Hayvan ve işlenmiş süt atıklarından biyogaz ve hidrojen üretiminin termodinamik açıdan araştırılması

Abstract

Bu çalışmada, Balıkesir iline ait tavuk ve büyükbaş hayvan atıklarından biyogaz ve hidrojen üretim potansiyeli araştırılmıştır. Ayrıca süt işlendikten sonra oluşan atık sulardan biyogaz ve hidrojen üretim miktarları belirlenmiştir. Çalışmamızın ilk aşamasında Balıkesir iline ait ilçelerin atık potansiyelleri belirlenmiş ve potansiyeli yüksek olan ilçelerin atıklarının belirli bir bölgede toplanılması düşünülmüştür. Bu bağlamda iki bölge belirlenmiştir. Bunlar: BESMG ve MİB bölgeleridir. Yapılan çalışma sonucunda Balıkesir il ve ilçelerinin toplamda yıllık 146 milyon m3/yıl biyogaz üretim potansiyelinin olduğu tespit edilmiştir. Yıllık toplam ısıl değeri 853 GWh/yıl'dır. MİB bölgesinin yıllık potansiyeli 59 milyon m3/yıl biyogaz, BESMG bölgesinin ise 49 milyon m3/yıl biyogazdır. Seçilen bölgeler, tüm ilçelerin potansiyeli içinde % 74.2'lik payı oluşturmaktadır. 38 °C reaktör iç sıcaklığı, ortalama 15 °C ortam sıcaklığı ve 900 °C dönüşüm sıcaklığında MİB ve BESMG sistemleri için yılda sırasıyla 76.8 milyon m3 H2/yıl ve 64.2 milyon m3/yıl H2 üretim potansiyeli olduğu belirlenmiştir. Seçilen iki pilot sistem için toplam hidrojen üretim potansiyeli 141 milyon m3 H2/yıl'dır. 15 °C ortam sıcaklığı ve 900 °C dönüşüm sıcaklığında yalıtımlı ve yalıtımsız sistemin enerji verimi sırasıyla% 61.37 ve % 59.90 olarak bulunmuştur. Yalıtımlı sistem ile üretilen biyogazdan yararlanmada ortalama % 2.1 oranında bir kazanç sağlanabilmektedir. Yapılan yalıtım kendini 1.4 yılda amorti etmektedir. Üretilecek biyogaz ve hidrojenin maliyeti sırasıyla 0.217 TL/m3 ve 0.104 TL/ m3 H2'dir. Kurulması planlanan tesisin amortisman süresi 4.72 yıl olarak bulunmuştur. Türkiye'de süt işlemesi sonrası oluşan atık sulardan üretilen biyogaz potansiyeli yılda yaklaşık olarak 54.2 milyon m3/yıl'a ulaşmaktadır. Aylık biyogaz üretim kapasitesi 3.75 - 5.43 milyon m3/ay arasında değişmektedir. Aylık ortalama biyogaz üretim potansiyeli 4.52 milyon m3/ay'dır. Türkiye'de hidrojen üretiminin yıllık toplam değeri 78.7-151.2 milyon m3 H2/yıl arasında değişmektedir. Hidrojen üretiminin maksimum miktarı 900 °C sıcaklıkta buhar dönüşümü ile 151.2 milyon m3 H2/yıl olarak hesaplanmıştır.

In this study, we aimed to research the potential of both biogas and hydrogen production from hen and cow manure in Balıkesir. In addition to this biogas and hydrogen production quantities of milk-processing waste water are determined. In the first part of our study, we determined the waste potential of the districts belonging to the city of Balıkesir and the districts which have high waste potential are considered to be collected in a particular region. In this context, the two regions were determined. They are: BESMG and MIB regions. As a result of this study, a total annual biogas production potential confirmed to be 146 million m3/year. Annual total heating value is 853 GWh/year. A region of MİB has a potential of 59 million m3/year biogas annual and BESMG has a potential of 49 million m3/year biogas. The selected region has the rank of 74.2% of all the districts potential. 38 °C internal temperature of the reactor, 15 °C ambient temperature and 900 °C reforming temperature that the MIB and BESMG systems have a potential of 76.8 million m3 H2/year and 64.2 million m3 H2/year, respectively. The amount of total hydrogen production is 141 million m3 H2/year. 15 °C ambient temperature and 900 °C reforming temperature that the insulation and without insulation systems energy efficiency is 61.37% and 59.90 %, respectively. % 2.1 average gain can be achived from biogas production with ınsulated system. The insulation itself is amortized 1.4 per year. Cost of biogas and hydrogen production is 0.217 TL/m3 and 0.104 TL/ m3 H2, respectively. Amortization period was 4.72 years that the planned to be established. The potential for the production of biogas from milk-processing waste water reaches up to about 54.2 million m3/year in Turkey. Monthly biogas production capacity varies between 3.75 and 5.43 million m3/month. The monthly average biogas production potential is 4.52 million m3/month. The total annual amount of hydrogen production in Turkey varies between 6588 and 12670 ton H2/year. The maximum amount of hydrogen production is calculated as 12670 ton H2/year for the steam reforming temperature of 900 °C.