Yenilenebilir Doğal Gaz (RNG) Üretmek Mümkün Mü?

Doğal gaz ülkemizde de dünya da ısınma amacıyla, elektrik üretimi ve sanayi tesislerinde yaygın olarak kullanılan bir enerji kaynağıdır. Her ne kadar doğal gaz diğer fosil kaynaklara kıyasla daha temiz bir yakıt olsa da yenilenebilir enerji kaynaklarına göre daha yüksek emisyon değerlerine sahiptir. Avrupa Birliği Yeşil Mutabakat süreci ile birlikte özellikle imalat sektöründe düşük karbon ayak izine sahip ürün üretilmesi stratejik bir öneme sahiptir. Bu ürünlerim üretim süreçlerinde ısıl işlem yapılan sektörlerde doğal gaza alternatif olacak yenilenebilir enerji kaynağına ihtiyaç duyulacaktır.

Doğal gazın yerine kullanılabilecek emisyon değerleri düşük ve üretildiği kaynağa bağlı olarak negatif olabilen yakıt yenilenebilir doğal gazdır. Biyogazın içerisinde bulunan CO₂, H₂S vb. gazları ayrıştırarak elde edilebilecek olan yenilenebilir doğal gazın kullanımı dünyada her geçen yıl artmaktadır. ABD, Kanada, Almanya, Danimarka, İsveç gibi birçok ülkede kullanımı bulunmaktadır.

Biyogazın elde edildiği ana kaynağa bağlı olarak elde edilecek yenilenebilir doğal gazın karbon emisyon değerleri değişiklik göstermektedir. Grafikten de görüleceği üzere hayvansal atıklardan elde edilen biyogazın saflaştırılarak yenilenebilir doğal gaza dönüştürülmesi durumunda karbon yoğunluğu ortalamada yaklaşık -320 gCO₂e/MJ seviyelerinde olmaktadır. Bu da yenilenebilir doğal gazı düşük karbon emisyonuna sahip ürün üreten üreticiler için cazip bir yakıt haline getirmektedir.

Yenilenebilir Doğal Gazın Üretimi

Biyogaz tesislerinde üretilen gazın içerisinde bulunan kimyasalları şartlandırma ünitesi yardımıyla ayrıştırdıktan sonra CO₂ ve CH₄ içeren gazı saflaştırma ünitesine göndererek yüksek saflıkta metan içeren bir gaza dönüştürerek yenilenebilir doğal gaz üretmek mümkün olabilmektedir.

Ancak biyogazın saflaştırılmasında yaygın kullanılan 4 yöntem bulunmaktadır.

1. Membran ile Ayrıştırma Yöntemi
2. PSA (Pressure Swing Adsorbtion) Yöntemi
3. Amin Scrubbing Yöntemi
4. Su Yıkama (Water Scrubbing) Yöntemi

Bu yöntemleri inceleyecek olursak;

Membran ile Ayrıştırma Yöntemi

Membran teknolojisi, biyogaz saflaştırma sürecinde etkin ve yaygın kullanılan bir yöntemdir. Bu süreç, biyogazdaki istenmeyen gazların (örneğin karbondioksit, su buharı, azot, oksijen ve hidrojen sülfür) ayrılarak metan içeriğinin artırılmasını sağlar. İşte membran teknolojisi ile biyogaz saflaştırma sürecinin temel aşamaları:

 Membran ile Ayırma

• Membran Çalışma Prensibi: Membranlar, gazların geçirgenliğine göre seçici bir bariyer işlevi görür. Metan gibi daha büyük ve düşük geçirgenliğe sahip moleküller membranda tutulurken, karbondioksit ve diğer istenmeyen gazlar membrandan geçer.
• Tek veya Çok Kademeli Sistemler: Daha yüksek metan saflığı isteniyorsa, gaz birkaç membran kademesinden geçirilir.

Çıktılar

• Yüksek Saflıkta Metan: Membranda kalan metan zenginleştirilmiş gaz, yenilenebilir doğal gaz (RNG) olarak kullanılabilir.
• Yan Ürün Gazlar: Membrandan geçen karbondioksit ve diğer gazlar ya atmosfere salınır ya da başka süreçlerde (örneğin seracılıkta CO₂ kullanımı) değerlendirilir.

Avantajları

• Yüksek Verim: %90 ve üzeri metan geri kazanım oranına ulaşabilir.
• Enerji Verimliliği: Diğer yöntemlere göre genelde daha düşük enerji tüketir.
• Modüler ve Kompakt Yapı: Yer ve ölçeklendirme açısından avantajlıdır.
• Çevre Dostu: Kimyasal kullanımı gerektirmez, bu nedenle çevresel etkisi düşüktür.

PSA (Pressure Swing Adsorbtion) Yöntemi

PSA (Pressure Swing Adsorption), biyogazdan yenilenebilir doğal gaz (RNG) üretiminde kullanılan etkili bir saflaştırma yöntemidir. PSA, biyogazdaki karbondioksit (CO₂), su buharı (H₂O), azot (N₂) ve diğer istenmeyen gazların, adsorban maddeler kullanılarak ayrılmasını sağlar. Bu süreçte, metan (CH₄) zenginleştirilir ve Yenilenebilir Doğal Gaz elde edilir.

PSA Sistemi

• Adsorban Malzeme: PSA sisteminde, moleküler elek veya aktif karbon gibi özel adsorban maddeler kullanılır. Bu maddeler, gaz karışımındaki farklı bileşenleri seçici olarak adsorbe eder.
• Basınç Salınımı:
  • Yüksek Basınçta Adsorpsiyon: Biyogaz, yüksek basınç altında adsorbanlardan geçirilir. Karbondioksit ve diğer istenmeyen gazlar adsorbanlara bağlanırken metan geçer.
  • Düşük Basınçta Desorpsiyon: Basınç düşürüldüğünde, adsorbanlar tutulan gazları serbest bırakır ve tekrar kullanılabilir hale gelir.

Çıktılar

• PSA sistemi sonucunda, yaklaşık %95-99 oranında metan içeren yenilenebilir doğal gaz elde edilir.
• Karbondioksit ve diğer gazlar ya atmosfere salınır ya da başka süreçlerde (örneğin seracılıkta CO₂ kullanımı) değerlendirilir.

Avantajları

• Yüksek Saflık: PSA, yüksek saflıkta metan üretir.
• Enerji Verimliliği: Kimyasal kullanımını gerektirmez, sadece basınç salınımı mekanizması ile çalışır.
• Modüler Yapı: Çeşitli kapasitelerde uygulanabilir.
• Çevre Dostu: Düşük karbon ayak izine sahiptir.

Amin Scrubbing Yöntemi

Amin Scrubbing (Amin Yıkama), biyogazdan yenilenebilir doğal gaz (RNG) üretiminde karbondioksitin (CO₂) ayrıştırılması için kullanılan kimyasal bir saflaştırma yöntemidir. Bu yöntem, biyogazın metan (CH₄) içeriğini artırarak doğal gaz kalitesine yükseltilmesini sağlar. Amin scrubbing özellikle büyük ölçekli biyogaz projelerinde tercih edilen, yüksek verimliliğe sahip bir teknolojidir.

Amin Çözeltisi ile Yıkama

• Amin Çözeltisinin Hazırlanması: Biyogaz, monoetanolamin (MEA), dietanolamin (DEA) veya metildietanolamin (MDEA) gibi amin bazlı bir kimyasal çözeltiden geçirilir.
• CO₂’nin Aminlerle Bağlanması:
  • Yıkama kolonu olarak bilinen bir reaktörde biyogaz, amin çözeltisi ile temas eder. Amin molekülleri, CO₂ ile kimyasal reaksiyona girerek kararlı bir bileşik oluşturur.
  • Bu işlem sırasında metan gazı, CO₂’den ayrılarak yukarı doğru çıkar.

CO₂’nin Geri Kazanımı (Rejenerasyon)

• Rejenerasyon Kolonu: Amin çözeltisinde bağlanan CO₂, rejenerasyon kolonunda ısıtılır ve kimyasal bağlar kırılarak serbest bırakılır.
• Çözeltinin Yeniden Kullanımı: Amin çözeltisi, saflaştırılarak tekrar yıkama işlemi için kullanılır. Bu döngü, sürekli olarak tekrarlanır.

Saf RNG’nin Elde Edilmesi

• Amin yıkama işlemi sonunda metan oranı %95-99 seviyelerine çıkar.
• Saf CO₂, diğer endüstriyel süreçlerde kullanılabilir veya seracılık gibi alanlarda değerlendirilir.

Avantajları

• Yüksek Verim: CO₂ uzaklaştırmada çok yüksek verim sağlar ve metan kaybı minimumdur.
• Büyük Ölçekli Uygulama: Özellikle büyük miktarda biyogaz işleyen tesisler için uygundur.
• Kimyasal Yeniden Kullanımı: Amin çözeltisi defalarca rejenerasyon ile yeniden kullanılabilir, bu da ekonomik fayda sağlar.
• CO₂ Geri Kazanımı: Saf CO₂, diğer endüstriyel süreçlerde kullanılabilir veya seracılık gibi alanlarda değerlendirilir.

Su Yıkama (Water Scrubbing) Yöntemi

Karbondioksit (CO₂) ve hidrojen sülfür (H₂S) gibi istenmeyen gazların suyun çözünürlüğünden faydalanılarak biyogazdan ayrılmasını sağlar. Metan (CH₄) ise suda çözünmediği için gaz karışımından saflaştırılarak ayrılır.

Yıkama Kolonu (Scrubbing Tower)

• Basınçlı Yıkama: Biyogaz, yüksek basınç altında yıkama kolonuna gönderilir. Kolonun içinde, biyogaz su ile karşılaştırılır ve iki faz arasında bir temas alanı oluşturulur.
• Gazların Çözünmesi:
  • CO₂ ve H₂S gibi gazlar, suyun içinde kolayca çözünür ve gaz karışımından ayrılır.
  • Metan, sudan etkilenmez ve üst taraftan saflaştırılmış gaz olarak çıkar.
  • Su Arıtımı ve Geri Dönüşümü

• Gazdan Arınmış Su: Kolondan çıkan su, genellikle bir stripping kulesinde (çözünmüş gazları serbest bırakmak için) işlenir.
• Su Geri Kazanımı: Temizlenen su tekrar sisteme gönderilir, bu da su tüketimini azaltır.

Yenilenebilir Doğal Gazın (RNG) Kullanım Alanları

• Mevcut doğal gaz boru hatlarına enjekte edilerek şehir şebekelerinde kullanılabilir.
• Elektrik üretiminde kullanılabilir.
• Metan yoğun bir gaz olması sebebiyle Hidrojen eldesinde kullanılabilir.
• CNG formuna dönüştürülerek araçlarda yakıt olarak kullanılabilir.
• Doğal gaz hatlarının olmadığı ya da çevreci avantajlarından faydalanmak isteyen endüstriyel tesisler, tarım tesisleri ve konutlarda yakıt olarak kullanılabilir.

Avrupa’da Yenilenebilir Doğal Gaz Üretimi

EBA (European Biogas Association) tarafından yayınlanan rapora göre, Avrupa’da 2023 yılında 4,9 milyar m³ RNG üretildi. 2024 yılının ilk çeyreğinde ise %21 artışla 6,4 milyar m³’e yükseldi. Avrupa’da 2023 yılı itibariyle 1322 adet RNG Tesisi bulunmaktadır.

Avrupa bölgesinde üretilen yenilenebilir doğal gazın %58’lik kısmı doğal gaz dağıtım şebekesine karıştırılarak kullanılmıştır. İstatistiklerden de görüleceği üzere üretilen gazın en yaygın kullanım alanı şehir şebekesine karıştırılması şeklindedir. Bunun en büyük sebebi ise üretilen gazın doğal gaz ile benzer özelliklere sahip olmasıdır. Şehir şebekesinde veya son kullanıcı doğal gaz tesisatlarında bir değişiklik yapılmadan bu gaz kolaylıkla kullanılabilmektedir. Bu özelliği ile hidrojene karşı da ciddi bir avantaj sağlamaktadır.

İkinci en yaygın kullanım yöntemi ise taşımacılık sektörüdür. Doğal gaz da olduğu gibi yenilenebilir doğal gazda kolaylıkla bio-CNG ve bio-LNG formuna dönüştürülebilmektedir. Sıkıştırılmış veya sıvı formata dönüştürülmüş olan yenilenebilir doğal gaz Avrupa ülkelerinde şehir içi taşımacılığında ya da kamyonlarda yakıt olarak kullanılmaktadır.

Ayrıca yenilenebilir doğal gazın karbon emisyonları konusundaki avantajları sebebiyle üretim ve hizmet sektörlerinde de kullanılmaktadır. Özellikle doğal gaz dağıtım hatlarının erişiminin zor olduğu bölgelerdeki tesislerde bio-CNG veya bio-LNG formunda taşınarak kullanımı bulunmaktadır.

Türkiye’de Yenilenebilir Doğal Gaz Kullanımı

• Özellikle AB bölgesine ihracat yapan sanayi kuruluşları, karbon emisyonlarını düşürmek için bu yakıtı tercih edebilir.
• Dünya’da örnekleri olduğu gibi Türkiye’de de şehir doğal gaz dağıtım hatlarına karıştırılabilir. (Ancak bu konuda yasal düzenleme gerekiyor.)
• Organize sanayi bölgelerinin gaz ihtiyacı karşılanabilir.
• Doğal gaz şebekesinin ulaşmadığı tarım, turizm ve sanayi tesislerinde kullanılabilir.
• Toplu taşıma ve taşımacılık sektöründe kullanılabilir.
• Doğal gaz şebekesine uzak kırsal kesimde kullanılabilir.

Türkiye’de yenilenebilir doğal gazın şehir şebekesinde kullanımı ile ilgili yasal düzenleme gerekmektedir. Doğal gaz dağıtım sektörünü düzenleyen 4646 sayılı doğal gaz piyasası kanununda doğal gazın tanımı “Yerden çıkarılan veya çıkarılabilen gaz halindeki doğal hidrokarbonlar ile bu gazların piyasaya sunulmak üzere çeşitli yöntemlerle sıvılaştırılmış, basınçlandırılmış veya fiziksel işlemlere tabi tutulmuş (Sıvılaştırılmış Petrol Gazı -LPG hariç) diğer hallerini” şeklinde tanımlanıyor olması sebebiyle şehir şebekesine karıştırılması mümkün olmamaktadır.

Ancak üretim ve hizmet sektöründe bulunan tesislerin doğal gazdan bağımsız olarak yenilenebilir doğal gazı yakıt olarak kullanması mümkün olabilmektedir. Bio-CNG veya bio-LNG formuna dönüştürülerek kolayca taşınabilir ve başta karbon nötr olma hedefi bulunan sanayi tesisleri için avantajlı bir alternatif yakıt olabilir. Özellikle AB tarafından yayınlanan yeşil mutabakatın getirmiş olduğu kriterlere uyum sağlama konusunda da ciddi avantajlar sunmaktadır.

Yerli Yenilenebilir Doğal Gaz Üretim Sistemi

Reprode Enerji ve RMGaz Kontrol Sistemleri tarafından birlikte yürütülen ve TUBİTAK tarafından desteklenen yerli Biyogazdan Yenilenebilir Doğal Gaz Üretim Sistemi projesinin tasarım ve imalat aşamaları tamamlanarak test aşamasına geçilmiştir. Uygulanan proje kapsamında kullanılan membran teknolojisi, küresel üreticiler arasında yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.

Bu proje kapsamında, biyogaz tesisi içerisindeki metan harici gazları ayrıştırarak %97 ve üzeri saflıkta metan içeren yenilenebilir doğal gaz üretimi hedeflenmektedir. Doğal gaza göre karbon emisyonu daha düşük olan bu yenilenebilir doğal gaz, özellikle Avrupa bölgesine ihracat yapan sanayi müşterileri, doğal gaz altyapısının ulaşmadığı sanayi ve turizm kuruluşları ile karbon ayak izini azaltmak isteyen tüm kurum ve kuruluşlar için alternatif bir yakıt seçeneği sunmaktadır.

Bu çerçevede, Reprode Enerji ve RMGaz Kontrol Sistemleri olarak biyogaz tesisleri için özel olarak tasarlanmış Yenilenebilir Doğal Gaz Üretim Sistemlerinin tasarım, imalat, montaj ve devreye alma süreçlerinin tamamını gerçekleştirmekteyiz. Ayrıca, üretilecek yenilenebilir doğal gazın biyogaz tesisinin bulunduğu lokasyona uygun olarak pazar araştırmasının yapılması, birim m³ maliyetlerinin belirlenmesi ve gazın satışı ile ilgili süreçlerin yürütülmesi hizmetleri sağlamaktayız.