Atıktan enerji üretmek: Biyogaz ve biyometan

İnsan nüfusu ve refah düzeyi arttıkça doğal olarak atık üretimi ve sera gazı emisyonları da artar. İklim ve çevre felaketlerini önlemek ve atıkların yeniden kaynak haline gelebildiği döngüsel bir ekonomiye ulaşmak istiyorsak, atık üretimi ve sera gazı salımlarıyla başa çıkmak zorundayız.^[1]Yang, M., Chen, L., Wang, J. et al. Circular economy strategies for combating climate change and other environmental issues. Environ Chem Lett 21, 55–80 (2023). https://doi.org/10.1007/s10311-022-01499-6 Bu bağlamda biyogazdan elektrik üretimi bir tartışma alanı açmış durumda. Biyogaz hem sürdürülebilir atık yönetimine olanak sağlıyor hem de karbon-nötr bir enerji kaynağı.

Bu yazıda biyogazın ve biyometanın oluşum süreçlerini, üretilen gazın niteliğini, dünyada ve Türkiye’de bu yolla enerji üretimi potansiyelini ele alacağız.

Biyogaz, canlı atıklarında bulunan organik maddenin, mikroorganizmalar tarafından oksijensiz (anaerobik) ortamda, havasız reaktörlerde (sindiricilerde) kontrollü bir şekilde parçalanmasıyla üretilir.^[2]Laca, A., Herrero, M., & Díaz, M. (2011). Life cycle assessment in biotechnology. In M. Moo-Young (Ed.), Comprehensive biotechnology (2nd ed., pp. 839-851). Academic Press. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-088504-9.00140-9 Sindirim sonucu metan ve karbondioksit karışımı gaz yakıt elde edilir.

Biyogaz üretimi süreci ve çıktılar

Mikroorganizmaların atık organik maddeyi sindirim süreci, dört biyokimyasal aşamada gerçekleşir; hidroliz, asidojenez, asetojenez ve metanojenez.^[3]Rajkumar, R., & Kurinjimalar, C. (2022). Food wastes/residues: Valuable source of energy in circular economy. In S. Sahay (Ed.), Handbook of biofuels (pp. 147–163). Academic Press. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-822810-4.00007-5

Aşağıdaki şemada görebileceğiniz gibi hidroliz aşamasında, besi içindeki proteinler, yağlar ve karbonhidratlar, büyük molekülleri su kullanarak daha küçük parçalara ayırabilen hidrolitik bakteriler tarafından şekerlere, yağ asitlerine ve amino asitlere indirgenir.^[4]Şekerler, yağ asitleri ve aminoasitler monomer yapıdadır.

Bu yapı taşları asidojenez aşamasında asidojenik olarak bilinen bakteriler tarafından uçucu yağ asitlerine, alkollere, karbondioksit, amonyak ve hidrojen moleküllerine dönüştürülür. Oluşan uçucu yağ asitleri, asetojenez aşamasında bu sefer asetojenik olarak bilinen başka bakteriler tarafından asetat, karbondioksit ve hidrojene dönüştürülür. Son olarak, metanojenez aşamasında arke olarak bilinen mikroorganizmalar asetatı metan ve karbondioksite dönüştürür.^[5]Teferra, Demsew & Wubu, Wondwosen. (2018). Biogas for Clean Energy. 10.5772/intechopen.79534.

Biyogaz karbondioksit ve metandan oluşur. Bunlar dışında içinde eser miktarda azot ve hidrojen sülfür gibi diğer bazı gazlar da barındırır.  Oranlara bakıldığında %50-%70 arası metan, %30-%50 arası ise karbondioksit içerir.^[6]National Renewable Energy Laboratory. (2014). Biogas potential in the United States (NREL/TP-6A20-60178). U.S. Department of Energy. https://www.nrel.gov/docs/fy14osti/60178.pdf

Biyogaz nasıl kullanılır?

Biyogaz, ya kendisi ısı ve enerji üretmek için sıcak su/buhar kazanlarında veya motorlarda yakılır, ya da ayrı bir süreç ile karbondioksit ve metan gazı olarak ayrıştırılır.

Biyometan işte bu ayrıştırma sonucu elde edilir, biyometanın %95-99’ı metandır. Biyometan doğrudan bir yakıt olarak kullanılır veya doğal gaz dağıtım hattına enjekte edilir.  Biyometan, biyogaza oranla %30 mertebesinde daha yüksek ısıl (kalorifik) değere sahiptir, yani biyometan ile birim kütlede üretilebilen enerji, biyogaza göre %30 daha fazladır.

Ayrıştırılan karbondioksit (biyojenik karbondioksit) ise atmosfere bırakılmak yerine gazlı içki/içecek üretiminde kullanılabilir.

Sindirim sonrası reaktörde arta kalan katı maddeye sindirim ürünü (digestate) denir. Bu madde azotlu bileşikler açısından zengin olup gübre olarak kullanılır.

Biyogaz üretimi, normalde düzenli depolama (sanitary landfill) veya yakma tesislerine gidecek çeşitli tarımsal ve evsel atıklar veya gıda atıklarını üretime aktardığından, sürdürülebilir atık yönetimine iyi bir örnek teşkil eder.^[7]Ghosh, P., Shah, G., Sahota, S., Singh, L., & Vijay, V. K. (2020). Biogas production from waste: Technical overview, progress, and challenges. In L. Singh, A. Yousuf, & D. M. Mahapatra (Eds.), Bioreactors (pp. 89-104). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-821264-6.00007-3 Hayvan dışkıları, mezbaha atıkları, her türlü tarımsal kökenli atık, atıksu arıtma çamuru, organik kökenli endüstriyel atıklar,  raf ömrü tükenmiş market organik atıkları hammadde olarak kullanılabilir.

Çöp gazı nedir?

 

Biyogaz reaktörlerinde gerçekleşen sürece benzer bir sürecin düzenli çöp depolama alanlarında gerçekleşmesiyle oluşur. Bu alanlar anaerobik sindirici gibi çalışır. Çıkan biyogaza “çöp gazı” da denir ve biraz önce bahsettiğimiz gibi bu gaz da doğrudan veya biyometana dönüştürülerek ısı veya elektrik üretiminde kullanılabilir.

Reaktörlerde bahsettiğimiz türde organik atıklar yerine özel olarak üretilen enerji tahıllarından (energy crops) da biyogaz üretimi yapılabilir.  Burada özel olarak yetiştirilen mısır, darı ve sorgum gibi tahıllar silaja dönüştürülüp girdi olarak kullanılır. Ancak gıda üretimi yapılabilecek tarım arazilerinin enerji tahılı üretimine tahsis edilmesi, Birleşmiş Milletler’in “Binyıl Kalkınma Hedefleri”nin birincisi olan “yoksulluk ve açlığın ortadan kaldırılması” hedefine aykırı olduğundan 2020 yılından bu yana en aza indirgenmiştir.^[8]Birleşmiş Milletler’in Binyıl Kalkınma Hedefleri (Millennium Development Goals – MDGs), 2000 yılında kabul edilen ve 2015 yılına kadar gerçekleştirilmesi hedeflenen sekiz ana kalkınma amacından oluşan global bir yol haritasıdır. Bu hedefler; yoksulluğun azaltılması, eğitim, sağlık, cinsiyet eşitliği ve sürdürülebilirlik gibi temel alanlarda dünya genelindeki kalkınmayı hızlandırmak için belirlenmiştir.

Biyogaz yenilenebilir, sürekli ve karbon-nötr bir enerji kaynağı

Biyogaz yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak kabul edilir çünkü “yakıtı” olan organik atık veya enerji tahılları sürekli olarak yenilenir. Güneş ve rüzgâr gibi temel yenilenebilir enerji kaynaklarının aksine biyogaz, belli zamanlarda verimli çalışamama ya da çeşitli bölgelerde farklı uygunluk sorunları taşımaz.^[9]Balat, M., & Balat, H. (2009). Biogas as a Renewable Energy Source—A Review. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 31(14), 1280–1293. https://doi.org/10.1080/15567030802089565 ^[10]World Biogas Association. (2018). Biogas and climate change: Factsheet. World Biogas Association. Retrieved January 2025 from https://www.worldbiogasassociation.org/wp-content/uploads/2018/07/WBA-Climate-Change-Biogas-factsheet-2.pdf

Biyogaz ayrıca karbon-nötr bir enerji kaynağı olarak kabul ediliyor, çünkü anaerobik sindirim ve metanın yakılması sırasında atmosfere salınan karbondioksit, kullanılan organik maddenin yaşam döngüsünde atmosferden emilmiştir.^[11]Paolini, V., Petracchini, F., Segreto, M., Tomassetti, L., Naja, N., & Cecinato, A. (2018). Environmental impact of biogas: A short review of current knowledge. Journal of Environmental Science and Health, Part A, 53(10), 899–906. https://doi.org/10.1080/10934529.2018.1459076  Ayrıca biyogaz üretimi, normalde çöplüklere dökülecek organik atıkların çürümesi sürecinde atmosfere karbon dioksit ve metan gazı sızdırmasını da önler.^[12]World Biogas Association. (2018). Biogas and climate change: Factsheet. World Biogas Association. Retrieved January 2025 from https://www.worldbiogasassociation.org/wp-content/uploads/2018/07/WBA-Climate-Change-Biogas-factsheet-2.pdf

Dünyada biyogaz kullanımı

Dünyada, özellikle gelişmekte olan ülkelerde, küçük ölçekli reaktörler toplumda yaygın olarak kullanılıyor. Mikro-sindirici olarak adlandırılan bu reaktörler günlük 1-10 m3 biyogaz üretimi ile evlerde yemek pişirme, ısınma ve su ısıtma amaçlı kullanılabiliyor.^[13]Örnek olarak: Biogas for rural Households in India, https://www.myclimate.org/en/get-active/climate-protection-projects/detail-climate-protection-projects/india-biogas-7168/   Çin’de ve Hindistan’da 50 milyondan fazla mikro-sindirici mevcut.

Endüstriyel ölçekte, 2023 yılı itibari ile Çin’de 108.555 biyogaz tesisi (7000’i büyük ölçekli); Avrupa’da ise 21.400 tesis vardı. Avrupa’da Almanya bu alanda lider olup 10.971 tesis ve 87 TWh/yıl ile başı çekerken, onu İtalya 2.000+ tesis ve 35 TWh/yıl; Fransa 1.658 tesis ve 25 TWh/yıl; Birleşik Krallık 742 tesis ve 32 TWh/yıl takip ediyor.^[14]Gustafsson, M., Meneghetti, R., Souza Marques, F., Trim, H., Dong, R., Al Saedi, T., Rasi, S., Thual, J., Kornatz, P., Wall, D., Berntsen, C., Saxegaard, S., Lyng, K.A., Nägele, H.J., Heaven, S., Bywater, A. (2024). A perspective on the state of the biogas industry from selected member countries. Gustafsson, M., Liebetrau, J. (Ed.) IEA Bioenergy Task 37. https://www.ieabioenergy.com/blog/publications/state-of-the-biogas-industry-in-12-member-countries-of-iea-bioenergy-task-37 ABD’de 2.500 tesis ve 52 TWh/yıl üretim; Hindistan’da 876 tesis mevcut.  Brezilya 888 tesiste 12 TWh/yıl, Kanada’da ise 280 tesiste 6,11 TWh/ yıl üretim yapıyor. Avrupa 2023 biyogaz üretimi 22,1 milyar metreküp olup  bunun 4,9 milyar metreküp kadarı biyometandır.^[15]European Biogas Association. (2025). Decoding Biogases. Brussels, Belgium. https://www.europeanbiogas.eu/wp-content/uploads/2025/01/Decoding-Biogases-2025_ONLINE.pdf

Diğer enerji kaynakları ile karşılaştırıldığında biyogaz bugün küresel enerji talebinin küçük bir yüzdesini karşılıyor; 2020’de biyogaz küresel toplam primer enerjinin %0,3’üne denk geliyordu. Fakat gelişen teknoloji ve daha iyi atık yönetimi ve karbon-nötr oluşu gibi avantajları göz önünde bulundurulduğunda, biyogaz tesislerinin gelecekte sayılarının ve kapasitelerinin artmasına kesin gözüyle bakılıyor. Uluslararası Enerji Ajansı’na göre biyogaz/biyometan üretiminde kullanılan hammaddelerde 2040 yılına kadar %40 artış olacağı tahmin ediliyor.^[16]IEA (2020), Outlook for biogas and biomethane: Prospects for organic growth, IEA, Paris. Retrieved January 2025 from https://www.iea.org/reports/outlook-for-biogas-and-biomethane-prospects-for-organic-growth

Türkiye’de biyogaz kullanımı ve potansiyeli

Türkiye, Paris Antlaşması’nı 2016’da imzaladı ve 2053‘te net-sıfır emisyon hedefini 2021’de açıkladı.^[18]Republic of Turkey, Ministry of Environment, Urbanization, and Climate Change. (n.d.). Paris Agreement. Republic of Turkey, Ministry of Environment, Urbanization, and Climate Change. Retrieved January 2025 from https://iklim.gov.tr/en/paris-agreement-i-117 Bu hedefe ulaşmak için yenilenebilir enerjiye yatırım yapmak ve fosil yakıt temelli enerji üretiminden uzaklaşmak gerekmekte.

2022 yılı itibariyle Türkiye’de toplam kurulu gücü 2.414 MW olan 187 biyogaz, biyokütle, atık ısı ve pirolitik yağ enerji santrali var. Aşağıdaki kutuda özetlenen ve “biyoenerji” başlığı altında toplanan bu tesislerde 2021’de toplam 7,4 TWh elektrik üretimi yapılmıştır.^[19]Enerji Atlası (2022) https://www.enerjiatlasi.com/biyogaz/. 2023’teki toplam üretim ise 8,7 TWh olmuştur. Bu Türkiye’nin elektrik üretiminin % 2,61 dir.^[20]İlleez, B. (2024) Türkiye Biyoenerji İstatistikleri ve Genel Durum; Türkiye’nin Enerji Görünümü-TMMOB Makina Mühendisleri Raporu 2024, 221-238. Biyogazın bu üretim içindeki payı %54 mertebesindedir (4,68 TWh).^[21]International Renewable Energy Agency (IRENA), Renewable Energy Statistics 2025, July 2025.

Biyoenerji kaynakları

 

Biyogaz: Anaerobik sindirim ile organik atıklar veya enerji tahıllarından üretilen metan ve karbondioksit karışımı gaz yakıt. Çöp gazı bu kapsamda  değerlendirilir.

Biyometan: Biyogazdan karbondioksitin ayrılması ile elde edilen %95-99 metan gazı.

Biyokütle: Çoğunlukla odunsu (odun, odun peleti, talaş vs.) madde. Doğrudan yakılma ile ısı ve elektrik enerjisi üretilmektedir.

Katı atıklar: Evsel ve endüstriyel kökenli, doğrudan yakılabilecek nitelikte atıklar.

Pirolitik yağ: Özellikle atık otomobil, kamyon lastiklerinin piroliz ile sıvılaştırılması elde edilen yağ. Doğrudan yakılma ile ısı ve elektrik enerjisi üretilmektedir.

Bu tesislerden en eskisi Afyonkarahisar’da Mayıs 2015’de açılan Afyon Enerji ve Gübre Üretim Tic. ve San. A.Ş. ve en yenisi ise Konya’da Mayıs 2025’de açılan Asya Biyogaz Enerji tesisidir.^[22]Enerji Atlası (2022) https://www.enerjiatlasi.com/biyogaz/ Ayrıca yazının başında fotoğrafı bulunan İstanbul Su ve Kanalizasyon İdaresi (İSKİ) Baltalimanı Biyolojik Atık Su Arıtma Tesisi de modern biyogaz üretim tesislerine iyi bir örnektir. Tesiste arıtılan atıksudan elde edilen çamurun anaerobik sindirimi ile üretilen biyogaz yakılarak tesise elektrik sağlıyor. Tesiste 6 adet her biri 10.000 m³ kapasiteli, 42 metre yüksekliğinde ve 25 metre çapında biyogaz sindirici tankı bulunuyor. Toplam biyogaz üretim kapasitesi günde 44.000 m³ tür.^[23]İstanbul Su ve Kanalizasyon İdaresi. (n.d.). Baltalimanı biyolojik atık su arıtma tesisi. İSKİ. Retrieved March 2025, from https://iski.istanbul/kurumsal/iski-tesisleri/atik-su-aritma-tesisleri/baltalimani-biyolojik-atik-su-aritma-tesisi/ Ayrıca İSKİ’nin İstanbul Tuzla ileri biyolojik atıksu arıtma tesisinde de orta ölçekli bir atıksu çamuru sindiricisi vardır.

Birçok araştırmacı Türkiye’nin gelişmiş tarımsal üretim profilinin yüksek biyogaz potansiyeline katkı sağlayabileceğini öne sürmüştür; bu potansiyel kullanılabilirse elektrik kapasitesinin çok daha önemli bir kısmını üstlenerek daha iyi atık yönetimi sağlayacak, enerji sektörünün emisyonlarını azaltacak ve emisyon hedeflerine yaklaşmamızı kolaylaştıracaktır.

Biyogaz, döngüsel ekonomi ve sürdürülebilir gelecek kapsamında hem atık yönetimi hem de enerji ihtiyaçlarının karşılanması için umut vadeden bir yol sunmakta. Küresel olarak tüketilen enerjiye katkısı az olsa da, karbon-nötr oluşu, yenilenebilir olması ve kesintisiz enerji üretebilmesi gibi avantajları, gelecekte biyogazı yenilenebilir enerji sistemlerine geçişte önemli bir yere getirebilir. Türkiye’de henüz biyogazın ülke enerji üretimine katkısı düşüktür. Ancak, ülkenin üretim profili göz önünde bulundurulduğunda biyogaz dokunulmamış bir potansiyel gibidir. Stratejik yatırımlar, politika desteği ve teknolojik ilerlemeler sağlanırsa biyogaz kapasitesi önemli ölçüde artırılabilir, 2053 net sıfır emisyon hedefine doğru ilerleme sağlanabilir ve aynı zamanda atık yönetimi ve enerji bağımsızlığı iyileştirilebilir.

Orhan Yenigün, Deniz Miralay