241 KB - Çevre Mühendisleri Odası

V. ULUSAL
TMMOB
Çevre Mühendisleri Odası
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ
BELEDİYE ÇÖPÜ GERİ DÖNÜŞÜMSÜZ BİLEŞENLERİNİN, FOSİL
YAKITLARA ALTERNATİF YAKIT ÜRETİMİNDE GELİŞMELER
ve ÇÖP SORUNUNA SÜRDÜRÜLEBİLİR ÇÖZÜM
Fadime TANER(1), Ergün PEHLİVAN(2), Bülent HALİSDEMİR(3)
Mersin Üniv. Müh. Fak. Çevre Müh. Böl, Mersin
(1) Prof. Dr., Kimya Müh., [email protected]
(2) Arş. Gör., Çevre Müh., [email protected]
(3) Arş. Gör., Çevre Müh., [email protected]
ÖZET
Çevre ve enerji sorunlarının gündemde olduğu çağımızda, belediye katı atıklar önemini daha
çok korumaktadırlar. Evsel katı atıklar, genelde geri dönüşümü olan ve yeniden işlenerek
kullanılabilen maddeler ile geri dönüşümsüz olmak üzere tamamen organik yapılı iki
fraksiyondan oluşmaktadır. Geri dönüşümlülerin üretim ekonomisinin çok az bir kesri ile
tekrar kullanılabilecek biçimde işlenerek ekonomiye katılmaktadır. Geri dönüşümsüzler ise
bileşim ve yapıları açısından güneş enerjisinin doğal depolandığı ve özgün ortam koşullarında
yetiştirilen organik maddelerdir. Bunların tek amaçla kullanımı olanaksızdır. Ancak yaygın
olarak kullanılabilen maddelere dönüşüm sağlanarak, ülke ekonomisine katılabilir. Dünyada
geri dönüşümsüzlerin yaygın kullanılan maddelere dönüşümleri ile ilgili araştırmalar
sürdürülmekte ve araştırma bulgularına dayalı teknolojilerin geliştirilmeye çalışıldığı
görülmektedir. Bu makalede evsel atıkların geri dönüşümsüz fraksiyonunun fosil yakıtlara
karşı alternatif yakıt üretimi ile ilgili yapılan araştırmalar, katı atıklardan kaynaklanan çevresel
sorunların ve bu sorunun çözümü amacıyla çağımızda bilimsel bulgulara dayalı geliştirilen
enerji üretim teknolojileri anlatılmıştır. Bunların uygulanmasının getirdikleri tartışılarak
Türkiye'de konu ile ilgili sürdürülebilir çözüm önerileri getirilmektedir.
Anahtar Kelimeler : Belediye çöpü, fosil yakıtlar, alternatif yakıt
DEVELOPMENTS ON PRODUCTION OF ALTERNATIVE FUEL FROM THE
COMPENENTS OF THE MUNICIPAL WASTE TO FOSSIL FUEL AND
SUSTAINABLE SOLUTION FOR THE PROBLEM OF WASTE
ABSTRACT
While the environmental and energy problems are current in our country, municipal solid
wastes keep their significance far more. Domestic solid wastes in general are compered of two
fractions recoverable and usable reproduced stuffs and as unrecoverable completely in organic
structure. If joins to economy with a very little part of production economy of recoverable ones
are the organic substances cultivated in particles conditions in which the sun energy is stored
from the composition and structural point of view. Their usage for one purpose is not possible.
As long as providing recycling to widely usable substances they can be contributed to country
economy. In the world, the research works related the recycling of unrecoverable to widely
usable substances are under taken and it is seen that the technology based on research works
are developed. In this paper, the investigations related alternative fuel production against the
fossil fuels of unrecoverable fraction of domestics wastes, the environmental problems
emerged off solid wastes and energy production technologies developed based on scientific
results for the purpose of the solution of this problem have been mentioned. Also the continual
solution proposals as regard with subject in Turkey are offered discussed the data of the
application of these.
Keywords : Municipal solid waste, fossil fuels, alternative fuels
Belediye Çöpü Geri Dönüşümsüz Bileşenlerinin, Fosil Yakıtlara Alternatif Yakıt
Üretiminde Gelişmeler ve Çöp Sorununa Sürdürülebilir Çözüm
Fadime TANER
GİRİŞ
Gıda, enerji ve yaşanabilecek sağlıklı bir ortam olan çevre; birbiriyle girişim halinde olan
insanoğlunun yaşam gereçlerinin başında gelmektedir. Yaşamı sürdürmek için gıda, gıdanın
yetiştirilebilmesi ve üretilebilmesi için sanayi, sanayinin çalışabilmesi için enerji ve bu
olayların yürüdüğü, yaşanılan ortam yaşamın temel unsurlarıdır. Bu temel unsurlar
birbirinden bağımsız değildir. Toplumlar yaşamın temel unsurlarını istenilen seviyeye
getirmek üzere, bir savaşım vermektedirler. Bu savaşım daha iyi yaşam koşullarını
sağlayabilmeyi amaçlar. Yaşam koşullarının en iyi sağlandığı toplumlar, gelişmiş ya da
gelişmişlik sıralamasında en başlarda yer alan toplumlardır. Ülkelerin gelişmişliklerin ölçütü,
gayri safi milli hasılanın (GSMH), kişi başına düşen payıdır. Gelişmiş ülkelerde ulusal gelir
ve tüketilen enerji miktarı birbirleriyle yakından ilgilidir ve birbiriyle paralellik gösterir.
Enerji açısından dışa bağımlı ülkeler hiç bir zaman geri kalmışlıktan ve gelişmekte olan ülke
durumundan kurtulamazlar. Ancak varolan kaynaklarını kullanarak enerjide dışa
bağımlılıktan kurtulan ülkeler, tüketim için gerekli enerjiyi üretip GSMH'lerini yükselterek
gelişmiş ülkeler arasına girebilecektir. Türkiye gibi ulusal gelirin büyük bir kısmını tarımdan
sağlayan ülkeler, tarımsal atıkları ve diğer kaynaklarını en etkin bir biçimde kullanmak
durumundadırlar. Ülkemizde bu konuda neler yapılabilir? Bu soruya yanıt, ancak dünyadaki
bilimsel ve uygulamalı çalışma ve gelişmelerin neler olduğunu bilmekle, bulunabilir. Ülkemiz
gelişmekte olan bir ülke olup en başta gelen sorunu enerjidir. Enerji sorununa çözüm
bulabilmek için mevcut enerji kaynakları ve bu kaynaklardan ülkenin yararlanma durumu ve
enerji açığının giderilebilmesi için neler yapılabileceğini bilmek gerekmektedir. Günümüzde
yenilenebilir enerji kaynakları ve kullanımları üzerinde durulmaktadır. Yenilenebilir enerji
kaynağı ve bunların kullanılabilme olanaklarının bilinmesi gerekmektedir. Makalede
ülkemizde büyük potansiyele sahip ve her yıl yenilenebilen katı atıkların kaynakları,
özelikleri ve miktarları verilmiştir. Dünyada geliştirilen, katı atıklardan enerji üretim
sistemleri ve çağımızdaki gelişmelerle ülkemizdeki mevcut durumu ortaya konulacaktır.
ENERJİ TÜRLERİ VE TÜRKİYE'DE Kİ DURUMU
Yeryüzünde, gravitasyonal, nükleer, jeotermal ve güneş enerjisi insanoğlu tarafından
kullanılmaktadır. En yaygın olarak kullanılan enerji türleri; elektrik enerjisi ile kömür ve
petrol gibi fosil yakıtlardır. Petrol ve ürünleri; kükürt içeriklerinin düşüklüğü, ısıl değerinin
yüksek oluşu, taşıma ve depolama kolaylığı ve bu türlerin kullanım sistemlerinin geliştirilip
kullanılmasından dolayı, günümüzde hala en önemli enerji kaynağıdır. Petrol türevli
yakıtların fiyatlarının sürekli yükselmesi ve bir gün biteceği gerçeği, ülkeleri başka enerji
kaynaklarını bulmaya yönlendirmiştir. Biyokütlenin yenilenebilir enerji kaynağı olarak
kullanıldığı ve uygun yakıtlara dönüşüm teknolojilerinin yaygın olarak geliştirilip
kullanılması ile ilgili araştırmaların sürdürüldüğü bilinmektedir (Elliot, 1988, Huffman and et
al, 1994, Bridgewater, 1993, 1996)
Türkiye'de enerji tüketiminin %43,1’ini petrolün oluşturduğu, bunun da yaklaşık %80 inin
dışardan satın alındığı ve tarımsal kaynaklı bitkisel ve hayvansal atıkların kullanım alanının
tüketimdeki payının %4,9 dolayında olduğu rapor edilmiştir (Altaş ve diğ. 1990). Türkiye'nin
tüketebileceği enerji ise 52,63 MTEP (Mega ton petrole eşdeğer) dür. Bu durumda Türkiye
kendi enerji kaynaklarını en etkin biçimde kullanmak durumundadır.
Atmosfere ulaşan güneş enerjisi çoğunlukla kısa ya da uzun dalga boylu radyasyonla boşluğa
yansımaktadır. Yansımanın önemli kısmı atmosferin ve yeryüzünün ısıtılmasında
kullanılmakta ve hidrolojik sirkülasyonu sağlamaktadır. Gelen ışının çok az kısmı
fotosentezle bitki dokularının üretimi için canlı organizmalar tarafından kullanılır.
Fotosentezle üreyen bitkisel maddeler, çoğunlukla toprağa ve atmosfere bozunmayla ve
oksitlenmeyle geri dönmektedir. Depolanan bitkisel maddelerin çok az kısmını temsil eden
fosil yakıtlar, yer kabuğunda özel koşullar altında derişip kalmaktadırlar. Sıcaklık, basınç ve
süre bu maddelerin farklı şekillerde kömür, petrol katran kumu, asfaltit, doğal gaz ve diğer
bazı maddelerin birikimine yol açmaktadırlar. Fosil yakıtların birikiminde depolanma prosesi
603
Belediye Çöpü Geri Dönüşümsüz Bileşenlerinin, Fosil Yakıtlara Alternatif Yakıt
Üretiminde Gelişmeler ve Çöp Sorununa Sürdürülebilir Çözüm
Fadime TANER
çok etkilidir. Örneğin yeryüzünde fotosentezle yılda yaklaşık 150 Gton toplam organik
karbonun üretildiği hesaplanmıştır (Riley, 1944). Sadece bu karbonun oksitlenmesi sonucu
sağlanacak enerjinin (4 434 Eton) 2000 yılında hesaplanan dünya enerji gereksiniminin 100
katı kadar olduğu tahmin edilmektedir. Bu hesaplama, her yıl yenilenmeyecek bitkilere ek
olabilecek yenilenebilen karbonu da içermektedir. Burada bitkilerde bulunan ve yanabilen
diğer elementler hesaba katılmamıştır. Bu oksitlenme her zaman gerçekten olmaktadır. Fakat
çıkan enerji düşük sıcaklık enerjisi olduğundan endüstrileşmiş toplumlarda
kullanılamamaktadır. Bu nedenle bitkilerde depolanan güneş enerjisinin yoğunlaştırılarak
yaygın olarak kullanılabilen yakıta dönüştürülmesi gerekmektedir.
Bitki üretiminde harcanan enerji, yeryüzüne ulaşan güneş enerjisinin küçük bir kesridir
(%0,5-%1,5). Çağımızda insanların ve hayvanların kullandıkları bitkisel maddelerin kesri çok
küçüktür. Buna rağmen, bu maddelerin miktarı, bu bitkilerin kullanımından çıkan atıkların
oluşturduğu çevre sorunları açısından büyük önem taşımaktadır. Atık olarak adlandırılan
organik maddeler çok çeşitlidir ve atıktan atığa değişkenlik gösterir. Bu durum çevreyi
kirletmekle kalmaz, bir çok hastalıklara ve ölümlere neden olur. Son yıllarda katı atık
problemlerine dikkat çekilerek, organik madde içeren katı atıkların bir enerji kaynağı olarak
kullanılabileceği belirtilmiştir. Organik madde içerikli katı atık toplumda yaşayan her birey
tarafından üretilmektedir. Kırsal kesimde bu; çevre problemi yaratmasa da, endüstrileşmiş
büyük şehirlerdeki, endüstri merkezleri ve tarım alanlarında toplum yaşamını tehdit eder.
KATI ATIKLARIN KAYNAKLARI
Belediye çöpleri, tarımsal atıklar, kanalizasyon dip çamuru, endüstriyel katı atıklar ve orman
ürünleri en önemli katı atık kaynaklarıdır. Atıkların bileşimi ve miktarları; çıkış kaynaklarına
bağlı olarak çok değişiklik gösterir. Organik katı madde içeren atıklardan en çok üretileni,
gübredir. Ülkemizde de organik kaynaklı atıkların büyük potansiyelde olduğu bilinmektedir.
1984 yılı istatistiklerine göre kuru tarımsal atıklar, yaş tarımsal atıklar, hayvansal atıklar,
orman ürünleri ve odun atıkları ve belediye çöpü gibi atıklardan kazanılacak enerjinin 17,2
MTEP olduğu hesaplanmıştır (Taşdemiroğlu, 1986).
Tarımsal atıkların önemli bir kısmı endüstriyel bitkilerin üretiminden sağlanır. Türkiye'de
yetiştirilen en önemli endüstriyel bitki bitkiler mısır, ayçiçeği, soya, tütün ve pamuktur.
Pamuk lifi üretimi sonucu geriye kalan bitkiler tarlada yakılmasının dışında hiç bir amaçla
kullanılmamaktadır. Ülkemizde yılda 58O Mton pamuk üretilmektedir (Agric. Struc., 1984).
Üretilen pamuk bitkisindeki dal, gövde, yaprak, kök ve kabuk içeren pamuk sapının pamuğa
oranı (kütlece) 6,6/1 olduğu bilinmektedir (Brown, 1938). Bu verilere göre yılda yaklaşık 3,83
Gton sap üretilmektedir. Büyük potansiyele sahip bu atığın yenilenebilir enerji kaynağı olarak
kullanılması söz konusudur.
KATI ATIKLARIN ENERJİ POTANSİYELİ
Atık maddeler yaygın olarak kullanılan yakıtlardır.Bunların bileşimi, yoğunluğu, ısıl değeri ve
diğer özelikleri atıktan atığa değişmektedir. Katı atık ya da bir yakıtın enerji kaynağı olarak
kullanımı, yakıtın niceliği, pazara yakınlığı gibi çok sayıda etkenlere bağlıdır. Atık ya da
yakıtın değerini belirleyen en önemli etken bileşimleridir (Çizelge 1). Atıklarda oksijen ve
nem oranı yüksektir, kömüre göre ise kül ve kükürt oranı düşüktür.
604
Belediye Çöpü Geri Dönüşümsüz Bileşenlerinin, Fosil Yakıtlara Alternatif Yakıt
Üretiminde Gelişmeler ve Çöp Sorununa Sürdürülebilir Çözüm
Fadime TANER
Çizelge 1. Bazı Atıkların Özelikleri
Yaklaşık Analizi Turba
(%)
Nem
91,0
UM
5,4
SC
3,0
Kül
1,6
Element Analizi (kütlece %)
H
5,7
C
58,0
N
1,2
O
35,0
S
0,11
Kül
1,6
Isıl değeri (MJ/kg)
Yaş
2,79
Kuru
-
Odun
Yonga
Kamış
35,0
-
Belediye
Çöpü
43,3
43,0
6,7
7,0
Dip
Çamuru
23,2
10,2
Fuel-oil
No 2
2,0
0,1
-
81,5
17,5
1,0
73,0
26,0
1,3
6,3
52,0
0,1
40,5
1,0
5,9
56,2
36,7
Eser
-
6,1
47,3
35,3
11,3
8,2
27,2
0,7
56,8
0,1
7,0
7,2
30,9
0,5
51,2
0,2
10,2
14,2
85,0
1,0
-
20,9
6,97
22,08
11,32
21,24
11,22
-
12,4
-
47,9
47,4
UM: Uçucu madde, SC: Sabit Karbon
Her yıl tonlarca atık madde üretilmektedir. Bu maddelerin çoğu; organik, yanabilen sıvı ve
katı maddeler içermektedir. Çizelge 2 de belediye çöpü bileşenleri verilmiştir. Bunların
toplanması ve boşaltılması çok pahalı ve zordur. Mevcut bazı yöntemlerle atıklardaki
organikler yakılarak ya da daha derişik hale getirilerek değerlendirilmesi yoluna
gidilmektedir. Bu işlemler, yöntem geliştirme birimlerinde, pilot işletmelerde ve birkaç büyük
işletmede gerçekleştirilmektedir. Organik atıkların geleceğin en değerli enerji kaynağı olacağı
bir gerçektir. Nüfusun yoğun olduğu merkezlerde, bu maddelerin daha cazip kullanımına
gidilecektir. Gelişmiş ülkelerde endüstri, ticaret ve tarım sektörü, bu atığın değerinin
farkındadır ve direk yakma ya da atıkları yaygın kullanılan yakıta dönüştürme sistemlerinin
geliştirilmesine çaba göstermektedirler.
Ülkemizde 1990 istatistikleri, büyük bir enerji açığı olduğunu göstermektedir. Bu enerji
açığının kapanması, mevcut sistemlerde kullanılabilecek bir yakıtın üretimi ile kısmen
mümkündür. Tarımsal gelir payı fazla olan ülkelerde, her yıl yenilenebilen ve bol miktarda
üretilen tarımsal atık ve organik yapıda tüm katı atıkların yaygın yakıt üretiminde kullanımı
gerekmektedir.
Organik yapılı katı atıklardan yaygın yakıt (sıvı,gaz ve kömür) üretimi üzerinde yapılan
çalışmalar ve uygulamalar zamanımızda yoğunluk kazanmıştır Yapılan çalışmalarda katı
atıkların kurutularak yakılması ve elektrik enerji üretiminde kullanılması ile ilgili işletmeler
deneme aşamasında kurulmuştur. 1989 Mart'ta açılışı yapılan Eindhoven, Belçika, sistemi ile
ilgili veriler henüz tamamlanmamıştır. Bu sistemde kullanılan ham madde, orman ürünü
atıkları ve belediye çöpüdür. Belediye çöp bileşenlerinin ayrılması ve geri dönüşümlülerin
ekonomiye kazandırılması ve geri dönüşümsüzlerin değerlendirilmesine yönelik birçok
teknolojinin geliştirilmesi ile ilgili çalışmalarda sürdürülmektedir. Belediye çöpünün geri
dönüşümsüz bileşenleri ve organik yapılı katı atıkların değerlendirilmesinde uygulanan
sistemlerin başında, enerji üretim sistemleri gelmektedir. Enerji üretiminde uygulanan
prosesler;
1- Doğrudan yakma ve elektrik enerjisi üretme
2- Termokimyasal işlemle sıvı yakıt (akaryakıt) ve gaz yakıta dönüşüm
3- Biyokimyasal yöntemle sıvı yakıt (etil alkol) ve gaz (biyogaz) yakıta dönüştürmedir.
605
Belediye Çöpü Geri Dönüşümsüz Bileşenlerinin, Fosil Yakıtlara Alternatif Yakıt
Üretiminde Gelişmeler ve Çöp Sorununa Sürdürülebilir Çözüm
Fadime TANER
MEVCUT TEKNOLOJİLER
Geliştirilen teknolojilerin amacı; çevre kirliliğini önlemek ya da azaltmak ile çeşitli
kaynaklardan üretilen enerji miktarını arttırmaktır. Bu temel ilkeler doğrultusunda doğal
kaynakları ve çevreyi korumak için, atık maddeleri kaynak olarak kullanıp, atıkları
değerlendirerek ekolojik dengeyi bozmayacak şekilde geri döndürmeye çalışmak gerekir.
Örneğin; ABD de yılda 165 Mton belediye çöpü üretildiği ve yeraltına gömüldüğü, bu çöpün
yeraltında biyolojik bozunma sonucu metan gazına ve suda çözünebilen maddelere dönüştüğü
ve suda çözünebilen maddelerin yeraltı su sistemlerine karışarak suların kirlenmesine yol
açtığı belirtilmektedir (Tilman, 1977).
Toplanan belediye çöplerinin bir çukura doldurulması da ek mali külfet gerektirmektedir. Bu
nedenlerle organik yapıdaki katı atıkların yok edilmesi için yeraltına gömme uygulamasının
daha büyük sorunlara yol açtığı ve hatta düzenli depolamayla bile çevreye kanserojen madde
yayıldığı rapor edilmiştir (Goldberg, 1995).
Düzenli depolama sistemlerinde çıkan sızıntı suları da, çözümü zor sorunlar yaratmaktadır.
Katı atık depolama sahalarında; meteorolojik koşullara bağlı olarak kontrol altına
alınamayacak miktarda ve nitelikte sızıntı suyu oluşmaktadır. Ayrıca düzenli ya da düzensiz
deponi alanlarında biyolojik bozunma sonucu oluşan ve çok değişik yapıdaki uçucu organik
maddeler difüzlenerek atmosfere yayılabilmektedirler. Sızıntı suları ve atmosfere yayılan
uçucu organik maddelerin kontrolü için, çevreye zarar vermeyecek şekle dönüşecek
sistemlerin kurulması gerekmektedir. Toplanan, taşınan ve kontrol edilebilen geri
dönüşümsüz atıklar, değerlendirilmeyip depolamayla; kontrol edilemeyecek sistemlerle, daha
tehlikeli duruma getirilmektedirler. Değerli cevher olarak nitelendirilebilen ve büyük
yatırımlarla toplanabilen katı atıkların en etkin biçimde kullanımına gidilmesi, çevre sorununu
ortadan kaldıracağı gibi, enerji amacıyla kullanımı da enerji sorununa çözüm getirecektir.
Katı atıkların ısıl değerleri 11,6-13,9 MJ/kg dir. Bitümlü kömürün ise 25,56 MJ/kg dir.
Belediye çöpünün bileşimine bağlı olarak ısıl değeri de değişmektedir. Belediye çöpü
ortalama bileşimi ve bileşenlere göre ısıl değerleri verilmiştir (Tilman, 1977),(Çizelge 2).
Çizelge 2. Belediye Çöpünün % Bileşimi ve Üst Isıl Değeri
Atık Bileşenleri
Organik Madde
Kağıt
Gıda
Bağ bahçe
Odun
Lastik,kauçuk
Tekstil
İnorganik
Demir ve metaller
Cam
Taş ve pislik
Diğerleri
% Bileşimi
73,60
42,00
12,00
15,00
2,40
1,60
0,60
26,40
8,00
6,00
11,00
1,40
Isıl Değeri (MJ/kg)
13,90
18,59
5,81
6,97
16,27
34,86
16,27
-
Ortalama bileşimi ve ısıl değerleri verilen bu atıkların çevreye atılması sadece çevreyi
kirletmekle kalmaz, aynı zamanda bu önemli enerji hammaddesinin boş yere harcanmasına
neden olmaktadır. Bu sebeple, bu atıkların enerji kaynağı olarak kullanımında çok değişik
sistemler geliştirilmiştir.
606
Belediye Çöpü Geri Dönüşümsüz Bileşenlerinin, Fosil Yakıtlara Alternatif Yakıt
Üretiminde Gelişmeler ve Çöp Sorununa Sürdürülebilir Çözüm
Fadime TANER
KATI ATIKLARDAN ENERJİ ÜRETİMİNDE GELİŞTİRİLEN SİSTEMLER
Belediye çöpleri ve katı atıklar;yakma sistemlerinde, mekanik ayırma sistemlerinde, piroliz
sistemlerinde ve dönüşüm sistemlerinde enerji hammaddesi olarak kullanılmaktadır. İlk üç
sistem de Amerika'da çeşitli bölgelerde uygulanmaktadır. Örneğin, Massechusetts de 1200
ton/gün kapasiteli Saugus yakma sistemi General Elektrik Fabrikasına buhar üretmektedir.
Chicago, Milwauke ve çok sayıda şehirlerde mekanik ayırma sistemleri kurulmuştur. Güney
Charleston, Batı Virginia ve Maryland da büyük kapasiteli gaz yakıt üreten piroliz sistemleri
kurulmuştur.
Yakma Sistemleri
Belediye çöplerinin yakılarak yok edilmesi uzun süreden beri kullanılmaktadır. Enerji
kazanmaksızın yakma çok ülkede kullanılmaktadır. Enerji kazanma amacıyla çok sayıda,
değişik türde sistemler kurulmuştur Örneğin, Saugus Yakma Sisteminde Von Roll Teknolojisi
uygulanmıştır. Bu teknolojide belediye çöpü 811-1255 K sıcaklığında yakılmakta olup 50 ton
atıktan 136 ton buhar (700 K ve 4,3 MPa) üretilmektedir. Sistem 215 ton/gün kapasitelidir.
Ayrıca metaller de manyetik ortamda atıktan ayrılarak geri kazanılmaktadır. WheelabratorFrye yakma sistemi elektrik enerji sistemine bağlı olarak çalışmaktadır.
Mekanik Geri Kazanma Sistemleri
1960’ ların sonu ve 1970’ lerin başında geri kazanma sistemleri kurulmuştur (Appell and et
al,1970). EPA nın desteğiyle Union Elektrik Şirketi 325 ton/gün kapasiteli basit bir sistem
geliştirilmiştir (Appell and et al,1971). Bu sistem hemen kopya edilmiştir. USBM (U.S.
Bureau of Mines) kendi kolej sahasında maksimum enerji ve malzeme kazanımı için yaygın
olarak uygulanan cevher zenginleştirme sistemini uygulamıştır(Appell and et al, 1975).
Burada uygulanan sistem düşük tenörlü cevherlerin zenginleştirilmesine benzer çok aşamalı
proseslere benzemektedir. Ayırma işlemleri; yoğunluk, farklı iletkenlik, manyetik özellik ve
yüzey kimyasına dayalı olarak yapılmıştır. Sistemde atık didiklenmekte, hava ile ayırıcıda
hafif kağıt ve plastikler ayrılmakta ve geriye kalan manyetik ayırıcıda manyetik olanlar
ayrılmaktadır. Burada ağır demirler, demir olmayan hafif metaller, çakıl, taş ve seramikler, saf
cam, alüminyum, ağır organikler, kağıt ve plastikler ayrılmaktadır. Bu sistemde elde edilen
hafif ve ağır organikler yakıt olarak kullanılmaktadır. Çok sayıda firma ve mühendisler çeşitli
mekanik ayırma sistemleri geliştirmişlerdir. Amerikan Can Americology bu sistemlerden
biridir. Bu sistemler USBM de yapılan çalışmaların uygulamalarını yansıtmaktadır.
Milwauke, Wisconsin da kurulan benzer sistemde; günde 84 ton kağıt, 720 ton yakıt (kömüre
karıştırılan), 84 ton demir, 60 ton cam, 6 ton Al ve 240 ton ağır organik içeren atık
üretilmektedir. Yakıt, kömürle %10-15 oranında karıştırılarak yakılmaktadır. Burada kuru
mekanik sistem uygulanmaktadır. Bu sisteme benzer diğer sistemler 2 000 ton/d kapasiteli bir
adet Monroe Country, New York ve diğeri Chicago, Illinois'de kurulmuştur.
200 ton/gün kapasiteli bir tane de Ames, Iowa da kurulmuştur. Bunlar USBM teknolojisinin
aynıdır. Buna benzer çok sayıda sistemler Amerika'da çeşitli bölgelerde kurulmuştur. Black
Clawson şirketinin kurduğu sistem ise yaş mekanik sistemdir. Hava yerine su
kullanılmaktadır. Katı/su (hacim) oranı 3/97’dir. Sistemde, organikler, inorganiklerden
ayrılmakta ve organik kısım eleklerde ve preslerde %50 nem olacak şekilde preslenerek yakıt
olarak kullanılmaktadır. Bu sistemden bir tane 2 000 ton/gün kapasiteli Hempstead, Long
Island da kurulmuştur ve burada elektrik üretimi için buhar üretiminde yakıt olarak
kullanılmaktadır.
Piroliz Sistemleri
Katı atıkların temiz ve uygun gaz ve sıvı yakıtlara dönüşüm sistemleridir. İlk defa Pitsburgh
Enerji Araştırma Merkezinde 1960 ların sonlarına doğru uygulanmaya başlanmıştır. Burada
USBM-AGA da kömürün karbanizasyonu, atık pirolizi için uygulanmıştır (Appell and et al,
1970). PERC ayrımsal damıtmanın, belediye çöpünün, temiz gaz ve sıvı yakıta, etkin bir
607
Belediye Çöpü Geri Dönüşümsüz Bileşenlerinin, Fosil Yakıtlara Alternatif Yakıt
Üretiminde Gelişmeler ve Çöp Sorununa Sürdürülebilir Çözüm
Fadime TANER
şekilde dönüştürülebildiğini göstermiştir. Union Carbide, Corborundum ve Mansaton Kimya
gibi şirketler yaygın olarak kullanılan piroliz sistemlerini atıkların atıldığı bölgelere
taşımışlardır. Occidental Petroleum ve Atomics International gibi şirketler mevcut sistemleri,
bazı basamaklar ekleyerek, geliştirmişlerdir. Union Carbide Purox prosesi en gelişmiş
gazlaştırma prosesi olarak bilinmektedir. Purox piroliz sistemi Tarrytown, New York daki
araştırma bulgularını kullanmıştır. 5 ton/gün kapasiteli bir reaktörün başarılı çalıştığı
görülmüştür. Bundan sonra ticari işletme South Charlecton West Virginia da 200 ton/gün
kapasiteli olarak kurulmuştur. Bu işletmede belediye çöpü ve %20 katı içeren dip çamurları
hammadde olarak kullanılmıştır (Anderson, 1975). Bu sistemde ısıl değeri (291 K) 13,04
MJ/m3 olan bazı gaz yakıt üretilmektedir. Ayrıca yer doldurulmakta kullanılan cam, metal ve
kül içeren ergimiş halde curuf ve gaz yakıtın temizlenmesinde kullanılan atık su (COD 6070g/L) da üretilmektedir. Bu tür uygulamalar ve başarılar 1965-1975 arasında atıklardan
üretimiyle ilgili 14 adet, toplam günlük kapasitesi 8515 ton olan bir işletme kurulmuştur. Bu
işletmede 2,65 Gton/yıl belediye çöpü işlenmiştir. Daha sonraları günde 9,1 kton işleyen
dokuz işletme daha kurulmuştur (Molton and Demmitt, 1977). Amerika da, 1979 dan sonra,
44,3 PJ luk enerji kazanan işletmeler kurulmuştur. 1980-1985 yılları arasında toplam 16 000
ton/gün kapasiteli (4,8 Gton/yıl atık işleyen ve 36,9 PJ/yıl enerji üreten) işletme kurulmuştur.
Atıktan enerji üretim teknolojisi hızlı bir gelişme göstermiştir. Bunun başlıca nedenleri
atıkların çevre problemi yaratması ve enerji sorununun ortaya çıkmasıdır. Bu teknolojiler
gelişirken ikincil ve üçüncül üretim sistemlerinin de geliştirilmesine çalışılmıştır. Bu
çalışmalar laboratuvar boyutta yapılırken, pilot ve hatta ticari işletmelerin kurulmasına da
gidilmiştir. Sıvı yakıtların üretimi (Belediye çöpünde pirolitik yağ üretimi), ısıl işlemlerle
doğal gaza yardımcı gaz üretimi (Sentetik gaz geri devri ile katı atıklardan gaz üretimi) ve
akışkan yataklarda yakma ile enerji kazanımı sağlanan sistemler kurulmuştur.
Dönüşüm Sistemleri
Atıklar bu tür sistemlerle yaygın olarak kullanılan yakıtlara dönüştürülmektedir. Yaygın
olarak kullanılan ve sanayinin bağımlı olduğu yakıtlardır. Bu yakıtlar gaz, alkol ve petrole
benzer akar yakıtlardır. Atıklardan enerji üzerine çalışmalar 1965 den beri devam etmektedir.
Bu çalışmaların biri de Lignoselülozik yapıdaki katı atıkların sulu ortamda sıvılaştırılarak ham
petrole benzer akaryakıt (yağ) üretimidir. Bu üretim yöntemi sıvılaştırma işlemi olarak
bilinmektedir.
Katı atıkların enerji amacıyla kullanımında direk yakma, mekanik ayırma ve piroliz
yöntemleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle bu sistemler belediye çöplerinin
hammadde olarak kullanıldığı sistemlerdir. Organik karbon içeren katı atık kaynaklarının
sadece belediye çöpü olmadığı belirtilmiştir. Endüstriyel ve tarımsal alanlarda da gerek suda
çözünmüş halde organik madde ve gerekse katı halde organik madde çevreye verilmektedir.
Bu maddelerin mevcut sistemlerle temiz ve uygun gaz ve sıvı yakıta dönüşümlerinde, topluma
psikolojik etkileri de bulunmaktadır. Örneğin piroliz olayında kanalizasyon dip çamurlarının
kullanımı çok sıkıcı olabilmektedir. 1975 lerden sonra organik madde içeren atıkların uygun
ve temiz yakıta dönüştürülmesi üzerindeki laboratuvar çalışmaları pilot işletmelerde
uygulanmış ve daha sonra büyük işletmelerin kurulmasını sağlamıştır. Dönüşüm sistemleri şu
şekilde sıralanabilir.
1-Anaerobik Sindirimlerde Metan Gazı (Biyogaz) Üretimi
Katı atıklardan, havasız, özel besinlerin ve koşulların sağlandığı ortamda, fermantasyonla
biyogaz üretilmektedir. Günümüzde, biyogaz üretim sistemleri de geliştirilmiştir (Tekinel ve
Körükçü, 1983).
2-Ergimiş Tuz Yataklarında Düşük Isıl Değerli Gaz Üretimi
Bu sistemde katı atık, 1273 K de ergimiş Sodyum Karbonat yatağının altında katı hava ile
karıştırılarak yakılmakta ve CO, hidrojen, metan ve etan gibi yanıcı gaz üretilmektedir.
608
Belediye Çöpü Geri Dönüşümsüz Bileşenlerinin, Fosil Yakıtlara Alternatif Yakıt
Üretiminde Gelişmeler ve Çöp Sorununa Sürdürülebilir Çözüm
Fadime TANER
3-Sentetik Gaz Geri Devir Prosesi ile Gaz Üretimi.
Bu yöntemde katı atık,basınçlı depolara girer. Basınçlı depolarda basınçlı metan üretme
(MPR) reaktörüne verilir ve burada ters akımla gelen hidrojen içeren sentetik gazla karışır.
MPR ye katı, ya serbest düşme ile girer ya da reaktör boyunca hareketli yatak ile girer. Kül
(metal-cam) ve kömür karışımı buhar enjeksiyonu ile ayrılır ve buharla kömür, oksijeninin
verildiği gazlaştırma kulesine verilerek sıcak sentetik gaz üretilir. Bu gaz tekrar MPR ye geri
devir edilir. MPR de yüksek oranda metan içeren (% 17,2 metan, %58,6 hidrojen hacimce)
gaz yakıt üretilir. Hareketli sistemde metan %24 dolayındadır. Bu sistem göstermelik deneme
sistemi olarak kurulmuş ve daha sonra uygulamaya alınmıştır.
4-Belediye Çöpünden Pirolitik Yağ Üretimi
Bu yöntem flaş piroliz yönteminin bir uyarlamasıdır. Belediye çöpünün parçalanmasından
sonra, manyetik ayırma ve hava ile ayırma işlemi uygulanıp, geriye kalan organikler %3 neme
kadar kurutularak tekrar di diklenmektedir (Elliott, 1981a). Sonra alüminyum ve cam
parçaları ayrılmaktadır. Sonra organikler 14 mesh boyuta kadar düşürülerek, organik
taneciklere flaş piroliz prosesi uygulanmaktadır. Bu yöntemle pirolitik yağ üretilmektedir.
Belediye çöpünden elde edilen yağ, çok çeşitli maddelerin karışımından olan bir akışkandır.
Bileşiminde mol kütlesi 32-10 000 g/mol olan bileşikler bulunmaktadır. Kaynama sıcaklığı
328-573 K arasındadır. Bileşiminde kütlece % 57,5 karbon içeren yakıtın ısıl değeri 24,4
MJ/kg dır. Çoğu fraksiyonunda C/O oranı 1/2 ve koyu kahve renklidir. Bu yöntemde pirolitik
kok ve gaz da üretilmektedir. Kullanılan ham maddeye (Hayvan gübresi, çeltik kavuzu,
saman, belediye çöpü) göre ürünlerin bileşimleri de değişmektedir. örneğin gübrede, çeltik
kavuzunda, saman ve belediye çöpünde elde edilen pirolitik koktaki karbon yüzdeleri
(kütlece), 34,5, 36,0, 51,0, 48,8 iken, gazın bileşiminde CO: 21,9, 28,5, 53,9, 34,9dır.
1977’nin ortalarında 200ton/d kapasiteli göstermelik işletme Sandiago’da işletmeye
alınmıştır.
5-Organik Atıklardan Metanol Üretimi
Formaldehit üretiminde kulanılan esas hammadde olmasının yanında metanolden çok sayıda
kimyasal madde de üretilmektedir. Bunlar; dimetil tereftalat, metil halojenür, metil amin,
metil metakrilat etilen glikol, metil ester ve asetik asittir. Çağımızda ise metanolün direk
kullanıldığı alanlarda çok sayıda patent ve yayınlar bulunmaktadır. Bunlar yağ için antifiriz
olarak, roket, jet ve yakma makinaları yağı incelticisi, kömür, kömür katranı, gaz ve sıvı
hidrokarbon temizleyicisi, plastiklerde katalizör uzaklaştırıcı, metalürjide karbürleştirici ve
katılaştırıcı ortam, tohum koruyucu, hidrolik çimento geciktirici, uranyum cevheri gösterici
ajanı gibi çoğu endüstride kullanılmaktadır. Bunlardan en önemlisi iyi bir yakıttır. Metanol
üretiminde kullanılan ana maddeler karbondioksit ve hidrojendir. Herhangi bir yöntemden
elde edilen CO ve CO2 gaz karışımı hidrojenasyonla metanole dönüşmektedir. Bu olayların
olduğu sistemler geliştirilmiştir (Kranitch and Weiss, 1980)
6-Etil Alkol Üretimi
Lignoselulozik yapıdaki tarımsal atıklar kimyasal olaylarla hidrolize uğratılarak selüloz önce
glikoz birimlerine ve glikoz da biyokimyasal fermantasyonla etil alkole dönüştürülmektedir.
Etil alkol direk yakıt olarak kullanıldığı gibi, petrole (benzine) enjekte edilerek gazohol
denilen ve petrolün %15 inin yerini alan bir yakıt üretilmektedir (Leonard and Hasney, 1945).
7-Sıvılaştırma İle Akaryakıta Dönüşüm
Organik yapılı katı atıkların, basınç altında, yüksek sıcaklıkta, sulu ortamda, çeşitli
katalizörler yardımıyla yaygın olarak kullanılan gaz (% 2-10 ), kok (%5-10) ve yağ (%40)
gibi akar yakıtlara dönüşmesi olayıdır. Bu dönüşümde hammaddenin kurutulması
gerekmemektedir. İşlemden sonra bazı çalışmalar, hammaddeden %5 i kadar kullanılmayan
bir atığın kaldığını ve yağa dönüşümün %70 dolayında olduğunu göstermiştir. Henüz gelişme
aşamasında olan sıvılaştırma işleminin üzerindeki çalışmalar ve uygulamalar günümüzde
609
Belediye Çöpü Geri Dönüşümsüz Bileşenlerinin, Fosil Yakıtlara Alternatif Yakıt
Üretiminde Gelişmeler ve Çöp Sorununa Sürdürülebilir Çözüm
Fadime TANER
yoğunluk kazanmıştır. Konu ile ilgili çalışmalar 1920 lerin başlarında başlamış olup, bütün
dünyada (Davis, 1983, Elliott and Baker, 1986, Elliott, 1981, 1981a, 1985, Houle and et al,
1976, Molton and Miller, 1978, Wilhelm,1981) ve ülkemizde (Ergun, 1980, Demirtaş, 1985,
Taner, 1987) de konu ile ilgili çalışmalar sürdürülmektedir.
SONUÇ
Bu bilgilerin ışığında ülkemiz için enerjiyi dışa bağımlıktan kurtarmanın yolarından biri de
belediye çöpü, tarımsal ve endüstriyel organik yapıdaki geri dönüşümsüz katı atıkların yaygın
olarak kullanılan ve sanayinin bağımlı olduğu akar yakıt ve gaz yakıta dönüşüm sistemlerinin
geliştirilmesinde ve kurulmasında çaba göstermesidir. Katı atıklar her yıl yenilenebilmekte ve
insanoğlu yaşadığı sürece de varolmaktadır. Bir gün bitebileceği endişesi de
bulunmamaktadır. Konuyla ilgili bilimsel ve uygulamalı araştırmaların desteklenerek çevreyi
kirleten; toplama, taşıma, depolama, çevreye etkisiz duruma getirme vs. gibi çok yüksek
maliyeti olan belediye çöpü ve benzeri atıkların enerji kaynağı olarak kullanımına en kısa
zamanda gidilmelidir.
KAYNAKLAR
Agricultural Structure and Production, (1984), Prime Ministry State Inst. of Statistics, Turkey
Altaş, M., Fikret, H. ve Çelebi, E., (1990), “Enerji İstatistikleri”, Türkiye 5. Enerji Kong.,
210s, Ankara.
Anderson, J. E., (1975), The oxygen Refuse Convertor- A system for producing fuel gas, oil,
molten metal and slag from refuse Union Carbide Corporation.
Appell, H. R.; Fu, Y. C.; Friedman, S.; Yavorsky, P. M.; Wender, I.,(1971), “Conversion
Organic Wastes to Oil, a Replenishable Energy”, US Bureau of Mines, RI 7560
Appell, H. R.; Fu, Y. C.; Illig, E. G.; Steffgen, F. W.; Miller, R.D., (1970), “Conversion of
Urban Refuse to Oil”, U.S. BOM, TP25
Appell, H.R.; Fu,Y.C.; Illig, E.G.; Steffgen, F.W.; Miller, R.D., (1975), US Bureau of Mines
Report of Investigation RI 8013 (Washington)
Bridgewater, V. and Evans, G.D., (1993), An Assessment of Thermochemical Conversion
Systems for Processing Biomass and Refuse, ETSU, Harwell.
Brıdgwater, V., (1996), Production of High Grade Fuels and Chemicals from Catalytic
Pyrolysis of Biomass, Catalysis Today, 29, p.285.
Brown, H. B., (1938), Cotton, McGraw-Hill Company Inc. pp.126-227
Davis, H. G., (1983), “Direct Liquefaction of Biomass, Final Report and Summary of Effort
1977”, Lawrence Berkeley Labaratory, LBL-16243.
Demirtaş, A.; (1985), “A New Method on Wood Liquefaction”, Chim. Acta Turc., Vol.13,
No.2. 1985
Elliott, D. C., (1981), “Process Devolepment for Direct Liquefaction of Biomass” Fuels from
Biomass and Wastes, D.L. Klass and G.H. Envert, Ann Arbor Science Publishers, Inc, Ann
Arbor, MI, pp. 435- 450
Elliott, D. C., (1981a), Fuels from Biomass and Wastes, D.L. Klass and G. H. Emert, eds.,
Ann. Arbor Science Publishers, Inc., Ann. Arbor, MI, pp. 435-450
610
Belediye Çöpü Geri Dönüşümsüz Bileşenlerinin, Fosil Yakıtlara Alternatif Yakıt
Üretiminde Gelişmeler ve Çöp Sorununa Sürdürülebilir Çözüm
Fadime TANER
Elliott, D. C., (1985), “Analysis and Comparison of products from wood Liquefaction”
Fundementals of Thermochemical Biomass Conversion, R. Overend et al. eds. Elsevier
Applied Science Publishers.
Elliott, D. C., (1988), IEA Co. operative Project DI Biomass Liquefaction Test Facility
Project: Vol. 4, Analysis and upgrading of Biomass Liquefaction Products, Pacific Northwest
Lab., Richland, WA, p. 164.
Elliott, D. C.; Baker, E. G., (1986), “Hydrotreating Biomass Liquids to Produce Hydrocarbon
Fuels”, Symp. Energy From Biomass and Wastes X, Washington, D.C., April 7-10.
Ergun, S.; (1980), “Biomass Liquefaction Efforts in the United States”, U.S. DOE Report
LBL-10456
Goldberg, M. S., Alhomsi, N., Goulet, L. ve Riberdy, H., (1995), “Incidence of Cancer
Among Persons Living Near a Municipal Solid Waste Landfill Site in Montreal, Guebec”,
Archives of Env. Health, vol 50, iss6, p416-424.
Houle, E. H.; Ciriella, S. F.; Ergun, S. and Basunio, D. J.; (1976), “Thechnical Evaluation of
the Waste-to-Oil Pilot Plant at Albany, Oregon”, by Bechtal Corp, for U.S. ERDA Contract
E(04-3)-1194
Huffman, R., Graham, R. G. and Brigwater, A.V., (1994), Proc. Adv. Thermochem. Biomass
Conv., p.1103.
Kranitch, W. C.; Weiss, A. H., (1980), “Oil and Gas from Cellulose by Catalytic
Hydrogenation”, Chem., J. Chem. Eng. 58.735.
Leonard, R. H. and Hasney, G. S, (1945), “Fermentation of Wood Sugars to Ethyl Alcohol”,
Ind. End. Chem., 37, 4.390
Molton, P. M. and Demmitt, T. F.; (1977); “The Mechanism of Cellulose Pyrolysis: A reviev
of the Literature”, Battelle-Northwest Report BNWL-2297 Odc-813.4, 23pp
Molton, P. M.; Demmitt, T. F.; Donovan, J. M.; and Miller, R. K.; (1978), “Mechanisms of
Conversion of Cellulosic Wastes to Liquid Fuels in Alkaline Solution”, Symp. Papers. energy
from Biomass and Wastes, Inst. Of Gas Tech., Chicago Illionis, pp:293-316
Riley, G. A.; (1944), “The Carbon Metabolism and Phatosynthetic Efficiency of the Earth as a
Whole”, Am. Sci. 32 (2), 129-134.
Taner, F.; Boztepe, H.; Kimyonsen, U.; (1987), “Thermochemical Treatment of the Solid
Waste Obtained from NaOH Pulp and Paper Factory with 15% Acetic Acid and for
Taşdemiroğlu, E., (1986), “Biomass Energy Potential in Turkey”, Proc. of the 1986 Int.
Cong. on Renewable Energy Sources, Madrid, Spain, 18-23 May, p.148-165
Tekinel, O. ve Körükçü, A, (1983), “Biyogaz Ülkemizde ve Diğer Ülkelerde Uygulamamlar”,
Seyhan Grafik Matbaası, İstanbul.
Tillman, D.A.; Anderson, L. L, (1977), “Fuel From Waste”, Academic Press Inc. NewYork
p.73-86.
Wilhelm, D. J., (1981), ''Transportation Fuel from Biomass by Direct Liquefaction and
Hydrotreating'', in Proceeding of Energy from Biomass and Wastes V, Lake Buena Vista,
Florida, January 26-30.
611