Bitkisel Enerji Kaynakları Ve Kullanım Alanları Nelerdir?

Temiz ve yenilenebilir enerji kaynakları derinlemesine irdelenirse hepsinin doğrudan ya da dolaylı olarak güneş enerjisine bağlı olduğu görülür. Örneğin bitkisel enerji kaynaklarını ele alalım. Fen bilimleri derslerinden de anımsanacağı gibi bitkilerin büyüyüp gelişebilmesi için fotosentez yapması gerekir. Fotosentez, bitkinin güneş ışığı enerjisini kullanarak basit şeker olan glikoz ve diğer organik maddelerle 02’e dönüştürmesidir.

Bir başka anlatımla fotosentez, güneş enerjisinin kimyasal enerjiye dönüştürüldüğü bir olaydır. Güneş enerjisinin kimyasal enerji şeklinde depolandığı gibi organik bileşiklere biyokütle denir. Biyokütle, geçmişten günümüze insanların kullandığı bir enerji kaynağı olmuştur. Ancak biyokütlenin, herhangi bir işleme tabi tutulmadan geleneksel kullanımı taşıtlar için çok da uygun değildir. Bu nedenle birçok araştırma yapılmış ve biyokütleden etanol, metanol, biyodizel, metan, trigliserit gibi biyoyakıtlar üretilmiştir.

Yapılan çalışmalar biyoyakıtların atmosfere fosil yakıtlardan daha az sera gazı saldığını göstermiştir. Dolayısıyla biyoyakıtlar küresel ısınmanın kontrol altına alınmasında etkili olabilir. Biyoyakıt üretiminde şeker kamışı, şeker pancar’, mısır, pirinç, buğday, arpa gibi birçok tarım ürünü kullanılabilir. Bunların her birinin biyoyakıt üretme potansiyeli diğerinden farklıdır.

Üç tarım ürününün büyükten küçüğe doğru sarısıyla pirinç, mısır ve buğday’dır. Pirinç, bilindiği gibi üretimi çok zahmetli bir tarım ürünüdür. Sulak arazi gerektirir. Mısır ve buğday ise her türlü arazide üretilebilir. Bu nedenle günümüzde biyoyakıt üretimi çoğunlukla mısır ve buğdaydan yapılmaktadır. Peki, biyokütlelerden biyoyakıt nasıl üretilir? Örneğin mısırdan etil alkol nasıl elde edilir?

Mısır, buğday, arpa gibi tarım ürünleri doğrudan C6H1206 gibi basit şekerleri içermez. Bu basit şekerlerin birbiriyle tepkimeye girmesinden oluşan nişastayı içerir. Dolayısıyla biyokütleden etil alkol elde edebilmek için öncelikle mısırdaki nişastanın çıkarılıp glikoza dönüştürülmesi gerekir. Bunun için nişasta zincirleri parçalanmalıdır. Bu işlem genellikle 140 ile 180 °C sıcaklıklarda amilaz ve glikoamilaz gibi enzimler kullanılarak yapılır.

Nişastanın hidrolizi enzimatik olarak yapılabildiği gibi asitle de gerçekleştirilebilir. Ancak asit kullanıldığında toksik bazı maddeler oluşur. Bu nedenle nişastanın glikoza dönüştürülmesinde enzimle hidrolizi daha çok tercih edilir.

Kullanılan ham madde ne olursa olsun biyokütleden etanol üretimi sırasında kullanılan yöntemlerin temel uygulamaları aynıdır. Biyokütleden, yukarıda açıklandığı şekilde şeker açığa çıkarıldıktan sonra şekerin fermente olması sağlanır. Biyoloji derslerinden de anımsanacağı gibi fermantasyon ya da mayalanmada bir madde; bakteri, mantar gibi organizmalar tarafından ve genellikle ısı enerjisi verilerek kimyasal değişime uğratılır.

Glikozun fermantasyonundan etil alkol oluşumu aslında çok karmaşık bir tepkimeler zinciridir.

Glikozdan etil alkol üretilirken tepkimelerin oksijensiz ortamda gerçekleşmesi gerekir. Eğer ortamda bol miktarda oksijen bulunursa etil alkol asetik aside yani sirkeye dönüşür. Glikozdan asetik asit oluşumunun kimyasal denklemi oldukça karmaşıktır, birçok basamaktan oluşur.

Yakıt Olarak Alkollerin Kullanılması

İlk defa 1876 yılında Nikolas Otto (Nikolas Otto) tarafından icat edilen içten yanmalı motorda yakıt olarak kullanılan etil alkolden, sonraki yıllarda yakıt-etanol karışımları şeklinde benzine ihtiyaç duyan tüm araçlar ve motorlarda başarıyla yararlanılmıştır. Düşük kar nedeniyle 1930’lu yıllardan sonra etil alkol kullanımı azalmaya başlamış ancak 1970’lerde patlak veren petrol krizi etil alkolün kullanımını tekrar artırmıştır.

Formülü incelendiğinde de görüleceği gibi etil alkol, oksijen içeren bir yakıttır. Bu özelliği, oksijen varlığında onun tam olarak yanmasını Sağlar. Bu nedenle egzozdan hidrokarbon, karbonmonoksit ve tanecik emisyonu azalır.

Petrole kıyasla etil alkol, daha yüksek oktan sayısına, daha geniş yanma sınırlarına, daha yüksek yanma hızına ve daha yüksek bir buharlaşma sıcaklığına sahiptir. Bu özellikleriyle etil alkol daha yüksek bir sıkıştırma oranına sahiptir, kısa sürede yanar ve motorda daha az tahribat oluşturur. Diğer taraftan motoru korozyona uğratma olasılığı yüksek olan etil alkol, benzinden daha az enerji açığa çıkarır (etanolün enerjisi, petrol enerjisinin % 066’sıdır.).

 Etil alkol gibi motorlarda yakıt olarak kullanılan birçok farklı alkol vardır. Bunlardan bazıları metil alkol (CH3OH), propil alkol ve bütil alkoldür.

Biyogaz

Biyokütle atıklarından fermantasyonla üretilen gaz halindeki bu yakıta biyogaz denir.

Temel olarak biyogaz üretimi organik maddelerin ayrıştırılmasına dayandığından ham madde olarak genellikle hayvansal ve bitkisel atıklar kullanılır. Bunlar sığır, at, koyun, tavuk gibi hayvanların dışkıları. mezbaha ve hayvansal ürünlerin işlenmesi sırasında ortaya çıkan atıklar, ince kıyılmış sap, saman, anız ve mısır artıkları, şeker pancarı yaprakları ve çimen artıkları olabilir. Ayrıca kanalizasyon ve dip çamurlar!, kağıt ve gıda sanayi atıkları, çözünmüş organik madde derişimi, yüksek endüstriyel ve evsel atık suları gibi organik içerikli şehir atıkları ve sanayi atıkları da biyogaz üretiminde kullanılabilir. Ancak şu unutulmamalıdır ki bitkisel artıkların kullanıldığı biyogaz tesislerinin işletilmesi sırasında çok dikkatli olmak gerekir. Basınç sürekli kontrol edilmelidir.

Biyogaz üretimini etkileyen birçok etmen vardır. Bunlardan en önemlileri sıcaklık ve pH’dir. Çünkü fermantasyonu gerçekleştiren mikroorganizmaların yaşamsal faaliyetlerini devam ettirmesi için belli bir sıcaklık ve pH değerlerine ihtiyaç duyulmaktadır.

Organik maddelerin parçalanarak metan gazı oluşmasını sağlayan metanojenik bakteriler çok yüksek ya da çok düşük sıcaklıklarda aktif olamaz. Bu nedenle biyogaz üretim tesisinden maksimum verim alabilmek için sıcaklığın kontrol altında tutulması gerekir.

Metan olusturucu bakterilerin maksimum faaliyet gösterebilmesi için ortam, pH değeri açısından nötr ya da hafif alkali olmalıdır. Oksijensiz ortamda fermantasyon işlemi devam ederken pH değeri 7-7,5 arasında değişir. Ancak bazı bakteriler asidik özellik gösteren maddeler oluşturarak pH değerinin düşmesine neden olur. Eğer ortamın pH değeri 6,7 düzeylerine düşerse metanojenik bakterilere toksik etki yapar. Dolayısıyla fermantasyon olayı durur. Böyle durumlarda ortamın pH değerinin yükseltilmesi gerekir. Bunun için genellikle fermantasyon ünitesine sönmüş kireç (kalsiyum hidroksit) ilave edilir.

Biyogaz üretimini etkileyen diğer bir etmen, toksik özelliği olan demir, kurşun, kalay, cıva gibi ağır metaller ve deterjan gibi kimyasal maddelerin varlığıdır. Çünkü bu maddelerin metanojenik bakterilerin gelişimi üzerinde olumsuz etkileri vardır. Eğer bu maddeler fermantasyonun gerçekleştirildiği reaktöre sızarsa biyogaz üretimi yavaşlar ya da durur.

11 Yorum

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.