Biyogaz Üretim Prosesi ve Mikrobiyolojisi

Teorik olarak biyogaz nasıl üretilir, hangi reaksiyonlar gerçekleşir.


Görselde 2 tane diktörtgen ve bir tane çember bulunuyor.

Grass denilen bizim hammaddemiz hayvansal veya bitkisel atıklar olabilir. Digestate yani sindirimin, öğütülmenin, karıştırılmanın yapıldığı yer. Burada hammadde olabildiğince homojen akıcı bir kıvama getirilir ki prosesimizde kolayca taşınsın, fermantasyona uygun hale gelsin. Bu bölüme Su, güneş ışığı ve karbondioksit gönderilir.

Biogas plant denilen kısım ise fermantasyonun gerçekleştiği yer. Burada aşağıda ayrıntılı bir şekilde anlattığımız gibi bakterilerin etkisi ile biyogaz üretimi gerçekleşiyor. Bu bölümden su ve karbondioksit geri alınır.

Energy kısmında üretilen biyogazdan enerji elde edilerek sindirim yapılan kısımda gereken enerjinin bir kısmı karşılanabilir.

1. Biyogaz Üretim Prosesi​

Biyogaz üretimi, zeminin altında yer alan bir giriş tankına, organik atıkların ve artıkların doldurulması ile başlar. Tanka doldurulan hammaddeler, yeterli hızdaki bir akış ile fermantöre iletilir. Fermantör fermantasyonun gerçekleştiği bölümdür. Fermantöre ulaşan katı-sıvı hammaddede yer alan karbonhidratlar, proteinler ve yağlar bakterilerin etkisi ile karbondioksit, asetik asit ve çözülebilir uçucu organik maddelere çevrilir.

Daha sonra elde edilen uçucu yağ asitleri tekrar bakterilerin etkisi ile hidrojen ve asetik asite dönüşür. Son aşamada oluşan hidrojen ve asetik asit ürünümüze yani metana çevrilir.

Metan yani biyogaz, depolama tankında birikmektedir ve fermantörde yer alan biyogaz çıkışından alınır. Bu çevirme işleminden arda kalan artık maddeler fermantörün atık çıkışından alınır ve başka bir tankta biriktirilir. Bu atık, biyogübre olarak adlandırılır ve tarımda kullanılabilir.

Biyogaz Üretimi Prosesinde Güvenlik​

Yukarıda anlatılan proseste güvenlik için dikkat edilmesi gereken bazı hususlar bulunmaktadır.

Bu prosesin doğru ve güvenli işlemesi için;
• Sindireç tankına ışık girmemelidir.
• Fermantörde yani sindireç tankında kesinlikle oksijen bulunmamalıdır.
• Antibiyotik almış hayvanların atıkları retim tankına alınmamalıdır.
• Deterjan içeren organik atıklar üretim tankına alınmamalıdır.
• Yeni bakterilerin oluşturulması ve büyümesi için yeterli miktarda azot bulunmalıdır.
• Üretim tankında pH 7,0 – 7,6 arasında olmalıdır.
• Sindireç sıcaklığı 35 ºC veya 56 ºC de sabit tutulmalıdır.
• Üretim tankında en az %50, optimum %90 oranında su olmalıdır.

2. Biyogaz Üretiminin Mikrobiyolojisi​

Biyogaz üretimi sırasında fermantörde bakterilerin görevi çok fazladır. Biyogazın yani metanın hammaddelerden eldesinde üç aşama bulunmaktadır ve bu üç aşamada da bakteriler görev alır.

İlk olarak hammaddede yer alan, karbonhidratlar, yağlar ve proteinler fermantative ve hydrolytic bakteriler tarafından karbondioksit, asetik asit ve ana ürün olarak çözülebilir uçucu organik maddelere dönüştürülür. Daha sonra oluşan uçucu yağ asitleri, asit oluşturan bakteriler tarafından asetik asit ve hidrojene dönüştürülür. Son olarak metan oluşturan bakteri grupları devreye girerler ve metanı oluştururlar. Burada önemli olan metanın son aşamada iki farklı reaksiyonla oluşmasıdır.

İlk reaksiyonda :
Karbondioksit + Hidrojen gazı —-> Metan + Su
İkinci reaksiyonda ise önceden oluşan asetik asit reaksiyona girer:
Asetik asit —-> Karbondioksit + Metan

İlginç olan ilk reaksiyonda girenlerdeki Karbondioksit ikinci reaksiyonda ürünlerdedir. Yani bu iki reaksiyon bakteriler tarafından birlikte yürütülür. %30 oranında ilk reaksiyonla %70 oranında ikinci reaksiyonla metan üretimi yapılır.

Görev alan bakteri türlerinin optimum faaliyet sıcaklıkları ise şöyledir:​

Sakrofilik Bakteriler: Optimum faaliyet sıcaklığı, 5- 25 °C
Mezofilik)Bakteriler: Optimum faaliyet sıcaklığı, 25- 38 °C
Termofilik Bakteriler: Optimum faaliyet sıcaklığı, 50- 60 °C

Biyogaz üretim süreci genel olarak organik atıkların fermantasyonuyla gerçekleşir. Bu süreçte, organik atıklar fermantör adı verilen bir tanka yerleştirilir ve burada bakterilerin etkisiyle çeşitli reaksiyonlara girer. İlk aşamada karbonhidratlar, proteinler ve yağlar, bakteriler tarafından karbondioksit, asetik asit ve çözünebilir organik maddelere dönüşür. Daha sonra uçucu yağ asitleri, hidrojen ve asetik aside dönüşür. Son aşamada ise metan üretilir. Metan, depolama tankında biriktirilir ve enerji elde etmek için kullanılırken, atıklar biyogübre olarak adlandırılarak tarımda kullanılabilir.

Biyogaz üretimi sırasında önemli bir faktör de güvenliktir. Sürecin doğru ve güvenli işlemesi için bazı kurallara dikkat edilmelidir. Örneğin, sindireç tankına ışık girmemeli, fermantörde oksijen bulunmamalı, deterjan içeren atıklar kullanılmamalı ve bakterilerin iyi büyümesi için yeterli azot sağlanmalıdır. Ayrıca, süreçte belirli sıcaklık ve pH değerleri de önemlidir.

Biyogaz üretim sürecinde mikrobiyolojik olarak bakterilerin önemi büyüktür. Bakteriler, hammaddelerin çeşitli reaksiyonlarla metana dönüşmesinde görev alırlar. Bu süreçte, karbondioksit ve hidrojen gazından metan ve su elde edilir. Aynı zamanda, asetik asidin de karbondioksit ve metana dönüşmesi sağlanır. Bu reaksiyonlar, farklı sıcaklık aralıklarında faaliyet gösteren farklı bakteri türleriyle gerçekleşir. Örneğin, termofilik bakteriler yüksek sıcaklıklarda, mezofilik bakteriler ise orta sıcaklıklarda optimum faaliyet gösterirler. Bu sayede biyogaz üretimi süreci başarıyla tamamlanır.