Ünite 2: Tarımda Enerji Kullanımı

Hızlı, verimli, daha çok üretim yapabilmek için tarımda da enerji ihtiyacı artmıştır. Enerji gereksiniminin büyük çoğunluğuna makinalar ihtiyaç duyar. Tarımda kullanılan makinalar, güç ve iş makinaları olarak iki ana gruba ayrılırlar. Güç makinalarına traktörler ve çeşitli motorlar örnek verilebilir. Ekim, gübreleme makinaları, hasat makinaları iş makinalarına örnek teşkil eder.

Enerji Kaynakları

Doğal (birincil) enerji kaynakları fosil enerjisi, nükleer enerji ve yenilenebilir enerjidir. Yenilenebilir enerji kaynakları güneş enerjisi, hidrolik enerji, rüzgar enerjisi, jeotermal enerji ve biyokütle enerjisidir. Bunlardan bir bölümü ısı, elektrik gibi ikincil enerjilere dönüştürülür.

Motorlar, sobalar gibi dönüştürücüler kullanılarak katı, sıvı, gaz fosil yakıtların enerjilerinden de yararlanılır.

Dünyada ve Türkiye’de enerji üretimi ve tüketimi; nüfus artışı, sanayileşme sonucu enerjiye olan talep artmaktadır.

Artan talebin karşılanabilmesi için 2030 yılına kadar büyük yatırımlar yapılması planlanmıştır.

Türkiye’nin temel enerji politikaları şöyle özetlenebilir;

• Enerjinin tüketiciler için erişilebilir olması,
• Kamu ve özel kesim imkanlarının harekete geçirilmesi,
• Dışa bağımlılığın azaltılması,
• Ülkemizin etkinliğinin artırılması,
• Kaynak , teknoloji çeşitliliğinin sağlanması,
• Yenilenebilir kaynakların kullanımının artırılması
• Verimliliğin artırılması,
• Çevreye karşı olumsuz etkilerin azaltılması.

Türkiye, 2000 yılından bu yana, enerjiye talep artışında dünyada Çin’den sonra ikinci konumdadır. Artan talebi karşılamak için uzun vadeli planlanan çalışmalar;

• Yerli kaynakları tamamen kullanabilme,
• Yenilebilir kaynaklardan yararlanma,
• Nükleer enerjiden elektrik elde etme,
• Verimlilikte AB düzeyini yakalama hedeflenmektedir.

Enerji dönüşümü ; enerjinin başka bir biçime dönüşebilirliği ekserji deyimi ile tanımlanmaktadır.

Enerjinin dönüşümü, enerjinin korunumu yasasına uymaktadır. Ancak dönüşüm sırasında bir miktar enerji, ısı enerjisine dönüşür.

Enerji dönüşümünde çıktı enerjisi miktarının, girdi enerjisi miktarının oranı makinanın verimini verir.

Tarımsal Üretimde Enerji Kullanımı

Tarımda tüketilen başlıca enerjiler; kömür, petrol ürünleri, doğal gaz ve biyokütle yakıtlarının enerjileridir. Ayrıca elektrikten de yararlanılır.

Yakıt enerjisi ; fiziksel ve kimyasal yapısında değişim olunca enerji açığa çıkaran malzemelere yakıt denir. Katı, sıvı, gaz olarak ayrılırlar.

Kömür, petrol gibi yakıtlar fosil kökenlidir. Yeraltından çıkarılırlar. Oluşumları tüketimlerinden yavaştır. Çevreye ve insan sağlığına zararlıdırlar.

Sıvı yakıtlar; petrol esaslı, alkol ve yağlar olarak ayrılırlar. İçten yanmalı motorlarda petrolden elde edilen sıvı yakıtlar kullanılır.

Ham petrol içinde karbon, hidrojen ve diğer maddeler (kükürt, azot vb.) bulunur. Benzin ve dizel yakıtı ham petrolün damıtılmasından elde edilir. Sıvı yakıtın yanabilmesi için, hava ile karışması gerekir. Benzinin vuruntu yapmadan düzenli bir şekilde yanabilme özelliği oktan sayısı ile belirlenir.

Dizel yakıtı motorin olarak bilinir. Yakıtın iyi yanmasının ölçeği olan setan sayısı motorinin özelliğini belirler.

Tarım makinaları için yakıt enerjisi ; traktör ya da kendi yürür makinaların yakıt tüketimi L/h veya kg/h olarak değerlendirilir. Bir diğeri de özgül yakıt tüketimidir (g/kWh), geliştirilen birim güç başına tüketilen yakıt miktarıdır. Motorun etkinliğini gösterir.

Tarımsal ürün yetiştiriciliği için yapılan analizde, birim alan için tüketilen yakıt miktarı (L/ha) dikkate alınır.

Yakıt tüketimi yapılan işe, çalışma hızına, eğime, kullanılan alete göre değişir.

Sulama uygulamaları için enerji kullanımı, motorların çalıştırılması için kullanılan yakıt ve elektrik miktarıdır.

Makinaların imalatında, gübre, ilaç gibi girdilerin üretilmelerinde de enerji kullanılır. Böcek ve yabancı ot öldürücü kimyasallar pestisitlerin üretiminde de yoğun bir şekilde enerji kullanılmaktadır.

Tarımda kullanılan canlı kuvvet kaynakları ; üretimde kullanılan alet ve makinaların çalıştırılması, yük taşıma, meyve hasadı gibi işlemler için canlı kuvvet kaynaklarından yararlanılmaktadır. Canlı kuvvet kaynaklarına insan ve hayvanlar dahildir.

İnsanın yapabildiği iş miktarı bedensel yapısı, yaş, cinsiyet, çalışma koşulları, süre gibi faktörlere bağlı olarak değişir.

Kuvvet kaynağı olarak kullanılan hayvan türleri, at, öküz, manda, katır ve inektir. Hayvan cinsi, ırkı, yaşı, çalışma koşulları çalışma hızını etkiler.

Tarımda yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı ; fosil yakıtların çevreye olan zararlarından dolayı yenilenebilir enerji kaynaklarından yararlanılması gerekmektedir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının verimi iklim ve coğrafyaya göre çeşitlilik gösterir.

Güneş enerjisi , güneş kendisi doğrudan enerji kaynağı olduğu gibi, birçok enerjiye de kaynaklık etmektedir. Varlığımızı sürdürebilmemiz için bitkisel ve hayvansal üretim yapmak zorundayız. Tüm bitkiler güneş ışığından yararlanarak fotosentez yapar ve gelişimlerini tamamlarlar. Güneş ısı enerjisi de sağlar. Bedava olması ve çevreye zarar vermemesi, güneşi cazip bir enerji kaynağı olmasını sağlamıştır.

Güneş enerjisi ısı ve elektrik olarak toplanır. Isı olarak toplama daha kolay ve ucuzdur, yüzeyli kolektörler kullanılır. Elektriksel toplamada fotovoltaik paneller kullanılır.

Isı olarak toplamada, kollektörlerde enerjinin büyük kısmı su, hava gibi akışkanlara aktarılmakta, az bir kısmı radyasyon (ısıl ışıma), konveksiyon (ısı taşınımı) ve kondüksiyon (ısı iletimi) yoluyla kaybolmaktadır.

Odaklı kollektörler ; direkt güneş radyasyonunun bir nokta ya da hat boyunca toplanması esasına göre çalışır. Difuz radyasyondan yararlanamadığından, güneşlenme yönünden zengin yerlerde verimli olarak kullanılabilirler. İç bükey ayna, kesik koni ve silindirik şekildedirler.

Tarımda ürün kurutma, sera ısıtma, sulama gibi işlemlerde güneş enerjisinden yararlanılır. Kurutma işlemlerinin avantajları;

• Dış etkenlerden iyi korunabilme.
• Kurutmanın tek düze biçimde gerçekleşmesi.
• Kurutma hızının kontrol edilebilmesi.

Sera ısıtmada güneş enerjisinden yararlanmada üç yöntemden söz edilebilir;

• Sera dışında toplamam ısının akışkanla depolanacak ortama taşınması,
• Sera içinde bulunan kollektörden kazanılan ısının tabanda yerleştirilmiş depolarda muhafaza edilmesi,
• Çatının kollektör gibi kullanılması ve sera içine gelen güneş ışınımının ısıya dönüştürülmesi.

Üretim tamamlanıp, sera boşaldıktan sonra toprak üstüne ışığı geçiren örtü serip toprağın sıcaklığını yükseltme işlemine solarizasyon denir, çevre dostu dezenfektasyon işlemidir.

Rüzgar enerjisi sıcaklık değişimleri nedeniyle hareket halinde bulunan havanın taşıdığı kinetik enerjidir. Basit çark ya da daha büyük rüzgar türbinleri ile mekanik enerjiye, sonra da elektrik enerjisine dönüştürülür. Elektriğin kullanılmayan kısmı şebekeye verilir. Rüzgardan elde edilen enerji, sera iklimlendirmesi, sulama, değirmen tesisleri gibi alanlarda kullanılır.

Hidrolik enerji akarsuyun kinetik enerjisinden veya gölün potansiyel enerjisinden yararlanılarak elde edilir. Akan su türbin ya da çarkı döndürür, türbine bağlı alternatör sayesinde alternatif akım elde edilir.

Yapıları basit olduğu için tarım işletmelerinde su çarkları kullanılır. Dezavantajları;

• Devir sayıları düşüktür.
• Hız ayarları yeterli değildir.
• Güçleri ve verimleri düşüktür.

Avantajları;

• Hafif olmaları,
• Basit olmaları,
• Fazla bakım gerektirmemeleri,
• Ucuz olmalarıdır.

Jeotermal enerji ; yeryüzünün derinliklerinde bulunan, kendiliğinden ya da sondajlarla yeryüzüne çıkan, akışkana bağlı ısı enerjisidir.

Genellikle sera ısıtmasında kullanılır. Kurutmada, hayvan barınaklarında, balık yetiştiriciliğinde, mantar üretiminde de kullanılmaktadır. Sera içinde borularda dolaştırılan suyla doğrudan ısıtma yapılır. Diğer yöntemde kuyudan alınan sıcak su, ısı eşanjöründen geçirilmesi sırasında ısınan hava, üfleçlerle sera içine gönderilir.

Borularda birikme, kabuklaşma gibi sorunlar ortaya çıkar. Kuyuların tıkanmasını önlemek için CO ₂ enjekte elde edilerek kabuklaşma engellenir. Kullanıldıktan sonra atık su, çevreye zarar vermemesi için atık suyun reenjenksiyonu, arıtılması, dinlendirildikten sonra akıtılması gibi yöntemler uygulanmalıdır.

Biyokütle enerjisi; bitkiler güneşten gelen enerjiyi fotosentez ile kimyasal olarak depo ederler.

Biyolojik kökenli fosil olmayan organik maddelere biyokütle denir. Biyokütle kaynakları atıklar (tarımsal üretim artıkları, tarım ürünlerini işleyen sanayi atıkları, ürün atıkları, odunsu atıklar) orman ürünleri (odun, talaş), ve enerji bitkileri (nişasta bitkileri, şeker bitkileri, yağlı tohumlu bitkiler) olarak üç grupta toplanabilir.

Biyokütlenin avantajları;

• Yenilenebilir enerji kaynağıdır ve doğaldır, İklim değişikliğine olumlu katkı yapar.
• Kül, karbon, kükürt, azot ve iz elementler düşüktür,
• Zararlı salınımlar azdır,
• Kısmen ucuzdur,
• Yeni istihdam olanakları sağlar.

Olumsuz yanları;

• Klor, potasyum, sodyum, mangan içerikleri yüksektir,
• Enerji içeriği düşüktür,
• Gıda üretimiyle rekabet halindedir,
• Toprakların zarar görüp biyolojik çeşitliliğin yitirilmesi söz konusudur.
• Kötü ve zararlı bileşenler yayabilir.
• Isıl işleme girdiğinde zararlı salınımlar ortaya çıkabilir.
• Toplanma , taşınma, depolanma ön işlenme giderleri fazladır.

Biyokütle genellikle yakıt olarak kullanılmaktadır. Atıklar işlenerek katı, sıvı ve gaz yakıtlara dönüştürülür. Biyogaz, biyodizel gibi yakıtlarla, gübre, hidrojen gibi birçok yakıt elde edilir. İçerisinde kansorejen madde ve kükürt yoktur.

Mısır, şeker kamışı, ayçiçeği gibi enerji bitkilerinin yağ oranı ve enerji verimliliği yüksektir.

Enerji bitkileri uygun ekim nöbetine girdiğinde girdiler azaltılabilir. Enerji bitkileri yakıt olarak kullanılacaksa, bitkisel yağ ekonomisi ve ülkesel politikalar düşünülerek hareket edilmelidir.

Biyodizel, bitkisel ve hayvansal yağlar ile atık yağlardan elde edilir. Biyogaz, hayvan gübrelerinin anaerobik (oksijensiz) ortamda fermentasyonu ile ortaya çıkar. Üretilen biyogaz entegre kojenerasyon sistemi yardımıyla elektrik ve ısı üretiminde kullanılabilir.