Çöp Gazından Enerji Üretimi ve Tesisleri

Çevre Mühendisleri çalışma alanlarından ve uygulama açısından bakıldığında metan gazı oluşumu ve sorunu, çok önemli yer kaplamaktadır.

Atıksu arıtma tesisi çamurlarının ve çöplerinin anaerobik stabilizasyonu esnasında metan gazı ortaya çıkmaktadır. Elektrik enerjisine dönüştürülebilen bu gazı teknik açıdan kontrol altında tutulmazsa veya metan gazını zararsız hale getiremezsek bir saatli bomba ile karşı karşıya kalabiliriz. Bu nedenle bizler Çevre mühendisleri ve adayları olarak bu konuda çalışmalar ve çözümler üretmeliyiz çünkü metan gazı oluşumu ve bunun kontrolü veya değerlendirilmesi oldukça önemlidir. Eğer biz bunu göz ardı edersek hem can hem de mal kaybı yaşayabiliriz. Bunun dünyada örneği sayısızdır.

Kontrol altına alınmayan, gelişi güzel çöplerin depolandığı bir daha hiç düşünülmeden ve ıslah edilmeden terk edilen çöplükler (eski deponiler) büyük tehlike ve potansiyel olarak önümüzde durmaktadır. Çöplüklerde sıkışan ve atmosferin havası ile karışan bu gaz günün birinde aniden patlayabilir. Bu patlama facia denecek sonuçları da beraberinde getirebilir. Maalesef ülkemizde de 28 Nisan 1993 günü Ümraniye- Hekimbaşı çöplüğündeki yanardağ patlaması gibi gerçekleşen depon gazı patlaması çok sayıda vatandaşımızın ölümüne maddi ve manevi değer kaybına sebep olmuştur. Çöplüklerde neden biyogaz oluşmaktadır bunu açıklamak gerekir.

Çöp depolanan yerlere biyolojik diye tanımladığımız kimyasal yapısında karbonhidrat, yağ, protein, selüloz, hemiselüloz, lignin ve aromatik, alifatik hidrokarbonların bulunduğu çöpler büyük çoğunluğu işgal etmektedir. Çünkü ülkemizde çok sebze ve meyve tüketilmektedir. Ülkemizin iklim koşulları özellikle kıyı kentlerimizde çok iyi olduğu için de bu maddeler içinde kolay ayrışabilir durumda olanlar çok çabuk ayrışmaktadır. Orta ve uzun vadede ayrışabilir olanlar da ayrışmaya 40 yıl boyunca devam etmektedir. Bu nedenle bu tür deponi alanları işletmeye kapatıldıkları yıldan itibaren 40- 50 yıl daha mutlaka kontrol ve denetim altında tutulmalıdır. Deponi gazının potansiyel tehlikesi hiçbir zaman unutulmamalıdır. Gerek çöpler gerekse de evsel atıksu arıtma tesislerinde oluşan arıtma çamurları eğer önceden stabilize edilmemiş ve biyokimyasal aktivitileri durdurulmamışsa çöplüklerde anaerobik (oksijensiz ortamda) koşullarda bakteriler tarafından ayrıştırılarak metan gazına dönüştürülecektirler. Bu olayları Mühendislik eylemleri ile denetlemek ve kontrol altına almak gerekir.

Olayın yönlendirilmesindeki Önemli Mühendislik Dizayn Parametreleri ise;

• Katı atıkların (biyoçöpün) ve diğer ayrışabilir maddelerin bekleme süresi,

• Katı madde yükü ve türü (kolay ayrışabilir, orta derecede ayrışabilir ve zor ayrışabilir organik maddelerin dağılımı)

• Sıcaklık,

• Uçucu katı madde, yanma kaybı (organik madde) giderimi,

• Deponi, tank veya reaktör tasarımı.

 

 

Metan bakterileri için uygun yaşam koşulları;

• Bakteriler için yeterli miktarda tutunma yüzeyinin bulunması gerekir,

• Yeni hücrelerin oluşturulması ve inşası için yeterli miktarda azotun bulunması,

• Reaktördeki pH değerinin 7.0- 7,6 arasında olması gerekmektedir.

• Metan bakterileri için substrat (S) sirke asiti cinsinden organik asit olarak konsantrasyonu 500- 1500 mg/l dolayında olmalıdır.

• Reaktörün sıcaklığı mutlaka> 3 C olmalıdır.

• Karanlık ortam, ışık yaşamlarını felce uğratabiliyor.

• Ortamda oksijen kesinlikle bulunmamalıdır,

• Minimum su miktarı da %50 olmalıdır

• Asitleştirme ve metanlaştırma fazının iç içe olması ve pH'nın asitik sahaya kaymaması gerekir

• Kükürttün de miktarı > 200 mg/l olmamalıdır.

• Çürüme kademesinde elde edilen, parçalama ve metabolizma ürünlerinin konsantrasyonu metan bakterileri için yeterli düzeyde olmalıdır.

• Besin maddesi bakteri arasındaki temas sıklığı ve (K= x/S = M/F = Cb/Cs)

• N/C oranı da önemlidir. Fazla bulunması halinde ise ortamda amonyak oluşu ve pH değeri yükselir; bu da bakteri gelişmesini engeller. Bakteri hücresinin yapısı için en azindan 7 mg N/g organik madde gereklidir. (Karbon dengesi = Co/Fo = Organik karbon / organik madde = 0,53)

1 g ayrışabilir çamurun azot ihtiyacı 7 mg olduğuna göre; 1 l çamurda 60 g katı madde bulunduğunu kabul edersek, ayrıca da bunun ancak 15 g'ı ayrışabilir olursa o zaman:

7 x 15 = 105 mg N ihtiyacı var demektir. N/P ise 7:1 olmalıdır. Karbonun yanı sıra azot da mikroorganizmaların en önemli yapı taşları olduğu için; organik maddelerin parçalanması substrat da yeterli miktarda alınabilir azotun bulunmasına bağlıdır.

N/C oranı küçük olursa, o zaman N eksikliğinden dolayı mikroorganizmaların gelişmesi engellenir. N/C oranı büyük olursa karbonlu maddenin parçalanması, enerji üretimi az olacağından engellenir. Azotun fazla bulunması, amonyak oluşmasına ve ortamın pH'sının artmasına neden olur. Azot en azından, 7 mg N / g organik madde olarak bulunmalıdır. Besin maddesinin fazla bulunması erişilebilecek nihai bakteri sayısına hızlı bir şekilde ulaşmayı sağlar. Besin maddesi eksikliği ise, bakterilerin gelişmesini engeller.

Gazların Geri Kazanımı

Sızıntı su toplama için yapılan drenaj şebekesi metan gazının taşınması bakımından uygun ortam oluştururlar. Drenaj sularının açığa çıktığı yerde de kolayca patlama tehlikesine maruz kalırlar. Eğer drenajdan çok su akarsa, su ile daha çok CO2 çözüneceği için, gaz karışımındaki CH4 oranı daha da artacaktır. Bu nedenle kontrol bacaları patlama tehlikesi arz edebilmektedir. Sondaj yapmak suretiyle deponilerden gaz elde etmek mümkündür. 2 inç çapında, çelik uçlu ve 5-10 m derinliğe kadar inebilen hava basmalı çekiç esasına göre darbeleyen sondalar kullanılabilir. Deponi içine tabandan itibaren dikey olarak iri tatlarla dolu Gabionen diye adlandırılan kuleler yapılır, alt kısmında sızıntı su; üst tarafta da havanın karışımı ve gaz karışımının niteliğinin bozulabilme olasılığı söz konusudur. Ancak bu sakıncaları gidermek mümkündür. Eğik karma drenaj ile de gazı geri kazanmak mümkündür. Bunun içinde iri taşlar Gabrionen'de olduğu gibi deponinin dış tarafına doğru eğik olarak yerleştirilir. Atmosferin etkisi kolayca izole edilerek işletmeyi aksatmadan giderilebilir. Kenarda, deponi duvarında bir öncekine benzeyen düzeneklerde, iri çakıl ve taşlarla yapılan drenajlarla, deponide oluşan gazlar toplanabilir. Deponi içinde çakıl ve taş yetiştirmek suretiyle gaz toplama odakları oluşturulur ve buradan gaz sondajlanabilir, ancak sızıntı suyunun burada birikmemesi, iyi drene edilmesi gerekir. Küçük ve orta bir büyüklükteki deponilerde çap 20 cm'yi aşmayan sondaj bulguları ile iyi sonuçlar alınabilir.

 

 

Çöp Gazının Yakılması

Katı atık düzenli depolama sahalarında depolanan atıklar, zamanla oksijensiz ortamda gerçekleşen mikrobiyal faaliyetler sonucunda çürüyerek stabil hale gelirken diğer taraftan çöp gazı oluşturmaktadır. Düzenli depolama sahalarında oluşan çöp gazı (diğer adıyla depo gazı), sahadan uygun tekniklerle toplanıp değerlendirilmezse, patlayıcı ve yanıcı-parlayıcı özelliğinden dolayı insan ve çevre sağlığı açısından büyük risk taşımaktadır. Bu riskleri elimine etmek üzere İstanbul’daki düzenli depolama sahalarında oluşan çöp gazlarını kurulu enerji üretim tesislerinde yakılarak değerlendiriliyor.

 

Elektrik Üretimi ve Ekonomik Fayda Sağlanması

İstanbul’un Avrupa ve Asya yakalarındaki sırasıyla Odayeri ve Kömürcüoda Düzenli Depolama Sahalarında oluşan çöp gazını kontrollü olarak yakarak enerji üretiminde kullanılmaktadır. Enerji üretimi çalışmaları çerçevesinde mevcut halde Odayeri Düzenli Depolama Sahası’nda 45 MWh, Kömürcüoda’da ise 20 MWh olmak üzere 65 MWh elektrik enerjisi üretiliyor. Tamamen çöp gazından elde edilen bu elektrik enerjisi yaklaşık 600 bin kişilik nüfusun konut elektrik ihtiyacını karşılayabilmektedir. Elektrik üretimi ile elde edilen gelir İstanbul’un şehir temizliği ve diğer atık yönetimi faaliyetlerinde maliyetlerin azaltılması için kullanılmaktadır.

 

Sera Gazı Etkisinin Azaltılması

Çöp gazının yanıcı ve patlayıcı özelliğinin yanı sıra içeriğinde bulunan metan, IPCC’nin 5. Değerlendirme Raporuna göre karbondioksit gazına oranla atmosferde 28 kat daha fazla sera gazı etkisine sahiptir. Çöp gazının enerji tesislerinde yakılması sayesinde elektrik satışı yapılarak ekonomik fayda elde edildiği gibi ek olarak karbon salımında da azaltım sağlanmaktadır.

 

 

 

 

Yazar: Gamze CİVELEK