Biyokütle Potansiyeli olarak Orman Atıkları

Orman atıkları olarak adlandırılan biyokütle kaynaklarının oldukça geniş kullanımı vardır. Bu atıklar ormancılık ve orman endüstrisinden ağaç atıkları, yıllık kısa rotasyonlu ağaçlıklar (okaliptüs, kavak, söğüt) olarak sınıflanabilir. Biyokütle tabanlı bu malzemeler, hem doğrudan biyokütle, hem de biyoyakıt olarak enerji üretimi amaçlı kullanılmaktadır. Ülkemizde 6831 sayılı Orman Kanunu’nun 34. ve 37. Maddeleri uyarınca orman artıkları kullanılabilir. Bu atıklardan enerji üretimi amacı için  faydalanılmalıdır.  Orman ve orman ürünleri atıkları endüstride buhar ve elektrik üretmek üzere kojenerasyon santralı (CHP: Combine Heat Power; Kombine Isı Gücü) yakıtı (ya da eş yakıtı) olarak yakılmakta ve ayrıca mesken ve ticari bina ısıtması amacıyla da kullanılmaktadır. Türkiye’de orman atıklarından 2.800 MWth ısı üretmek mümkündür. Bu toplam gücün yakma metodu ile buhar türbini kullanarak %20’si elektrik üretmek mümkünken, gazlaştırma teknolojisi ile gaz motorları kullanarak %35’i olan  net elektrik üretilebilir.

Orman ürünlerinin ana hammaddesi olan odun ligno selüloz özellikleriyle mükemmel bir biyokütle kaynağıdır. Odun tek başına ya da kömür ve diğer biyokütle yakıtlarıyla birlikte kalorifer kazanlarında, elektrik santrallerinde ve gazlaştırma kazanlarında yakıt olarak kullanılabilir. Modern teknolojiler odundan daha fazla enerji almamızı mümkün kılmaktadır. Orman artıklarını yapay gaz üretilmesiyle içten yanmalı motorlarda, yakıt hücrelerinde ya da doğalgaz tesislerinde kullanılmak mümkündür. En nihayetinde daha gelişmiş yakıt üretim teknolojileriyle, odunda bulunan selülozik maddelerden biyobenzin,  biyomotorin gibi çeşitli sıvı yakıtlar üretilebilmektedir. Dünya’da 1900’lü yıllarda petrolün kullanılmaya başlamasından sonra teknolojik ilerleme ve üretim tekniklerinin artmasıyla petrol ürünleri ucuzlamıştır.   Ayrıca, sıvı petrol daha kolay taşınabilir olduğu için ısıtma sistemlerinde tercih edilmeye başlanmıştır.   Birim hacimdeki petrol ve kömür, oduna göre yaklaşık  %60 ila %90 arasında daha fazla enerji yoğunluğuna sahiptir. Fosil yakıtların kalorisinin yüksek olması onlara olan talebi aşırı derecede arttırmış, odun her yerde bulunabilen bir kaynak olmasına rağmen fosil yakıtlarla rekabet edememiştir. Kömürden elektrik üretiminin daha ucuza gelmesi ve alt yapısının daha geniş alana yayılması nedeniyle yerleşim yerlerinde odunun kullanımı büyük ölçüde azalmıştır. 1970’li yılların başında ortaya çıkan petrol krizi nedeniyle odun tüketiminde bir miktar artış olmakla birlikte, 1980’lerde kömürle çalışan yeni termik santrallerin kurulması, hidroelektrik santrallerin devreye girmesi ve kara yolu taşımacılığına ağırlık verilmesiyle enerji üretiminde kömür, petrol ve su gücünün payının artmasına karşılık,  odun tüketimi %14’e kadar gerilemiştir.  1990’lı yıllardan itibaren doğalgazın Büyük Şehirlerde kullanılmaya başlaması, boru hatlarının yaygınlaşması, doğalgaz dağıtımının ticari hale gelmesi, doğalgaz kullanımını ilçelere kadar götürmüştür. Ayrıca, 2000’li yıllarda kırsal kesimde güneş enerjili ısıtma sistemlerinin kullanılmasını kolaylaştıran teşviklerle  birlikte  odunun  birincil  enerji kaynakları tüketimindeki payı iyice azalmış, 2007 yılında bu oran %5’e düşmüştür.

Tablo-1. Türkiye’de yıllar itibariyle odun üretimi

1

 

Odunsu biyokütleden elektrik ve ısı üreten termik santraller konusunda gerek devletin gerekse özel sektörün çalışmaları yetersizdir.  Endüstriyel orman ürünleri sektöründe faaliyet gösteren fabrikalar, güç üretme merkezlerinin odunsu biyokütle yakmaya uygun olmaması, çevre yönetmeliklerine uygun baca gazı değerlerini sağlayamamaları, yeterince odunsu biyokütle temin edememeleri, odunsu biyokütlenin taşınmasındaki zorluklar gibi nedenlerle elektrik   enerjisi ihtiyaçlarının çoğunu doğalgazla çalışan çevrim santrallerinden karşılamaktadır.  Bu  tür  fabrikalarda  odunsu  biyokütleden  sadece  ısı  enerjisi  üretiminde faydalanılmaktadır.

Odunun Yanma Özellikleri

Odun diğer yakıtlara göre daha kısa zamanda yanma ve çabuk ısı verme özellikleriyle üstünlük taşımaktadır.  1 kg taş kömürü veya linyit için 15-17 m3, 1 kg iyi kurutulmuş odun için ise 7-9 m3 havaya ihtiyaç vardır.  Yanma sonunda, odunun bıraktığı kül miktarı daha az olup  ağırlığının  %5’i kadardır. Bu  değer  linyit  için  %15-30,  kok  ve  antrasit  için  %5  tir. Ağaç türü, özgül ağırlık, rutubet, kül ve ekstrasif madde miktarları kalori değerine etki eden etmenlerdir. Yanma sonucunda oluşan  ısının bir kısmı odun içersindeki suyun buharlaşmasına harcandığı için, rutubet miktarının artmasıyla kalori değeri azalmaktadır. Ekstrasif madde miktarının artmasıyla da kalori değeri artmaktadır. Ayrıca uçucu madde ve basit karbon oranları da yakıtların ve odunun yanma karakterine etki eden etmenlerdir.  Çünkü uçucu maddeler yanma sırasında gaz fazına geçerek uçup giderler, sabit karbonu ise katı fazı oluşturur ve odun kömüründe olduğu gibi yavaş yanar. Odunda ve kabukta kül miktarı arttıkça kalori değeri azalmaktadır. Kısa  olması  amacıyla  iğne  yapraklı  ve  yapraklı  ağaç  türlerinin  kalorileri,  nemsiz tabana  göre  üst  kalori  değerleri  temel  alınmıştır. Orman atıklarının ısl değeri 3000-4500 kcal/kg seviyesindedir.

Tablo-2. Odunun ve Kabuğun Diğer Yakıtlarla Karşılaştırılması.

2

1 ton linyitten elde edilecek enerji 1,08 ton odundan elde edilebilir.  1 ton kok kömürü yerine 1,62 ton odun kullanmak gerekmektedir. Aynı  Şekilde   düşünülerek kabuk  için  de karşılaştırmalar yapılabilir. Kabuğun ortalama alt ısıl değeri 4250 cal/gr. alındığında 6 ton kok kömürü 10 ton kabuğa eşdeğerdir. Yine 10 ton kabuk yaklaşık 9 ton linyite eşdeğerdir.

Odunsu Biyokütle Kaynakları

Ligno selüloz esaslı odunsu biyokütle kaynakları  6 alt bölüm altında toplanabilir:

1-Orman artıkları: Ormanlarda yapılan üretim sonucu, sanayi odunu ya da yakacak odun olarak değerlendirilemeyen ve ormanda terk edilen kök, dip kütüğü, gövde ucu, tepe ve ince yan dallar, devirme ya da taşıma sırasında parçalanan ağaçlar; ormanlarda biriken kuru yapraklar, kozalaklar, ibreler; ağaçlandırma için saha temizliği, sıklık ve sırıklık bakımı gibi ormancılık uygulamaları sonucunda sahadan çıkarılan ince materyal ile ormanda ekonomik olarak değerlendirilemeyen ağaç, ağaççık, orman gülü, sandal ağacı, kocayemiş gibi çalılar, devrikler orman artığı olarak nitelendirilmektedir.. Bu atıklar yerinde parçalanarak taşınma hacimleri minimum seviyeye indirilecek ve tesis sahasına gönderilecektir. Tesis sahasına geldikten sonra bir müddete güneşte serili bırakılarak kurumaları sağlanacak, gerekirse bilahare pelet presler ile sıkıştırılarak pelet haline getirilecek ve depolanacaktır.

3

4

Şekil-1.  Orman rehabilitasyon çalışmaları ve üretim sonucunda ortaya çıkan artıklar.

2-Testere artıkları: Kent ağaçlarının budanması sırasında ortaya çıkan artıklar, marangozhane artıkları, hurda tahtalar, kereste fabrikası artıkları, testere talaşı bu bölümde yer alır. Bunlardan, baltalık ormanlardan elde edilen odundan daha değişik yöntemlerle enerji üretilir.

5

Şekil-2.  Ağaç kırpıntıları, Testere artıkları ve Hurda tahtalar. 

3-Enerji Ormanları ve Bitkileri: Belirli ağaçlar ve ot türleri enerji bitkileri olarak değerlendirilebilir.  Enerji  ormancılığında,  hızlı  büyüyen  söğüt,  kavak,  yalancı  akasya, okaliptüs, çınar, kızıl ağaç gibi ağaç türleri ve meşe yaygın olarak kullanılmaktadır. Sorgum türü birkilerde enerji bitkisi olarak yetiştirilebilir.

6

Şekil-3.  Enerji ormanı ve odunsu biyokütleler.

Orman Artıklarının Kapasitesi

Ülkemizde 6831 sayılı Orman Kanunu’nun 34. ve 37. Maddeleri uyarınca orman artıkları çeşitli amaçlar için kullanılabilir. Bu atıklardan enerji üretimi amacı ile mutlaka faydalanılmalıdır. 6831 sayılı Orman Kanunu aşağıdaki maddelerle orman atıkları kullanımını sağlamaktadır;

-Madde 34; (25.05.2000 gün ve 4570 sayılı Kanunun 1 inci maddesi ile değiştirilmiştir. Değişiklik, 4570 sayılı Kanun’un yayım tarihi olan 30.05.2000 tarihinden itibaren yürürlüğe girmiştir.) Üretimin Orman İdaresi tarafından yapılması halinde, sınırları içinde Devlet ormanı bulunan köy ve kasabalarda o yer nüfusuna kayıtlı olarak ikamet eden gerçek kişilerin veya sınırları içinde Devlet orman bulunan köy ve kasabaların her birinde hane adedinin çoğunluğu tarafından kurulan orman köylerini kalkındırma kooperatiflerinin baltalık ormanlarından birim fiyat (vahidi fiyat) usulü ile kesip, satış istifa yerlerine taşıdıkları yakacak odunların yüzde yüzüne kadarı idarece tayin edilecek süre içinde, istedikleri takdirde kendilerine maliyet bedeli üzerinden verilir.

-Madde 37; (Değişik: 23.09.1983 – 2896 Sayılı Kanun, Madde 25) Devlet ormanlarından çıkarılacak tomruk, tel direk, maden direk, sanayi odunu, kağıtlık odun, lif-yonga odunu, sırık, çubuk, yakacak odun, reçine, sığla yağı, çıra ve şimşir gibi yıllık üretim programına alınmış orman ürünlerinin dışındaki her nevi orman ürün ve artıklarını, tayin olunacak mıntıka ve süreler içinde toplayıp çıkarmaları için, öncelik sırasına göre 40 ıncı maddede belirlenen orman köylerini kalkındırma kooperatiflerine veya işyerindeki veya civarındaki köylülere ilanen duyurulmak suretiyle ve tarife bedelini ödemeleri şartıyla izin verilir. Bu yerlerdeki halkın veya kooperatiflerin bu işe istekli olmadıklarının veya iş güçlerinin yeterli bulunmamasının tespit ve tevsiki halinde, bu ürün ve artıkların diğer isteklilerce toplanıp çıkarılmasına aynı şartlarla izin verilebilir veya orman idaresince istihsal olunup satılabilir. Orman Genel Müdürlüğünce belirlenecek ormana zararlı ağaçcıklar ve kökler ile diğer orman zararlılarının, orman idaresince tespit edilecek şartlarla kesilerek, köklenerek, sökülerek veya toplanarak ormandan çıkarılması için isteklilere izin verilebilir. Bunları kesen, kökleyen, söken veya toplayan kişilerden para alınmaz.

Son yıllardaki biyokütle çalışmalarının büyük bölümü, orman yangınlarını önleme ve orman  işletme  faaliyetlerinin  artması  nedeniyle  orman  artıkları  üzerinde  yoğunlaşmıştır. Orman Bölge Müdürlüklerinin faaliyetleri arasında ormanlarda biriken tehlikeli yakıtların ormandan uzaklaştırılması, diri örtü temizliği ve orman bakım çalışmaları  önemli bir yer tutmaktadır. Orman   İşletmeleri,   yangın   tehlikesi   oluşturan orman   içi   artıkları daha çevreci yaklaşımlarla, değişik şekilde değerlendirebilir.   Orman İşletmeleri açısından en iyi çözüm orman  artıkları  için  bir  pazarın  yaratılmasıdır.      Düşünülen pazar,  Orman  İşletmelerinin, ormancılık faaliyetleri yatırım programlarında ihtiyaç duyulan genişlemeyi karşılayabilecek kadar gelir getirmelidir. Ormanlarımızda bir biyokütle projesini desteklemek için gerekli olandan çok daha fazla miktarda  orman  artığı  bulunmaktadır. Bununla  birlikte  orman  içi  artıklarının  temininin değişken olması, toplama, taşıma ve depolama maliyetleri gibi bir takım güçlükler orman içi artıklarının yakıt olarak  kullanılması konusunda yapılması gereken çalışmaları geciktirmektedir.  Orman artığı teminindeki değişmeler  ormancılık faaliyetlerinin dönemsel yapısından, orman endüstrisi sektöründeki eğilimlerden ve ormancılık faaliyetleri için ayrılan bütçe ödeneklerinin değişmesinden kaynaklanmaktadır.

Türkiye’deki orman endüstrisi son yıllarda yükselme eğiliminde olup sektörün talebini karşılayabilmek amacıyla endüstriyel odun üretimi son 4 yılda %35 artırılmıştır.  Endüstriyel odun üretimi 10 milyon m3  yakacak odun üretimi ise 4 milyon m3  olmuştur.  Ormanda hasat sonrası kesilen ağaçların yaklaşık %50 si endüstriyel ürün olarak değerlendirilemeyen kısımlardan oluşturmaktadır. Buna göre yıllık 10 milyon m3 olan tomruk üretiminden yaklaşık 5 milyon m3  orman artığı elde edilebilir.  Bu artığın bir kısmı toprak zenginleştirme amacıyla ormanda bırakılmaktadır.

Ormanlarımızda,      Orman   Genel   Müdürlüğü’nün     yakacak   odun   üretimi ışında ormanların iyileştirilmesi, bakımı ve hasat sonucu oluşan üretim artıkları, orman yangınları açısından tehlike oluşturan  odunsu materyaller, bozuk baltalık ormanların belli bir ölçüde iyileştirilerek  verimli hale dönüştürülmesiyle elde edilecek emvâl; kırsal kesimde yakacak olarak değerlendirilen odunlar ve özellikle Karadeniz Bölgesinde yaygın olan Şüceyrat odun olmak üzere, yıllık kabaca 8 milyon tonluk bir odunsu biyokütle potansiyeli olduğu tahmin edilmektedir. Yaklaşık 2 MTep enerji değerine karşılık gelen orman artıklarından sağlanan odunsu biyokütle potansiyelimizin, ortalama 96 MTep olan Türkiye‟nin toplam enerji tüketiminin kabaca %2‟sini karşılamaya yetecek kapasitede olduğunu söyleyebiliriz.

Tablo-3. Orman Bölge Müdürlükleri’nin 2007 Yılı Toplam Odun Üretimleri

7

8

Şekil 4.  Türkiye Ormanları Yıllık Biyokütle Üretimi Haritası.

9

Şekil 5.   Türkiye Ormanları Yıllık Biyokütle Potansiyesi Grafiği.

10

Şekil 6.   Türkiye Ormanları Varlığı Haritası. 

Odunsu Biyokütlenin Üretim ve Taşınma Maliyeti

Odun, çevreye etkisi bakımından fosil yakıtlara göre bazı üstünlüklere sahiptir.  Başlıca üstünlüğü,  sürdürülebilir,  güvenli  bir  tedarik  sunan,  yenilenebilir  bir  kaynak  olmasıdır. Yandığı zaman salınan karbondioksit miktarı, fosil yakıtların yanmasından çıkan CO2’den %90 daha azdır.  Odunsu yakıtlar cüzi miktarda kükürt ve ağır metal içerir.  Asit yağmuru tehlikesi oluşturmaz ve dumanı (parçacık emisyonları) kontrol edilebilir özelliktedir. Odunsu biyokütle enerjisinin ekonomik olarak üstünlüğü, fiyatının fosil yakıtlara göre oldukça ucuz olmasıdır.   Odunsu biyokütle enerjisiyle çalışan küçük ve orta ölçekli ısıtma sistemleri kullanarak müstakil evler, okullar, hastaneler, üniversite kampüsleri, belediye binaları ve kamu iş yerleri rahat ve masrafsız bir şekilde ısıtılabilir. Enerji üretiminde odunsu biyokütle kullanan bir tesis yapmadan ya da tasarlamadan önce kullanıcı kitlesi ve odunsu biyokütlenin tedarik edileceği bölgenin biyokütle kaynakları çok  iyi  araştırılmalıdır. Taşıma   maliyetleri  odunsu  biyokütlenin  diğer  yakıtlara  göre avantajlarını sınırlayabilir.

Tomruk üretim artıkları ve orman bakım çalışmaları sonucunda çıkan artıklar bulundukları yerde yongalanır. Odun yongalarının taşıma  sırasında neminin %50-70 olduğu kabul edilerek,  odun yongalarının karayolu taşımacılığıyla bir güç üretme tesisine naklinin 50 km, pelet üretim tesisine naklinin ise 100 km‟nin üzerine çıkması durumunda  taşımanın ekonomik    olmadığını belirtilmektedir. Odun yongasının bu mesafelerden daha uzak yere taşınması  durumunda maliyet yükselmektedir. Pellet üretim tesisinden  peletin  son  kullanım  yerine  en  ekonomik  taşınma mesafesi  100  km,  yakacak odunun son tüketim yerine ekonomik taşıma mesafesi ise 20 km olarak kabul edilmektedir.

Yapılan bazı çalışmalarda odun yongasının maliyetinin 5-13$ arasında olduğu ya da 17/MWh (1,4$, 3,5 ya da 4,7/GJ) olduğu kabul edilmiştir. En yüksek maliyet 50 km taşıma  mesafesinden sonra ortaya çıkmaktadır. Tomruk üretimi sırasında ortaya çıkan artıklardan elde edilen yonga, enerji ormancılığından üretilen ya da diğer ağaç türlerinden  elde  edilen  yongaya  göre  en  uygun  maliyete  sahiptir.  Odun  yongalarından üretilen peletlerin en uygun maliyeti 30-38 ya da 43 $/MWh olarak kabul edilmiştir. Bir biyokütle enerji sisteminin ilk kurulum maliyeti, yakıt besleme ve depolama sistemleri nedeniyle fosil yakıtlı bir sistemden %50 daha fazla olmaktadır. Bugün, 1 ile 5 milyon Btu/h (0,3 ile 1,5 MWt arası) odunsu biyokütle yakıcı/kazan sisteminin kurulum maliyeti 1 milyon Btu/h (0,3 MWt) ısı çıkışı başına tahmini olarak 80.000 TL ile 125.000 TL arasında olmaktadır.  Odunsu biyokütleyi etkili bir şekilde yakan mevcut ve  yeni  teknolojilerle,  odun  yakma,  odun  gazlaştırma, birleşik üretim  (kojenerasyon)  ve kullanılan yakıta bağlı olarak ortak yakma şekilinde değişik  yakma biçimleri uygulanabilir.

Kaynak.

-Orman Genel Müdürlüğü Rapor ve Yayınları, 1991, 1992, 1996, 1998, 2005, 2007, 2009, 2010, 2011

-Orman Genel Müdürlüğü, ‘Türkiye’de Odunsu Biyokütle’den Temiz Enerji Üretimi’, Şubat 2009, Ankara.

-T.C. Orman ve Su İşleri Bakanlığı, Ormancılık İstatistikleri, 2011,

-Tolay, Mustafa, “Biyokütle’den Enerji Üretimi, e-kitap, Tolay Enerji, Şubat 2014.