BİYOGAZ TESİSLERİNİN TASARIMI VE TASARIMDA DİKKATE ALINMASI GEREKEN PARAMETRELER

Biyogaz tesisleri planlanan amaca göre farklı teknolojiler kullanılarak inşaa edilmektedirler.

Biyogaz tesisleri kapasite olarak;
• Aile tipi (6 -12 m3 kapasiteli)
• Çiftlik tipi (50 -100 -150- m3 kapasiteli)
• Köy tipi (100-200 m3 kapasiteli)
• Sanayi ölçekli tes. (1000 - 10 000 m3 kapasiteli)

şeklinde sınıflandırılmaktadır.

Aile tipi biyogaz tesisleri özellikle Çin'de çok yaygın bir şekilde kullanım yerlerine yakın yerlerde kullanılmaktadır. Aile tipi biyogaz tesisleri dışındaki diğer tesislerin çoğunda biyogazın oluştuğu ortamın (fermantör) ısıtılması optimum biyogaz üretimi için gerekli olmaktadır. Biyogaz üretiminde ortam sıcaklığının 35 ºC civarında olması istenir. Biyogaz tesislerinde ısı kontrolünün sağlanması amacıyla güneş enerjisinden yararlanılabileceği gibi en pratik ve yaygın kullanılan sistem, tesisin içine yerleştirilen sıcak sulu serpantinlerden yararlanmaktadır.

Biyogaz üretiminde kullanılan sistemler genel olarak üç ayrı grupta toplanmaktadır.

1. Kesikli (Batch) Fermantasyon

Tesisin fermantörü (üretim tankı) hayvansal ve/veya bitkisel atıklar ile doldurulmakta ve alıkoyma - bekletme süresi kadar bekletilerek biyogazın oluşumu tamamlanmaktadır. Kullanılan organik maddeye ve sistem sıcaklığına bağlı olarak bekleme süresi değişmektedir. Bu süre sonunda tesisin fermantörü (reaktörü) tamamen boşaltılmakta ve yeniden doldurulmaktadır.

2. Beslemeli - Kesikli Fermantasyon

Burada fermantör başlangıçta belirli oranda organik madde ile doldurulmakta ve geri kalan hacim fermantasyon süresine bölünerek günlük miktarlarla tamamlanmaktadır. Belirli fermantasyon süresi sonunda fermantör tamamen boşaltılarak yeniden doldurulmaktadır.

3. Sürekli Fermantasyon

Bu fermantasyon biçiminde fermantörden gaz çıkışı başladığında günlük olarak besleme yapılır. Sisteme aktarılan karışım kadar gazı alınmış çökelti sistemden dışarıya alınır. Organik madde fermantöre her gün belirli miktarlarda verilmekte, alıkoyma süresi kadar bekletilmekte ve aynı oranlarda fermente olmuş materyal günlük olarak fermantörden alınmaktadır. Böylece günlük beslemelerle sürekli biyogaz üretimi sağlanmaktadır.

Modern bir biyogaz tesisinde üç ana organ yer almaktadır. Bunlar:

3.1. Fermantör - Sindireç (Organik maddenin
doldurulduğu tank depo)

Bu kısım hava almayacak şekilde tasarlanan ve içerisinde bir karıştırıcı olan tanktır. Ayrıca tankınn içerisine bir ısıtıcı yerleştirilmelidir. Biyogazın üretilmesi için fermantör içerisindeki organik madde bulamacının sıcaklığı 35°C'den az olmamalıdır. Fermantör sıcaklıklığı düştükçe gaz üretimi de düşmektedir. Ayrıca yine içeriye hava almayacak şekilde fermantörün bir organik madde giriş ağzı birde çıkış ağzı yerleştirilmelidir.

3.2. Gaz deposu

Büyük kapasiteli tesislerde oluşan biyogazı, bir yerde toplamak ve gaz basıncının sabit kalmasını sağlamak için kullanılan depodur. Fermantör üzerinden alınan gaz bir boru ile bu depoya taşınır. Buradan da kullanıma gönderilir. Kullanım fazlası depoda kalır.

3.3. Gübre (organik madde) Deposu

Biyogazın üretilebilmesi için fermantöre alınacak organik maddenin kuru maddesinin %8'i geçmemesi gerekir. Bunun anlamı, sığır gübresi kullanılacaksa gübrenin bire bir oranında su ile karıştırılması demektir. Bu madde fermantasyon süresi sonunda fermantörden aynı şekilde çıkacaktır. Akışkan durumuna gelmiş olan bu bulamaç halindeki gübrenin depolanması için betondan yapılmış havuz şeklinde bir gübre deposuna ihtiyaç vardır.

Bu anlatılan 3 ana organın yanısıra biyogaz üretim sisteminde; hammadde depolama tankı, gaz boruları-valfleri ve bağlantı ekipmanları, ısıtma sistemleri, pompalar, karıştırıcılar, ısı transfer elemanları, ayırma ve filtrasyon elemanları da kullanılmaktadır.

Karıştırıcılar biyogaz üretiminde çok önemli bir rolü üstlenirler. Kısaca;

• Metanojenlerin ürettiği metabolitlerin dağıtılması
• Taze hammaddenin bakteri populasyonuna homojen olarak karışması
• Çökelmelere ve heterojeniteye engel olunması
• Homojen sıcaklık dağılımının sağlanması
• Bir bakteri populasyonunun fermantör içinde iyice dağılması
• Fermantör içinde heterojen ölü bölgelerin oluşmaması

Bu doğrultuda uygun bir karıştırma elemanının seçimi önem kazanmaktadır. Modern biyogaz tesislerinde, daldırmalı motorlara bağlı mekanik marine tip karıştırıcılar, hidrolik karıştırma sağlayan pompalama sistemleri veya gaz enjeksiyonuyla oluşan pnömatik karıştırma sistemleri kullanılır.

Mezofolik ve termofilik sıcaklıkların çevresel olarak sağlanamadığı, özellikle sıcaklığın korunması gereken biyogaz tesislerinde ısı transfer elemanları büyük önem taşırlar. Plakalı ısı değiştiriciler, shell-tube ısı değiştiriciler yanında kapalı devre ısı pompaları, güneş enerjili ısıtıcılar kullanılmaktadır.

Elde edilen biyogazın kalorifik değerinin artırılması ve korozif özelliğinin giderilmesinde, çevre-insan sağlığı üzerindeki potansiyel zararlarının azaltılması oldukça önemlidir. Ayrıca biyogaz bileşimindeki sülfür oranının %0,05 den daha aşağılara çekilmesi istenir. Bu amaçla fiziksel absorbsyonu sağalayacak katı ve sıvılar, membran ayırıcıları ve farklı kimyasallar kullanılır. Biyogaz içindeki olası su moleküllerinin tutulmasında ise silika jel, alümina veya moleküler elekler kullanılır. Korozif sülfür ve karbondioksit tutulması için demiroksit kullanımı yaygındır.

Bu modern ileri teknoloji uygulamaların dışında uzun yıllardır kullanılan sistemler de mevcuttur. Kırsal kesimler için önerilen ve kısıtlı yerel imkanlarla yapılıp kullanılmakta olan bu tür sistemler çok değişik tipte olup genel olarak üç
kısımda tanımlanmaktadır;

1. Hareketli kubbeli biyogaz tesisleri

2. Sabit kubbeli biyogaz tesisleri

3. Balonlu biyogaz tesisleri

Toprak altına gömülen ve tuğla-beton bir yapıdan oluşan bu tip biyogaz tesisleri fermantörün iyi izolasyonunun sağlanması durumunda kırsal kesimler için ideal bir biyogaz tesisidir.


Tesis tasarımında aşağıdaki parametreler dikkate alınmalıdır;

• Uygun hammadde miktarı
• Hammaddenin cinsi ve özellikleri
• Isıtma ihtiyaçları
• Karıştırma ihtiyaçları
• Kullanılacak malzeme ve ekipmanların cinsi
• Tesisin kurulacağı yerin seçimi
• Tesis inşaatı ve tesisin yalıtımı
• Tesisin ısıtılması ve işletme koşulları
• Biyogazın depolanması ve dağıtımı
• Biyogazın taşınması, tesisten çıkan biyogübrenin depolanması, tarlaya taşınması ve dağıtımı
• Biyogaz kullanım araçlarının belirlenmesi

Hayvan Sayılarına Bağlı Olarak Kurulabilecek Biyogaz Tesisi Kapasiteleri