Technical-economic-environmental feasibility analysis of farm based manure and biogas production in Turkey based on different livestock and red meat/milk demand scenarios

Abstract

Bu tez çalışmasında, öncelikle, hayvan başına düşen günlük gübre verimi (kg/gün), farklı türdeki hayvan gübresindeki toplam katılar (TS) (%), farklı türdeki hayvan dışkılarının kullanılabilirlik faktörleri (%), farklı türdeki hayvan gübrelerinden elde edilen biyogazın metan içeriği (%) ve farklı türdeki hayvan gübrelerinin metan verimi (m3/ton taze gübre), inek (büyükbaş hayvan), tavuk, domuz ve koyun (küçükbaş hayvan) gübreleri cinsinden veriler için detaylı literatür incelemesi yapılmış ve bu verileri gösteren ortalama değerler sağlayan küresel bir rehber (tablo) hazırlanmıştır. Bu tez çalışmasında, Türkiye'nin inek ve koyun gübresi bazlı biyometan potansiyeli 2026 yılına kadar tahmin edilmektedir. Türkiye'nin inek ve koyun popülasyonunu tahmin etmek için kişi başına düşen et tüketimine ve süt üretimine dayanan yarı-ampirik modeller kullanılmıştır. Türkiye'nin 2026 yılında inek ve koyun popülasyonun sırasıyla 18,7 ve 39,2 milyona ulaşabileceği tahmin edilmektedir (et tüketimi bazlı modellemeye göre). Bu popülasyon seviyelerinde, Türkiye'nin inek ve koyun gübresi bazlı biyometan jenerasyonu sırasıyla 1,99 milyar m3 ve 0,15 milyar m3'e ulaşmaktadır. Bu, 2026 yılında toplamda yaklaşık 2,14 milyar m3 biyometana eşittir. Bu üretilen biyometan, yaklaşık 6.600 GWh elektriğe dönüşebilecek ya da Türkiye'nin 2026 yılındaki doğal gaz talebinin yaklaşık %2,9'unu karşılayabilecektir. Bu nedenle, küçük, orta ve büyük ölçekli biyogaz yatırımlardan önce dikkatli planlama yapılmalıdır. Son olarak, ülke çapındaki küçük, orta ve büyük ölçekli çiftlik temelli biyogaz üretimi (hayvan gübresinden) sistemlerinin dağıtımı isteniyorsa, bu projelerin teşvikler ve fonlar tarafından desteklenmesi gerektiği önerilmektedir.

In this thesis study, first, a global guide providing average values for fresh manure yield per animal per day (kg/day), total solids in different types of animal manure (%), availability factors (%) of different types of animal manure, methane content (%) in biogas generated from different types of animal manure, and methane yield from different types of animal manure (m3/tonne fresh matter) is prepared for cattle (large ruminants), chicken, pig, and sheep (small ruminants) manure after a detailed literature review. Turkey's cattle and sheep manure based biomethane potentials are forecasted till 2026. Novel to this thesis study, semi-empirical models based on per capita meat consumption and milk production are used to forecast Turkey's cattle and sheep population. It is estimated that Turkey's cattle and sheep population in 2026 could reach up to 18.7 and 39.2 million, respectively (from meat consumption based modelling). At these population levels, Turkey's cattle and sheep manure based biomethane generation could reach up to 1.99 billion m3 and 0.15 billion m3, respectively. This is equal to a total of nearly 2.14 billion m3 of biomethane in 2026. This amount of biomethane could provide nearly 6,600 GWh of electricity or supply nearly 2.9% of Turkey's natural gas demand in 2026. Therefore, careful planning must be made before any small, mid and large scale biogas related investments. Finally, it is suggested that farm based biogas generation (from animal manure) should be supported by incentives, and funds if nationwide distribution of small, mid, and large scale systems are wanted.