hiyerarsisi-nedir
33. Solea Enerji, (2024). Biyogaz için uygun hammedeler. http://www.soleaenerji.com/
34. Song, Q., Li, J., & Zeng, X. (2015). Minimizing the increasing solid waste through zero waste strategy. Journal Of Cleaner Production, 104(2015), 199-210. http://dx.doi.org/10.1016/j.jclepro.2014.08.027
35. Şenol, H., Elibol, E. A., Açıkel, Ü. & Şenol, M. (2017). Türkiye’de biyogaz üretimi için başlıca biyokütle kaynakları. BEÜ Fen Bilimleri Dergisi, 6(2), 81-92.
36. Tachmitzaki, E.V., Didaskalou, E. A., & Georgakellos, D. A. (2019). Energy management practices’ determinants in greek enterprises. Sustainability 2020, 12(133). doi:10.3390/su12010133
37. Tanç, A., & Ekinler, F. (2022). Sürdürülebilirlik raporları kapsamında işletmelerin sera gazı salımı: bist sürdürülebilirlik endeksinde bir araştırma. Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi SBE Dergisi, 12(3), 1876-1886. doi: 10.30783/nevsosbilen.1064985
38. The World Bank, (2024). The World Bank Data. https://data.worldbank.org/region/world?view=chart
39. Top, A., (2002). Verimlilik ve üretkenlik üzerine düşünceler. Öneri Dergisi, 5(17), 31- 34. doi: 10.14783/maruoneri.683345
40. Tüik, (2021). Atık İstatistikleri, 2020. https://data.tuik.gov.tr/Bulten/Index?p=Atik-Istatistikleri-2020-37198
41. World Energy Outlook Special Report (2020). Outlook for biogas and biomethane.
42. Yıldız, A., Akgül, S., & Güvercin, S. (2018). Enerji verimliliği ve sanayideki uygulamaları. İleri Teknoloji Bilimleri Dergisi, 7(1), 16-22. https://dergipark.org.tr/tr/pub/duzceitbd/issue/37903/362117
43. Yılmaz, A., Ünvar, S., Koca, T., & Koçer, A. (2017) Türkiye’de biyogaz üretimi ve biyogaz üretimi istatistik bilgileri. Technological Applied Sciences, (2017), 12(4): 218-232. https://dergipark.org.tr/tr/pub/nwsatecapsci/issue/31523/339927