Optimal planning of central biogas plants and evaluation of their environmental impacts: A case study from Tire, Izmir, Turkey

Merkezi biyogaz tesislerinin optimal planlaması ve çevresel etkilerinin değerlendirilmesi: İzmir-Tire yöresi örneği

Özet

Günümüzde, hayvansal atık olarak ortaya çıkan gübrenin, biyokütle-enerji sistemleriyle büyük kapasiteli merkezi biyogaz tesislerinde geri kazanılması yaygınlaşmıştır. Bu tesisler, yenilenebilir enerji kaynaklarının etkin şekilde kullanımını sağlayarak sürdürülebilir çevre yönünden önemli katkılar sağlamaktadır. Bu çalışma, kooperatife üye toplam 929 adet süt sığırcılığı işletmesinin bulunduğu İzmir-Tire yöresine ait 43 köyde yürütülmüştür. Çalışmada, gübre yönetiminden kaynaklanan metan gazı salınımının tahminlenmesi, elde edilen gübreyi biyogaza dönüştürecek merkezi biyogaz tesislerinin kapasite ve konumlarının optimum planlanması ve biyogaz üretiminin çevresel etkilerinin değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Yöre koşulları için emisyon faktörü 2,05 kgbaş-1$yıl^ {-1}$, metan gazı emisyon değeri ise 0,036 Gg $yıl^ {-1}$ olarak tahminlenmiştir. Optimum biyogaz üretimi için, tesis yatırımını ve gübre taşıma masraflarını minimize edecek bir optimizasyon modeli geliştirilmiştir. Yörede üretilen yaklaşık 1600 ton $gün^ {-1}$ gübrenin tamamının işlenmesine ilişkin modelin planlama seçeneğinde; dört köyde 400 ton $gün^ {-1}$ kapasiteli birer biyogaz tesisi kurulması öngörülmüş ve buna bağlı olarak yaklaşık 35.$10^ 6 m^ 3$ $yıl^ {-1}$ biyogaz üretilebileceği belirlenmiştir. Bu üretim için toplam tesis yatırım masrafı 9.497.680 $ iken, gübre taşıma masrafı ise 432.525 $ $yıl^ {-1}$ olarak hesaplanmıştır. Bu biyokütle-enerji dönüşümü sayesinde, yörede sağlanacak sosyo-ekonomik faydaların yanısıra, hayvansal üretimde metan gazı salınımı önlenerek temiz bir çevre oluşturulacaktır.

Abstract

Recently, the practice, reclaiming the manure resulting from animal wastes, has been gaining ground with biomass energy systems in large-capacity central biogas plants. These plants enable the use of a renewable source of energy in an efficient way and make a significant contribution to the sustainability in the environment. This study was performed on a total of 929 dairy farms which were members of a cooperative in 43 villages in Tire, in the Izmir province, in Turkey. The aim of the study was to estimate the methane emissions through manure management applications, to plan the optimum capacity and location for plants to produce biogas from the manure, and to evaluate the environmental effects of biogas production. An emission factor of 2.05 kg $head^ {-1}$ $year^ {-1}$, and methane gas emission value of 0.036 Gg $year^ {-1}$, were estimated for local conditions. An optimization model was developed to minimize plant investment and manure transport costs for optimum biogas production. The model was chosen to include the approximate total of 1600 tonnes $day^ {-1}$ produced in the area. A 400-tonne $day^ {-1}$ capacity biogas plant was planned for each of the 4 villages and it was determined that 35.$10^ 6 m^ 3$ $year^ {-1}$ of biogas could be produced. It was calculated that total plant investment would be $9.497.680 and manure transport costs would be $432.525 per year. This biomass-energy conversion would also provide socio-economic benefits to the area, and help to form a clean environment by preventing methane gas emissions from animal production.