Biyoyakıtlar İhtiyâcımızı Karşılayabilir Mi?

Dünyamızda nüfus hızla artmakta ve buna bağlı olarak da enerji ihtiyâcı sürekli artmaktadır. Dünya genelinde enerji ihtiyâcının 2040 yılına kadar yaklaşık %30 daha artması beklenmektedir. Günümüzde hâlen enerji ihtiyâcının çoğunluğu fosil yakıtlardan sağlansa da, mevcut var olan fosil yakıtların en fazla 50 yıl daha yeteceği rapor edilmiştir. Buna istinâden yeni enerji kaynakları sürekli aranmakta ve yenilenebilir enerji kaynaklarının verimlilikleri ve üretilebilirlikleri üzerine birçok çalışma yapılmaktadır. 

Günümüzde birçok yenilenebilir enerji kaynağı mevcuttur. Biyolojik hammaddelerden elde edilen biyoyakıt, söz konusu bu yenilenebilir enerji kaynaklarından birisidir. Fosil yakıtlara kıyasla biyoyakıtlar birçok avantaja sahiptir.

• Biyoyakıtlar yenilenebilir enerji kaynağıdır,
• Hem biyoyakıtlar hem de kaynakları bol ve verimlidir,
• Sera gazı açısından nötrdür,
• İhmâl edilebilir düzeyde veya sıfır SOx gaz salınımına sahiptir,
• Daha düşük NOx salınımına sahiptir,
• Yerel olarak üretilebilirler,
• Biyolojik olarak parçalanabilirler,
• Sürdürülebilirliğe sahiptir,
• Üretim işlemleri ve/veya biyoyakıt çiftlikleri genellikle güvenilirdir. 

Ayrıca yerel enerji kaynaklarının kullanılması, kırsal bölgelerde tarımsal kalkınma ve yatırımın artmasını teşvik etmesi, enerji tedarik zincirini çeşitlendirmesi, enerjide dışa bağımlılığı azaltması gibi birçok dikkat çekici yararı da vardır. Tüm bu yararlar nedeniyle Tayland, Çin, Brezilya ve İngiltere gibi birçok ülkenin biyoyakıtlar ile ilgili hedefleri belli olan birçok projesi bulunmaktadır. 

Biyoyakıt terimi ilk kez 1970’li yıllarda ortaya atıldı ve kullanılmaya başlandı. Biyoyakıt tanımına ait örneklerden bazıları:

• Organizmalardan üretilen yakıttır,
• Odun, metan, petrol gibi biyokütleden türetilen yakıttır,
• Bitki ve diğer biyolojik materyallerden üretilen yakıttır,
• Biyolojik hammaddeden türetilen sıvı halde yenilenebilir bir enerji kaynağıdır,
• Biyokütleden üretilen sıvı ve gaz halinde bulunan, ulaşım sektöründe kullanabilen yakıttır.

Genel olarak incelendiğinde tüm bu tanımlamalar kendi içinde ve genelde doğrudur. Daha genel bir tanım yapmak gerekirse biyoyakıt, hayvan ve bitki kaynaklı organik maddelerin parçalanması neticesinde elde edilen yakıttır. Fosil yakıtlara alternatif olarak düşünülen biyoyakıtlar, çim, odun, ağaç, hayvan ve tarımsal atık gibi birçok biyolojik malzemeden üretilebilmektedir. Biyoyakıtlar, üretim teknolojisine ve biyoyakıtların ticarileşme durumuna göre 2 kategoriye ayrılmaktadır. Bunlar geleneksel ve gelişmiş biyoyakıtlardır. 

Geleneksel biyoyakıtlar, genellikle şeker ve nişasta bazlı biyoetanol, transesterifikasyon bazlı biyodizel, anaerobik çürütme ile elde edilen biyometandan oluşmaktadır. Gelişmiş biyoyakıtlar içinde hidrolize bitkisel yağ, selülozik biyoetanol, biyokütleden sıvıya biyodizel, mikroalg biyodizel, biyohidrojen yer almaktadır. Fakat gelişmiş biyoyakıtlar hâlen araştırma aşamasında olup yakın gelecekte ticarileşeceği düşünülmektedir. Biyoyakıtlar, üretim kaynakları ve üretim teknolojilerine göre de sınıflandırılmakta olup araştırma türüne ve araştırmacının kendisine göre farklı farklı gruplara ayrılabilmektedir. Bu gruplandırma da günümüze kadar en fazla 5 kategoriye ayrılmış olup Şekil 1’de gösterildi.

Şekil 1. Kuşaklarına göre biyoyakıt sınıflandırılması 

Şekil 1’de biyoyakıtlar 5 farklı kuşak içerisinde incelenmiştir. Bunlardan ilk olanı doğal biyoyakıtlardır. Bunlar genellikle odun, bitki, sebze, hayvan atıkları, yer altı gazları gibi organik kaynaklardan herhangi bir ön işlem gerektirmeden elde edilirler. Bu sınıfta elde edilen biyoyakıtlar genellikle yemek pişirmede, ısınmada, fırınlarda ve elektrik üretiminde kullanılırlar. Diğer kuşak biyoyakıtların hepsi kullanım öncesi ön işleme ihtiyaç duymaktadırlar. 

Birinci kuşak biyoyakıtlar genellikle biyoalkoller, bitkisel yağlar, biyodizel, biyometanol, biyosingaz ve biyogazları içerir. Söz konusu bu yakıtlar soya fasulyesi, pirinç, buğday gibi ürünlerden elde edilmektedir. Ayrıca bazı araştırmacılar söz konusu bu yakıtların şekerden, nişastadan ve bitkisel yağlardan elde edildiğini de rapor etmektedir. Bu grupta elde edilen biyoyakıtların avantajları ve dezavantajları vardır. Birinci kuşak biyoyakıtlar, biyoçözünür özelliğe sahiptir. Ayrıca hammadde mevcut altyapı ve teknolojiyle kolayca üretilebilir, çevresel ve sosyal yararları vardır ve hammadde büyük miktarlarda bulunabilir. Dezavantajları noktasında dikkat çekenler, biyoyakıtların geleneksel yakıtlarla karıştırılarak kullanılması gerekmektedir. Diğer kuşak biyoyakıtlara göre daha fazla karbon ayak izine sahiptirler ve biyoçeşitliliğe de zarar verdiği rapor edilmiştir. 

İkinci kuşak biyoyakıtlara gelindiğinde, biyoetanol, biyodizel, biyoDMF, biyoyağ, biyometanol, biyoFischer-Tropsch dizel ve biyohidrojen gibi yakıtları içermektedir. Söz konusu bu yakıtlar gıda dışı hammaddeler, çim, odun, tahıl samanı, şeker kamışı küspesi, orman artıkları ve ayrıca belediye atıklarından elde edilebilir. Bu sınıfta var olan biyoyakıtlar sadece tohum ve tahıl kullanımı ile değil tüm bitkiler kullanılarak elde edilebilir ve bu durum dönüm başına daha fazla enerji üretilmesi anlamına gelir. Yani daha az toprak ile daha fazla yakıt elde edilebilir. Yüksek katma değerli yakıtlar elde edilir. Dezavantajlarına gelindiğinde, dönüm başına yakıt verimi daha yüksek olsa bile yine de çok fazla araziye ihtiyaç duyulmaktadır. Tarım ve orman kalıntılarının kullanımı toprak kalitesini bozmakta ve erozyona da sebep olmaktadır. Teknoloji, araştırma ve ticarileşme uygulamalarının da az oluşu önemli dezavantajlar arasında yer almaktadır. 

Üçüncü kuşak biyoyakıtlara gelindiğinde bu sınıfta biyoetanol, bitkisel yağ, biyodizel, biyometanol ve jet yakıtlar yer almaktadır. Söz konusu bu yakıtlar mikrobiyal türler, algler, maya, mantar, siyanobakterilerden elde edilebilir. Bu sınıf biyoyakıtların elde edilmesinde gıda ve toprağa ihtiyaç yoktur. Geleneksel yöntemlere göre verimi daha yüksek yakıtlar elde edilebilmektedir. Yakıtların üretiminde herhangi bir toksisiteye sebep olacak basamak yoktur. Lakin bu biyoyakıtların elde edilmesi oldukça mâliyetlidir. Günümüzde bile hâlen teknoloji ve araştırmalar yetersiz gelmekte, daha çok araştırmaya ve teknoloji gelişimine ihtiyaç duyulmaktadır. Son olarak, söz konusu bu biyoyakıtların elde edilmesi ve işlenmesi oldukça zordur. 

Son olarak dördüncü kuşak biyoyakıtlarda yeşil dizel, biyogazolin ve yeşil uçak yakıtı yer almaktadır ve bunlar da ancak biyomühendislik mikroorganizmaları ve bitkileri aracılığıyla üretilebilmektedirler. Bu yakıtlar karbon negatif yakıtlar olarak bilinmektedirler. Sentetik ham materyaller yakıt üretimi için kullanılabilirken, söz konusu bu yakıtların kullanım ve uygulama performanslarının araştırılması hâlen tamamlanmamıştır. Mutlaka bu alana yönelik yeni teknolojilere de ihtiyaç duyulmaktadır. 

Biyoyakıtlar genellikle biyokütleler kullanılarak elde edilir. Biyokütle açısından bakıldığında birçok sınıf bulunmaktadır. Aynı biyokütle kullanılarak farklı kuşaklara ait biyoyakıtlar elde edilebilmektedir. Örneğin şeker kamışı ile hem birinci kuşak biyoyakıt hem de ikinci kuşak biyoyakıt üretilebilmektedir. Genel olarak biyokütleler 4 sınıfa ayrılabilir (Şekil 2). 

Şekil 2. Biyoyakıt hammaddeleri

Yağ Bitkileri

Bu kısımda genellikle ayçiçeği, soya fasulyesi, mısır, kolza tohumu, pamuk tohumu, palmiye yağı, palmiye çekirdek, palmiye meyvesi, hindistan cevizi gibi yağlı bitkiler yer almaktadır. Yağ içeriği fazla olan bitkinin kullanılması avantaj sağlamaktadır. Günümüze kadar kullanılan bitkiler arasında en fazla yağ içeriğine sahip olan Hindistan cevizi ve polanga yer alırken en düşük yağ içeriğine sahip olan pamuk çekirdeği olarak rapor edilmiştir. Bu sınıfta kullanılabilecek bitkiler ve içerdileri yağ oranları Şekil 3’de gösterildi. 

Şekil 3. Yağ bitkileri ve içerdikleri yağ oranları.

Lignoselülozik Maddeler

Biyoyakıt üretiminde etkili olan bu maddeler genel olarak 3 kategoride incelenmektedir. Bunlar tarım artıkları, orman artıkları ve enerji ürünleridir. Lignoselülozik biyokütle denildiği zaman selüloz, hemiselüloz ve ligninden oluşan bir karışım olarak düşünülür. Her üç kategorideki söz konusu bu içeriklerin ortalama yüzdeleri ya da yüzde aralıkları Çizelge 1’de verildi. 

Çizelge 1. Lignoselülozik biyokütlelerin selüloz, hemiselüloz ve lignin içerikleri

Madde

Selüloz

Hemiselüloz

Lignin

Tarım Artıkları

%30.42 – 49.85

%18.00 – 35.00

%7.00 – 36.02

Orman Artıkları

%23.70 – 59.70

%13.00 – 39.00

%18.10 – 34.00

Enerji Ürünleri

%28.00 – 49.00

%15.00 – 32.17

%4.0 – 25.94

Lignin farklı bir yapıya çevrilmesi ve üzerinde çalışılması zor olan bir içerik olmasından dolayı, lignin içeriği düşük olan biyokütlelerin kullanımı tercih edilmektedir. Çizelge 1’e bakıldığında en düşük lignin içeriği enerji ürünlerinde olmasından dolayı, enerji ürünlerinin tercih edilebileceğini söylemek doğru olacaktır. Lignin içeriği en düşük olan enerji ürünleri biyokütleleri enerji kamışı yaprağı, enerji kamışı kökü ve çim yaprağıdır. Lakin tarım atıklarından olan arpa samanı ve pirinç samanının da lignin içeriklerinin %7 civarlarında olduğu rapor edilmiştir. 

Katı Atıklar

Katı atıklar içinde belediye katı atıkları, atık su çamurları, gıda atıkları, hayvan gübresi olmak üzere birçok materyal bulunmaktadır. Yine bu materyaller içerisindeki selüloz, hemiselüloz ve lignin içeriklerine dikkat edilmektedir. Örneğin plastik katı atıklarda bu içerikler sırasıyla %65-%15-%7.5 olarak bulunmuşken hayvan gübresinde bu değer %2.7-%2.3-%4.5 olarak tespit edilmiştir. Özellikle katı atıklarda su miktarı veya nem miktarı oldukça yüksektir. Fakat su veya nemin fazla olması daha düşük enerji içeriğine sahip yakıt elde edilmesini sağlamakta ve bu da dezavantaj oluşturmaktadır. 

Algler

Biyokütle olarak alglerin kullanımı son yıllarda oldukça dikkat çekmektedir ve biyoyakıt üretiminde kullanılan algler birçok olumlu özelliğe sahiptir:

• Hızlı büyüyen mikroorganizmalardır,
• Gıda dışı kaynaklardır,
• Basit hücre yapısına sahiptirler,
• Lipid açısından zengin bir yapıya sahiptir,
• Tuzlu ve atık sularda yaşayabilirler,
• Karbon kaynağı olarak CO2 kullanırlar,
• Kükürt içeriğinin sıfır olmasından dolayı toksik değildirler,
• Yüksek biyo-çözünürlüğe sahiptirler.

Algler fotosentetik suda yaşayan organizmalardır. "Alg" terimi, organizmaların polifiletik, yapay bir topluluğunu ifade eder. Özellikle ökaryotik organizmaları belirtmek için kullanılıyorsa fotosentetik bakteriler hariç tutulur. Algler çok çeşitlidir; hali hazırda tanımlanmış 40.000'den fazla tür vardır ve çok daha fazlası tanımlanmamıştır. Algler makroalg ve mikroalg olmak üzere iki geniş gruba ayrılabilir. İsimlerinden de anlaşılacağı gibi makroalglerin boyu 60 m'ye kadar ulaşabilirken, mikroalglerin boyu her zaman 0,4 mm'den küçüktür. Algler, protein, karbohidrat ve lipid olmak üzere 3 temel içeriğe sahiptir ve sahip oldukları bu değerlere göre kıyaslanırlar.

Biyoyakıt üretiminde kullanılan biyokütleler, yukarıda temel olarak anlatıldı. Fakat unutulmaması gereken önemli konulardan birisi de biyoyakıtların nasıl üretileceğidir. Biyoyakıtların üretiminde kullanılan 4 temel yöntem vardır. Her bir yöntemin kolay ve zor yönleri olduğu gibi birbirlerine göre üstünlükleri ve zayıflıkları da mevcuttur. Kullanılan biyokütleye uygun olarak üretim yönteminin en doğru şekilde seçilmesi gerekmektedir. Şekil 4’de üretim yöntemleri detaylı bir şekilde verildi.

Şekil 4. Biyoyakıt üretim işlemleri

Şekil 4’de her bir üretim teknolojisinde uygulanabilecek yöntemler maddeler halinde verildi. Her bir yöntemde elde edilebilecek biyoyakıtın hem kendisinin hem de kalitesinin farklı olacağı unutulmamalıdır. 

Mutlak hâkimiyet sahibi olan, rahmeti ve ilmi bol olan, kullarını seven ve tevekkül edenlerin işlerini kolaylaştıran Allâhu Teâlâ, insanoğlunun 1970’li yıllarda farkına vardığı biyoyakıtı, kullarına çok çok önceden, neredeyse evrenin yaradılışıyla birlikte canlı yaşamı için sunmuştur. Günümüze gelindiğinde dünyanın birçok ülkesi yeni enerji kaynakları arayışında olup her türlü enerji kaynağı için farklı politikalara sahiptir. Özellikle biyoyakıt konusunda hem gelişmiş hem de gelişmekte olan ülkelerin ciddî araştırmaları ve projelerinin olduğu bilinmektedir. Unutulmamalıdır ki biyoyakıt üretimi için kullanılan hammaddeler yerel ve hattâ bölgesel hammaddelerdir. Katı atıklar kullanılarak biyoyakıt üretilebildiği bilindiğine göre güzel ülkemizde kaç tane belediyemizin atıkları enerjiye dönüştürdüğü aklımda soru işareti olarak durmaktadır. Fakat bu hususta da teknolojik yatırım için sermayeye ihtiyaç vardır ve kaç yılda kendisini karşıladığı gibi fizibilite çalışmalarının çok iyi yapılması gerekmektedir. Birey olarak bu yakıtın elde edilmesinde sıfır atık projesine destek verecek şekilde hareket etmemiz gerektiği de kesinlikle unutulmamalıdır. Biyoyakıt, karbon nötr olan yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. 

Kaynaklar

• Alaswad, A., Dassisti, M., Prescott, T., & Olabi, A. G. (2015). Technologies and developments of third generation biofuel production. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 51, 1446-1460.
• Datta, A., Hossain, A., & Roy, S. (2019). An overview on biofuels and their advantages and disadvantages, Asian Journal of Chemistry, 31(8), 1851-1858.
• https://smartalternativefuels.com/blog/a-healthier-environment-how-to-make-biofuels-more-prominent-in-your-life/
• Kralova, I., & Sjöblom, J. (2010). Biofuels–renewable energy sources: a review. Journal of Dispersion Science and Technology, 31(3), 409-425.
• Papakonstantinou, E., Mitsis, T., Dragoumani, K., Efthimiadou, A., Bacopoulou, F., Chrousos, G. P., ... & Vlachakis, D. (2021). Materials of biological origin and biofuels: Small environmental footprint and epigenetic impact. International Journal of Epigenetics, 1(3), 1-8.
• Pulyaeva, V. N., Kharitonova, N. A., & Kharitonova, E. N. (2020, December). Advantages and disadvantages of the production and using of liquid biofuels. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering(Vol. 976, No. 1, p. 012031). IOP Publishing.
• Rodionova, M. V., Poudyal, R. S., Tiwari, I., Voloshin, R. A., Zharmukhamedov, S. K., Nam, H. G., ... & Allakhverdiev, S. I. (2017). Biofuel production: challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy, 42(12), 8450-8461.
• Ruan, R., Zhang, Y., Chen, P., Liu, S., Fan, L., Zhou, N., ... & Li, B. (2019). Biofuels: introduction. In Biofuels: Alternative feedstocks and conversion processes for the production of liquid and gaseous biofuels(pp. 3-43). Academic Press.
• Sankpal, S. T., & Naikwade, P. V. (2013). Important bio-fuel crops: advantages and disadvantages. International Journal of Scientific & Engineering Research, 4(12).
• Torkashvand, M., Hasan-Zadeh, A., & Torkashvand, A. (2022). Mini Review on Importance, Application, Advantages and Disadvantages of Biofuels.  Mater. Environ. Sci, 13(6) 612-630.
• Voloshin, R. A., Rodionova, M. V., Zharmukhamedov, S. K., Veziroglu, T. N., & Allakhverdiev, S. I. (2016). Biofuel production from plant and algal biomass. International journal of hydrogen energy, 41(39), 17257-17273.

Aralık 2023, sayfa no: 70-71-72-73-74-75