Çayır biyokütlesinden temiz enerji

Günümüzde enerjiye olan ihtiyaç geçmiş dönemlere oranla önemli ölçüde artmıştır. İnsanoğlu fosil yakıtların negatif etkileri ve sınırlı kaynakları nedeniyle enerji ihtiyacını karşılamak için temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmektedir. Bu bağlamda, düşük maliyet ve organik atık materyalleri ile elde edilebilen temiz enerji üretimi biyoyakıt büyük bir potansiyele sahiptir. 

Organik maddeler, organik atıklar, CO₂ emisyonunun azaltılması ve düşük maliyetli enerji üretimi gibi konularda biyoenerji önemli bir alternatif yol sunmaktadır. Hammadde olarak kullanılan tarımsal biyokütle, gübre ve katı belediye atıkları gibi organik ürünler geliştirilen sistemler sayesinde yenilenebilir doğal gaz (RNG) a ve elektriğe dönüştürülülebilirler. Ancak oluşturulacak bu sistemlerin maliyetlerini belirli bir seviyede tutmak ve enerji üretimini artırmak için dikkatli bir işletme yöntemine dikkat edilmelidir. Bu çalışmada kullanılan dinamik bir karışık tamsayı doğrusal programlama (MILP) modeli; enerji kaynaklarının toplanması, dönüştürülmesi ve dağıtılması süreçlerini optimize etmek için geliştirilmiş bir stratejidir.¹

Martin ve arkadaşlarının yaptığı çalışmada doğal çayır bitki örtüsü olarak bulunan bölgelerin tarımsal havzalara dönüştürülmesinin ekosistem hizmetlerini nasıl iyileştirebileceğini ve bunun ekonomik açıdan nasıl kârlı bir biyoyakıt üretim yöntemi olarak kullanılabilirliği irdelenmektedir. Biyokütleden biyoenerji elde edilmesinin temel yapı taşı anaerobik sindiricilerdir. Yenilenebilir enerji hammaddesi olarak çimen içeren biyokütlenin anaerobik sindirim (AD) yoluyla RNG üretiminde kullanılması, hem çevresel hem de ekonomik açıdan önemli bir çözüm yolu sunmaktadır. Çimen kullanılması fikrini desteklemek için ABD’nin lowa ve Missouri eyaletlerinden Grand River Havzası’nda çayır onarımı yapılmış, çeşitli ekonomik ve büyüme senaryoları göz önünde bulundurularak biyoenerji üretim sistemleri modellenmiştir. Yapılan simülasyonlar neticesinde çimenli biyokütleden üretilen RNG miktarının 0,12 ila 45,04 milyon gigajoule (GJ) arasında değişebileceği öngörülmektedir. Bu simülasyon gerçek yaşama uyarlandığında ekonomik olarak elde edilecek net bugünkü değerlerin (NPV) -97 ila 422 milyon dolar arasında olabileceği hesaplanmıştır. Elde edilen bu sonuçlar arazi kullanımı, verimlilik ve alınabilen kredi imkanına bağlı olarak değişiklik gösterebilmektedir. Çalışmada, çimenli biyokütleden RNG üretimi sırasında ortaya çıkan 15,1 g CO₂ -eq/MJ emisyonu fosil doğal gazın 61,1 g CO₂ -eq/MJ’lik emisyonu ile karşılaştırıldığında ¼ oranıyla oldukça düşük düzeyde olduğu görülmektedir.²

Çimenden enerjiye dönüşüm projesinin karlı olmasını sağlayan etmenlerden biri de çayırlardır. Bu konuda, çiftçilerin de tarım arazilerinin bir kısmını çayıra dönüştürmeyi kabul etmeleri gerekmektedir.

C-CHANGE direktörü Profesör Moore “Enerji talebinin olduğu pazara bakıyoruz, enerji geçişinin maliyetini düşürmek için altyapı kullanıyoruz ve birden fazla kategoride mali kazanımlar yaratıyoruz. Bu süreç çiftçiler, belediyeler ve toplum için bir kazan-kazan durumu oluşturmaktadır. Tedarik zincirinde olan herkese fayda sağlamadığı sürece proje uygulamaya geçmeyecek.” şeklinde bir açıklama yapmıştır. 

Anaerobik parçalanma, organik maddelerin oksijensiz ortamda biyolojik olarak parçalanmasıdır ve bu süreçte biyogaz adı verilen bir yan ürün ortaya çıkmaktadır. Bu biyogaz, petrol bazlı doğal gazın yerini alabilecek bir yakıta dönüştürülerek elektrik üretimi de yapılabilmektedir. lowa State Üniversitesi’nde yapılan bir araştırmada, kapsamlı bir biyogaz üretim sisteminin modellemesinin bir şehrin ısı ve güç dağılımını karşılayabileceği sonucuna varılmıştır. Bu sistemde hayvan gübresi, biyoyakıt yan ürünleri, yemek atıkları ve atık su gibi çeşitli organik üretim maddelerinin hammadde olarak kullanılabilir. Ayrıca, ortamdaki böcek sayısı artırılarak çimenli biyokütle desteklenirse daha verimli bir enerji üretimi sağlanmaktadır.

Araştırmayı yürüten ekip, lowa’daki birçok şehirdeki belediye atık su desteğiyle anaerobik sindirimi tartışmış ve genel olarak bu sistemlere yönelik özel ilgiyi gözlemlemiştir. MacArthur üyesi Moore, Biyoekonomi Enstitüsünün çalışmalarını incelemiş ve bu kişilerin 7/24 hizmet sunmayı planladıklarını ve aynı zamanda planlamalarını 15 ila 30 yıllık bir çalışmayla yürüttüklerini söylemiştir. 

Araştırmacılar, belediye yetkililerine arz ve talebin mevsimsel satışlarını da dikkate alarak strateji geliştirebilecekleri senaryolar sunmayı hedeflemişlerdir. Bu tür senaryolar, AD sonuçlarının şehirlerde nasıl uygulanabileceğini ve optimize edilebileceğini görme açısından önemli bir rehber sunmaktadır. Sonuç olarak, bu çalışma, anaerobik sindiricilerin şehir merkezli enerji üretimi için nasıl kullanılabileceğini ve bu sistemlerin ekonomik olarak nasıl optimize edilebileceğini göstererek önemli bir katkı sunmaktadır. 

GCB Bioenergy’de yayınlanan bir çalışmada, modelleme tekniği kullanılarak kuzeybatı Missouri ve güneybatı lowa’daki Grand River Havzası’nda iki varsayımsal biyokütle sindiricisinin ekonomik ve çevresel etkileri ele alınmıştır. Analiz sonucunda, sindiricilerin 20 yıllık ömürleri boyunca en iyi koşullarda 400 milyon dolardan fazla kar sağlayacağını ve 45 milyon gigajoule RNG üreteceğini öngörmektedir. Ayrıca bu gazın karbon ayak izi, fosil yakıttan elde edilen doğal gaza göre %83 daha düşük olabileceği görülmektedir. Biyoenerji kapsamında olan bu gaz emisyonlarının, mısır bazlı etanol veya soya fasulyesi bazlı biyodizelden daha düşük olacağı öngörülmektedir. Çalışmanın temelleri mevcut karbon kredisi programlarına ve yüksek verimli ot ile çayır restorasyonuna dayanmaktadır. Araştırmacılar, ilerleyen yıllarda yöntemlerin iyileşmesiyle birlikte sonuçların daha doğru olacağını belirtmektedir.³

Kaynaklar

1. Martin, I. M., Aui, A., Dubey, P., Schulte, L. A., & Mba Wright, M. (2024). Optimal Production and Dispatch of Renewable Natural Gas, Electricity, and Fertilizer in Municipal-Scale Anaerobic Digestion Supply Chains. BioEnergy Research, 1-13.
2. Olafasakin, O., Audia, E. M., Mba‐Wright, M., Tyndall, J. C., & Schulte, L. A. (2024). Techno‐economic and life cycle analysis of renewable natural gas derived from anaerobic digestion of grassy biomass: A US Corn Belt watershed case study. GCB Bioenergy, 16(6), e13164.
3. https://techxplore.com/news/2024-07-explores-winwin-potential-grass-powered.html