Biyogaz Tesislerinde Besleme Rejimi: Kesikli, Kesikli-Sürekli ve Sürekli Yöntemlerin Performans Karşılaştırması

1. Giriş — Aynı tesis, farklı besleme, başka biyogaz

Bir biyogaz tesisinde fermentör hacmi, hammadde tipi ve sıcaklık aynı kalsa bile, substratın reaktöre nasıl ve hangi sıklıkta verildiği, çıkan biyogazın hem miktarını hem kalitesini değiştirmektedir. Saha gözlemleri, gün içinde tek seferde kesikli yüklenen bir fermentör ile her iki saatte bir küçük dozlarla beslenen bir fermentörün gaz hızında, metan oranında ve hidrojen sülfür (H₂S) seviyesinde belirgin farklar oluşturduğunu göstermektedir (Bonk vd., 2018).

Türkiye'de hayvansal atığa dayalı tesislerde besleme stratejisi çoğunlukla "süreklilik" kavramı üzerinden tasarlanmaktadır. Oysa son dönemde yapılan saha çalışmaları, sürekli besleme dışındaki seçeneklerin de —kesikli (batch), kesikli-sürekli (semi-continuous / fed-batch) ve esnek talep odaklı sürekli besleme— belirli koşullarda daha yüksek mikrobiyal kararlılık ve birim atık başına daha çok metan ürettiğini ortaya koymaktadır (Bonk vd., 2018; Ohnmacht ve Lemmer, 2021). Bu durum, özellikle dalgalı hammadde arzı yaşayan saha işletmeleri için besleme rejimini bilinçli bir tasarım kararına dönüştürmektedir.

Bu yazıda üç temel rejim sade bir kinetik çerçevede karşılaştırılmakta; metan oranı, H₂S seviyesi, gaz üretim hızı ve spesifik gaz verimi açısından oluşan farklar literatür verisiyle ortaya konmaktadır. Ardından Yunanistan, İtalya, Çin ve Türkiye'den dört saha vakası kıyaslanmakta; son bölümde teknoekonomik bir karar matrisi sunulmaktadır. Hedef, hammadde, ölçek ve enerji çıkış stratejisine göre "hangi rejim hangi tesise uyar?" sorusuna saha temelli bir cevap üretmektir.

Konuya pratik bir örnekle bakmak da mümkündür: aynı 2.000 m³ hacimli bir fermentör, hayvansal gübre + mısır silajı karışımıyla beslendiğinde, kesikli rejimde 38°C'de yıllık 220.000 m³ biyogaz üretebilirken; kesikli-sürekli rejime geçildiğinde aynı hammadde ile yıllık 285.000 m³ ve sürekli rejime geçildiğinde 305.000 m³ düzeyine çıkabilmektedir (Türker, 2021; Uçar ve Özer, 2021). Bu fark, ek bir hammadde yatırımı yapılmadan yalnızca işletme stratejisi üzerinden elde edilen bir kazanımdır ve dolayısıyla rejim seçimi en düşük maliyetli iyileştirme kalemlerinden biri olarak değerlendirilmelidir.

2. Üç Rejim, Üç Farklı Dünya

2.1 Tanımlar

Kesikli (batch) besleme, fermentörün bir kerede doldurulup belirli bir tutma süresi boyunca beslenmeden işletilmesi, süre sonunda tamamen boşaltılarak yeniden doldurulmasıdır. Klasik garaj tipi (garage / dry batch) kuru fermentasyon tesisleri bu mantıkla çalışmaktadır.

Kesikli-sürekli (semi-continuous / fed-batch) besleme, reaktöre günde bir veya birkaç kez sınırlı miktarda taze substrat eklenmesi, eşdeğer hacimde digestat boşaltılması esasına dayanmaktadır. Modern tarımsal biyogaz tesislerinin önemli bir kısmı bu rejimle işletilmektedir (Türker, 2021).

Sürekli (continuous) besleme ise substratın saatlik veya daha kısa aralıklarla, çoğu zaman pompa veya sarmal taşıyıcı yardımıyla kesintisiz olarak beslenmesi anlamına gelmektedir. Sürekli karıştırmalı tank reaktörler (CSTR — continuously stirred tank reactor), büyük ölçek atıksu arıtma çamuru tesisleri ve endüstriyel işletmeler bu rejimi tercih etmektedir (Sousa ve Duarte, 2021).

2.2 Sade kinetik temel

Sürekli reaktörlerde işletme, organik yükleme oranı (OLR — organic loading rate) ve hidrolik bekleme süresi (HRT — hydraulic retention time) parametreleri üzerinden tanımlanmaktadır. OLR, birim hacme birim zamanda verilen organik kuru madde miktarını (g uçucu katı / L · gün) ifade ederken, HRT sıvının reaktörde kaldığı ortalama süredir (gün). Bu iki parametre, mikrobiyal kütlenin yıkanma hızıyla doğrudan ilişkilidir; HRT çok kısaldığında metanojen popülasyon yıkanır ve süreç çöker (Yang ve Yang, 2024).

Kesikli reaktörlerde ise birikimli biyogaz verimi zamanın bir fonksiyonu olarak modifiye Gompertz veya birinci dereceli kinetik denklemlerle ifade edilmektedir; gecikme süresi (λ), maksimum metan üretim hızı (μₘ) ve potansiyel verim (P) saha karşılaştırmalarında temel göstergelerdir (Şenol vd., 2025). Kesikli-sürekli rejim, iki yaklaşımın hibridi olarak değerlendirilmekte; kararlı durumda bir CSTR gibi davranırken besleme kesintilerinde batch karakter kazanmaktadır (Pan ve Wen, 2019).

2.3 Tek kademe, çok kademe

Reaktörün kademe sayısı da rejime eklenen bir tasarım değişkenidir. Tek kademeli sistemlerde hidroliz, asidogenez/asetogenez ve metanojenez aynı tankta gerçekleşirken, iki veya üç kademeli düzeneklerde bu adımlar mekânsal olarak ayrılmaktadır. Üç kademeli sürekli reaktörde gözlenen biyogaz verimi, tek kademeli emsaline kıyasla %38'e varan iyileşme göstermektedir (Orhorhoro ve Ebunilo, 2018). Modern saha uygulamalarında iki fazlı sürekli AD (TPAD — two-phase anaerobic digestion) sistemleri, asidogenez fazını ayrıştırarak hem biyogaz miktarını hem metan saflığını artırmaktadır (Gong vd., 2025).

2.4 Karıştırma ve substrat homojenliği

Rejim seçiminin yanı sıra reaktör içi karıştırma profili de performansı doğrudan etkilemektedir. Sürekli rejimde mekanik karıştırıcılar genellikle gün boyunca düşük devirde çalışmakta; substrat homojenliğini ve mikrobiyal etkileşimi sürekli korumaktadır. Kesikli rejimde ise karıştırma çoğunlukla periyodik (örneğin saatte 5 dakika) yapılmakta, bu durum digestat yoğunluğu yüksek substratlarda yüzeyde köpük (scum) oluşumuna yol açabilmektedir (Pan ve Wen, 2019). Yeni geliştirilen hidrolik karıştırma sistemleri her iki rejim için de köpük oluşumunu önemli ölçüde azaltmakta ve dolayısıyla rejim seçiminin karıştırma stratejisinden bağımsızlaşmasına olanak sağlamaktadır.

3. Metan Oranı (CH₄ %): Rejim Kalite Üzerinde Belirleyici

Biyogazın metan oranı, kojenerasyon (CHP) ünitesinin elektrik verimi, biyometan iyileştirme maliyeti ve ısıl değer açısından tesis ekonomisini doğrudan etkilemektedir. Saha gözlemi, rejim seçiminin metan içeriğini birkaç yüzde puanlık değil, yer yer 10 puan üzerinden değiştirebileceğini göstermektedir.

Vietnam'da yapılan bir laboratuvar ölçek çalışmada batch ve semi-continuous reaktörler 60 gün boyunca dört farklı toplam katı (%TS 1,0–2,5) yüklemesinde işletilmiş; semi-continuous rejimde %2,5 TS yüklemesinin en yüksek biyogaz verimini sağladığı, ortalama metan oranının yaklaşık %45 düzeyinde sabitlendiği raporlanmıştır (Thuan ve Tokihiko, 2023). Aynı çalışmada batch reaktörlerde metan oranının yüksek katı yüklemesinde daha kararlı, ancak günlük gaz üretiminin değişken olduğu vurgulanmaktadır.

Çin'in Anhui ve Hunan illerinde işletmeye alınan tam ölçek iki fazlı sürekli AD tesislerinde, biyogazın metan içeriği %83,2–%83,9 aralığında ölçülmüştür (Gong vd., 2025). Burada faz ayrımı ve düşük debili sürekli besleme, asidogenez kaynaklı CO₂ ve H₂ etkilerini azaltarak metan saflığını klasik tek kademe sürekli reaktörlerin üstüne çıkarmıştır.

Modifiye anaerobik sindirim modeli (ADM1) tabanlı simülasyonlar, gıda atığında batch'ten semi-continuous'a geçişte metan üretim hızının daha kararlı bir profil çizdiğini, dalgalanma genliğinin %30'a varan oranlarda azaldığını ortaya koymaktadır (Zhao vd., 2019). Hua vd. (2020) ise odun sirkesi (wood vinegar) içerikli besleme üzerinde batch ve sürekli rejimleri karşılaştırmış; sürekli rejimde mikrobiyal topluluğun farklılaşarak farklı metanojen kümelerini öne çıkardığını göstermiştir. Bu farklılaşma, biyogaz kalitesindeki uzun vadeli kararlılığın mikrobiyal seçim baskısı üzerinden şekillendiğini doğrulamaktadır.

Saha açısından çıkarılan ders şudur: metan oranı yüksek bir biyogaz isteniyorsa, substrat kararlılığı ve düşük debili sürekli besleme veya kademeli sürekli sistem tercih edilmeli; yalnızca enerji üretimi değil ısıl uygulama hedefleyen küçük ölçek tesislerde ise iyi kontrollü bir kesikli-sürekli rejim yeterli olabilir (Sousa ve Duarte, 2021; Parajuli ve Khadka, 2022).

4. H₂S Seviyesi: Besleme Dalgalanması Doğrudan Etki Eder

Hidrojen sülfür (H₂S), biyogazın korozif yan ürünüdür ve CHP motorlarında yağ asitlenmesinden katalitik konvertör hasarına kadar uzun bir hasar zinciri yaratmaktadır. Genelde sülfat içeriği yüksek substratlardan (atıksu çamuru, fermente meyve atığı, bazı endüstriyel sıvı atıklar) kaynaklanmakla birlikte, besleme rejimi de H₂S seviyesini doğrudan etkilemektedir.

Sürekli ve istikrarlı besleme, sülfat indirgeyen bakterilerin (SRB — sulfate-reducing bacteria) metanojenlerle olan substrat rekabetinde dengeli bir sınır oluşturmaktadır. Buna karşılık ani besleme şokları —örneğin günlerce kesintinin ardından yapılan büyük yüklemeler— SRB kolonilerinin hızla aktive olmasına ve H₂S piklerine yol açmaktadır (Haosagul vd., 2020). Yunanistan'daki bir tam ölçek tesiste işletilen bioscrubber sisteminin altı yıllık veri setinde, H₂S piklerinin substrat akış dalgalanmalarıyla yüksek korelasyon gösterdiği ortaya konmuştur.

Bonk vd. (2018) tarafından yapılan kontrollü deneyde, sürekli besleme (her 2 saatte bir) yerine kesikli besleme (her 24 ya da 48 saatte bir) uygulanan reaktörlerde, biyogazdaki uçucu yağ asidi (UYA) salınımları farklılaşmış ve mikrobiyal toplulukta Methanosarcina baskınlığı gözlenmiştir. Methanosarcina, Methanosaeta'ya kıyasla daha geniş substrat kullanımı ve düşük pH'a daha yüksek dayanıklılık göstermektedir; bu özellikleri H₂S piklerine ve organik aşırı yüklemeye karşı sürecin daha çabuk toparlanmasına olanak sağlamaktadır.

Saha pratiğinde kararlı bir H₂S profili için iki yol öne çıkmaktadır: (i) sürekli rejimde günlük yükleme miktarını sabitleyip ±%5'lik bir bantta tutmak, (ii) kesikli-sürekli rejim tercih edildiğinde besleme zamanlarını gün içinde 4–6 dilime bölerek pik oluşumunu önlemek (Bonk vd., 2018; Haosagul vd., 2020). Demir tabanlı in-situ tuzlar (FeCl₃, Fe₂O₃) eklenmesi ise rejimden bağımsız bir destek katmanı olarak işlev görmektedir.

Substrat tipinin H₂S üzerindeki etkisi de rejim kararına dahil edilmelidir. Domuz gübresi, peynir altı suyu, mezbahane atığı ve bira mayası fermentasyon artığı gibi yüksek protein/sülfat içerikli besleme akımları; tahıl silajı, mısır silajı ve şeker pancarı küspesi gibi düşük sülfatlı akımlara kıyasla 5–10 kat daha yüksek H₂S potansiyeli taşımaktadır (Haosagul vd., 2020; Sousa ve Duarte, 2021). Bu nedenle yüksek sülfatlı substratlarda sürekli rejim tercih edildiğinde, bioscrubber ya da aktif karbon kolonu gibi son-işlem üniteleri tasarımın baştan parçası olarak ele alınmalıdır. Tavuk gübresi gibi orta düzeyde sülfatlı kanatlı atıklarında ise termal ön işlemle birlikte uygulanan kesikli-sürekli rejimin H₂S seviyesini 800 ppm altında tutabildiği rapor edilmektedir (Şenol vd., 2025).

5. Gaz Üretim Hızı ve Spesifik Gaz Verimi

5.1 Hız ile verim aynı şey değildir

Gaz üretim hızı (GPR — gas production rate, m³ biyogaz / m³ reaktör · gün), tesisin anlık kapasite kullanımını gösteren bir göstergedir. Spesifik metan verimi (SMP — specific methane production, m³ CH₄ / kg uçucu katı) ise birim hammadde başına dönüştürülen enerji miktarını ifade eder. İki gösterge birbiriyle ters yönde değişebilir: yüksek OLR'de GPR yükselirken SMP düşebilmekte, böylece tesis "çok gaz üretiyor ama atık başına az metan" durumuna girebilmektedir (Yang ve Yang, 2024).

5.2 Sürekli rejim ve OLR-HRT pencereleri

Sürekli rejimde optimum metan verimi belirli OLR-HRT bantlarında elde edilmektedir. Pirinç sapı üzerinde yapılan iki boyutlu optimizasyon çalışmasında en yüksek SMP, OLR=2 g VS / L · gün ve HRT=25 gün noktasında ölçülmüştür; bu bandın dışına çıkıldığında verim %20'yi aşan oranlarda düşmüştür (Yang ve Yang, 2024). Sousa ve Duarte (2021) ise 16 gün HRT'li sürekli karıştırmalı reaktörde domuz dışkısı + tahıl atığı 70:30 (v:v) karışımının SMP=341 mL/g VS düzeyine ulaştığını, kontrol grubuna göre 3,5 kat iyileşme sağladığını belgelemiştir.

5.3 Kademeli reaktör avantajı

Tek kademeli sürekli reaktörde elde edilen biyogaz verimi, üç kademeli emsaline kıyasla daha düşük kalmakta; üç kademeli sistemde hidroliz-asidogenez-metanojenez ayrımı sayesinde hem GPR hem SMP eş zamanlı olarak yükselmektedir (Orhorhoro ve Ebunilo, 2018). Çin'in Hunan ilinde 1.500 m³/gün debili sürekli düşük akışlı (HRT 36–48 saat) iki fazlı sistemde, biyogaz verimi 0,48 m³ biyogaz / kg KOİ; Anhui'deki kesikli işletilen iki fazlı sistemde ise 0,35 m³ biyogaz / kg KOİ ölçülmüştür (Gong vd., 2025). Birim KOİ başına gaz veriminde sürekli rejim üstünken, parazit elektrik tüketimi sürekli sistemde 0,28 kWh / m³, kesikli-batch sistemde 0,66–0,68 kWh / m³ olarak raporlanmıştır.

5.4 Kesikli-sürekli rejimde HRT-OLR çiftli optimizasyon

Parajuli ve Khadka (2022) iki kademeli kesikli-sürekli sistemde HRT=20 gün ve OLR=3 g VS / L · gün noktasında en yüksek metan üretimini elde etmiş; HRT 10 güne düştüğünde biyokütle yıkanması nedeniyle verimin %35 azaldığını göstermiştir. Bu sonuç, kesikli-sürekli rejimin sürekli rejimden farklı bir HRT alt sınırına sahip olduğunu, dolayısıyla saha tasarımında rejim ile HRT'nin birlikte düşünülmesi gerektiğini ortaya koymaktadır.

5.5 Tek vs çoklu kademe karşılaştırması

Tek kademeli sürekli reaktörde elde edilen biyogaz verimi 0,42 m³ / kg uçucu katı düzeyinde sabitlenirken, üç kademeli sürekli sistemde aynı substrat için 0,58 m³ / kg uçucu katı verim ölçülmüştür (Orhorhoro ve Ebunilo, 2018). Bu yaklaşık %38'lik artış, hidroliz–asidogenez–metanojenez aşamalarının ayrı tanklarda gerçekleşmesinin sağladığı pH ve substrat profili optimizasyonundan kaynaklanmaktadır. Buna karşılık çok kademeli sistemler ek pompa, ek tank ve ek kontrol döngüsü gerektirdiği için CAPEX yükünü artırmakta; orta ölçek (≤500 kW) tesislerde geri ödeme süresinin uzaması nedeniyle tercih edilmemektedir (Türker, 2021; Czekała ve Jasiński, 2023). Saha kararı bu noktada teknik kazanım ile yatırım maliyeti arasında bir denge noktasını işaret etmektedir.

5.6 Substrat ön işlemi ve rejim etkileşimi

Hammadde ön işlemi de rejim seçiminden bağımsız değildir. Tavuk gübresi üzerinde yapılan termal ön işlem (100°C, 2 saat) çalışmasında, ön işlem yapılmamış kontrolde 232,9 mL / g toplam katı (TK) olan birikimli biyometan verimi, ön işlemle birlikte 318,83 mL / g TK düzeyine çıkmıştır (Şenol vd., 2025). Aynı çalışma modifiye Gompertz kinetik modelleme ile, termal ön işlemin maksimum metan üretim hızını (μₘ) belirgin biçimde yükselttiğini ve gecikme süresini (λ) kısalttığını göstermiştir. Bu kazanımlar özellikle kesikli rejim için anlamlıdır; çünkü batch reaktörde gecikme süresinin kısalması, döngü süresini doğrudan azaltarak yıllık döngü sayısını ve dolayısıyla yıllık biyogaz üretim hacmini artırmaktadır.

6. Saha Vakaları: Avrupa ve Türkiye'den Karşılaştırma

6.1 AB-1 — Yunanistan tam ölçek tesisi

Yunanistan'da peynir altı suyu, mezbahane atığı ve hayvansal gübre kombinasyonuyla işletilen tam ölçek bir biyogaz tesisinin altı yıllık operasyon verisi, sürekli besleme rejiminin döngüsel ekonomi hedefleriyle uyum içinde sürdürülebileceğini ortaya koymuştur (Spyridonidis ve Vasiliadou, 2020). Bu tesiste digestatın tarımsal alanlara doğrudan dağıtımı, kuruluş yatırımının bir parçası olarak planlanmıştır; rejim seçimi yalnızca biyogaz değil, fermente çamur yönetimi açısından da belirleyici olmuştur.

6.2 AB-2 — İtalya zeytin yan ürünü tesisi

İtalya'da zeytinyağı işleme yan ürünü olan zeytin karasuyu (olive mill wastewater) ve zeytin posasıyla beslenen tam ölçek bir tesiste, mevsimsel hammadde arzına bağlı olarak rejim hibrit hâle getirilmiştir (Tamborrino ve Catalano, 2021). Hasat döneminde sürekli besleme, mevsim dışı dönemde ise kesikli-sürekli rejim uygulanarak tesisin yıllık enerji üretimi düzgünleştirilmiştir. Bu yapılanma, rejim seçiminin sezonluk hammadde profili olan tesisler için iki uçlu hibrit bir tasarım gerektirdiğini göstermektedir.

6.3 AB-3 — Üç tam ölçek tesisi karşılaştırması

Yunanistan'da üç farklı tam ölçek biyogaz tesisinde uygulanan supplementation (eser element + alkalinite tamponu) müdahalelerinin etkisi karşılaştırmalı olarak izlenmiştir (Economou ve Dimitropoulou, 2023). Sonuçlar, rejim aynı kalsa bile mikronutrient tamponunun spesifik metan veriminde %12–%18 oranında iyileşme sağladığını; ancak besleme kararlılığı zayıf olan tesislerde bu iyileşmenin kalıcı olmadığını ortaya koymuştur. Yani rejim disiplini, ek müdahalelerin getirisini doğrudan belirlemektedir.

6.4 TR — Erzincan ili biyogaz potansiyeli ve senaryolar

Türkiye'nin Erzincan ilinde hayvansal atık kaynaklı biyogaz potansiyelinin sayısal değerlendirmesi yapılmış, ilin yıllık yaklaşık 15,5 milyon m³ biyogaz üretebileceği hesaplanmıştır (Kurnuç Seyhan ve Badem, 2021). Bu hacim 0,5 MW, 1,2 MW ve 2,4 MW kurulu güçte üç farklı tesis senaryosuna dağıtılmış; mesafe, atık kapasitesi ve ekonomik verimlilik göstergeleri üzerinden orta ölçek (1,2 MW) seçeneğin yatırım geri dönüşü açısından en avantajlı yapı olduğu raporlanmıştır.

Erzincan örneği, rejim seçiminden önce hammadde toplama lojistiğinin tasarımı belirlediğini açıkça göstermektedir. Dağınık küçük çiftlik kaynaklarından beslenen bir tesis, saha lojistiği nedeniyle gün içinde düzensiz substrat akışı yaşayabilmektedir. Bu tür profillerde sürekli besleme zorlaşmakta, kesikli-sürekli rejim daha gerçekçi bir seçenek hâline gelmektedir (Türker, 2021; Uçar ve Özer, 2021).

6.5 TR — Tesis senaryo analizi

Nevşehir merkezli bir analiz, aynı kapasitedeki biyogaz tesislerinin farklı atık türleri ve karışım oranlarına göre değişen verimliliğini hesaplamıştır (Baştan Töke ve Tunçez, 2024). Çalışmada biyogazın ısıl değeri 5.160 kcal/m³, tesisin elektrik dönüşüm verimi %40, organik katı gübre verimi %90 ve elektrik birim satış değeri 0,54 TL/kWh olarak alınmıştır. Sekiz farklı atık tipi üzerinde yapılan duyarlılık analizinde rejim sabit (kesikli-sürekli) tutulmuş; sonuçlar verimliliğin rejimden çok hammadde profilinden etkilendiğini, ancak rejimin substrat değişikliklerine adapte olabilmesinin tesisin yıllık enerji çıkışını dengelediğini göstermiştir.

6.6 Asya — Çin iki fazlı sürekli AD vakası

Çin'in Anhui, Hunan ve Yunnan illerinde işletmeye alınan üç tam ölçek iki fazlı sürekli AD tesisinde, 800–1.500 m³/gün debili damıtık atıksu (distilled wastewater) işlenmektedir (Gong vd., 2025). Anhui tesisinde KOİ (kimyasal oksijen ihtiyacı) gideriminin %78–%93, biyogazdaki metan oranının %83,2–%83,9 düzeyinde olduğu raporlanmıştır. Yunnan tesisinde kesikli-batch rejim tercih edilmiş; Anhui ve Hunan'da ise sürekli düşük debili (HRT 36–48 saat) rejim uygulanmıştır. Sonuçta sürekli rejimle çalışan Hunan tesisi parazit elektrik tüketiminde 0,28 kWh / m³ biyogaz değerine ulaşırken, kesikli rejimle işletilen Yunnan tesisi 0,66 kWh / m³ değerinde kalmıştır. Bu iki ucun karşılaştırması, iki fazlı tasarımın rejim seçiminden bağımsız bir kalite avantajı sağladığını; ancak rejim seçiminin parazit enerji yükü üzerinden ekonomiyi belirlediğini göstermektedir.

6.7 Vakaların özeti

Beş saha vakası birlikte değerlendirildiğinde, sürekli rejimin yıllık enerji çıkışında düzgünlük; kesikli-sürekli rejimin mevsimsel esneklik; iki fazlı sürekli sistemin ise yüksek metan saflığı ve düşük parazit enerji sağladığı görülmektedir. Tüm vakalarda ortak nokta, rejimin tek başına bir performans belirleyicisi olmadığı, hammadde profili ve lojistik altyapı ile birlikte ele alınması gerektiğidir. Ayrıca AB vakalarında dikkat çeken bir özellik, rejim seçiminin yalnızca enerji üretimi değil; digestat yönetimi, mevzuat uyumu ve döngüsel ekonomi entegrasyonu açısından da bütüncül bir tasarım kararı olarak ele alınmasıdır (Spyridonidis ve Vasiliadou, 2020; Tamborrino ve Catalano, 2021).

7. Ekonomik ve Enerji Verimliliği Değerlendirmesi

7.1 CAPEX ve OPEX bileşenleri

Sürekli rejim, ek besleme pompası, otomatik kontrol vanaları ve sürekli karıştırma sistemi gerektirdiği için ilk yatırım maliyetini (CAPEX) artırmakta; ancak bu donanım otomasyonla birleştiğinde işletme maliyetini (OPEX) düşürmektedir (Nsair vd., 2019). Kesikli rejim CAPEX açısından düşük, OPEX açısından ise reaktör boşaltma-doldurma süreçlerinin emek yoğunluğu nedeniyle daha yüksek bir profil çizmektedir.

7.2 Parazit enerji yükü

Tesisin kendi tükettiği elektrik enerjisi —genellikle parazit enerji (parasitic energy) olarak adlandırılır— rejime göre belirgin biçimde değişmektedir. Çin saha verisinde sürekli düşük akışlı sistemde parazit elektrik tüketimi 0,28 kWh / m³ biyogazken, kesikli-batch işletilen sistemde 0,66–0,68 kWh / m³ olarak ölçülmüştür (Gong vd., 2025). Türkiye için 5.160 kcal/m³ ısıl değer ve %40 elektrik dönüşüm verimi varsayıldığında, parazit enerji yüzde puan farkları yıllık net üretimde 3–5 GWh mertebesinde fark yaratabilmektedir (Baştan Töke ve Tunçez, 2024).

7.3 Kârlılık ve geri ödeme süresi

Polonya'da işletilen tarımsal biyogaz tesislerinin kârlılık analizi, besleme rejiminin sabit kaldığı koşullarda tesisin kâr marjını esas olarak elektrik tarifesi ve hammadde tedarik maliyeti belirlemektedir (Czekała ve Jasiński, 2023). Buna karşılık, rejim değişikliği ile mikronutrient yönetimi birlikte ele alındığında, geri ödeme süresinde 1,2–1,8 yıl arası bir kısalma elde edilebilmektedir (Economou ve Dimitropoulou, 2023). Bu bulgu, rejimin yalnızca teknik değil finansal bir karar olduğunu, geri ödeme süresine doğrudan yansıdığını ortaya koymaktadır.

7.4 Esnek talep odaklı sürekli besleme

Demand-oriented (talep odaklı) esnek besleme stratejisi, tesisin biyogaz üretimini elektrik şebekesinin saatlik fiyat eğrisine göre ayarlamasına olanak sağlamaktadır (Ohnmacht ve Lemmer, 2021). Almanya'da uygulanan tam ölçek bir örnekte günlük gaz üretimi piyasa fiyatı yüksek olan saatlere kaydırılmış; aynı tesiste yıllık geliri %14 artırırken biyogaz toplam üretimini değişmeden tutmak mümkün olmuştur. Bu tür bir rejim, saatlik tarife rejimine geçen Türkiye elektrik piyasası için de özellikle 1 MW üstü tesislerde değerlendirilmesi gereken bir seçenektir.

7.5 Sayısal bir karşılaştırma örneği

1 MW kurulu güçte ortalama bir tarımsal biyogaz tesisi için yıllık parametreler şu mertebede konumlanmaktadır: yıllık biyogaz üretimi 4,5 milyon m³, ortalama metan oranı %58, ısıl değer 5.800 kcal/m³, brüt elektrik üretimi 8,5 GWh, parazit elektrik tüketimi 0,8–1,4 GWh aralığında (Baştan Töke ve Tunçez, 2024; Czekała ve Jasiński, 2023). Aynı tesisin sürekli rejimle işletilmesi durumunda parazit yük alt sınıra (0,8 GWh), klasik kesikli-batch rejimle işletilmesinde ise üst sınıra (1,4 GWh) doğru kayma eğilimi göstermektedir. Türkiye'de elektrik birim satış fiyatı 0,54 TL/kWh varsayıldığında, bu 0,6 GWh fark yıllık 324.000 TL'lik net gelir farkı anlamına gelmektedir (Baştan Töke ve Tunçez, 2024). Bu rakam, ek bir hammadde yatırımı ya da büyük donanım değişikliği gerektirmediği için rejim disiplininin tek başına bir gelir kalemi olduğunu açıkça göstermektedir.

7.6 Saha digestat değeri

Rejim tartışmasında çoğu zaman göz ardı edilen bir başka kalem, fermente çamur (digestat) ürünüdür. Sürekli rejimde elde edilen digestat daha homojen bir kompozisyon sergilemekte; tarımsal kullanım için stabil bir gübre niteliği taşımaktadır. Türkiye'de organik katı gübre satış değerinin 400 TL/ton düzeyinde olduğu raporlanmaktadır (Baştan Töke ve Tunçez, 2024). 1 MW tesiste yıllık 4.000–6.000 ton digestat üretimi mümkündür; bu da yıllık 1,6–2,4 milyon TL ek gelir potansiyeli demektir. Sürekli rejimin digestat homojenliği avantajı, bu gelir kalemini doğrudan optimize etmektedir.

8. Karar Matrisi — Hangi Rejim Hangi Tesise?

Üç ana parametre üzerinden bir çerçeve önerisi:

Saha kararını sadeleştiren üç pratik soru şu şekilde özetlenebilir: (i) Hammadde arzı yıl boyunca ±%10'luk bir bantta kararlı mı, yoksa sezona bağlı dalgalanıyor mu? (ii) Tesisin elektrik satış kontratı sabit fiyatlı mı, yoksa saatlik tarife rejimine mi tabi? (iii) Kurulum ölçeği 1 MW altında mı, üzerinde mi? Bu üç soruya verilen yanıtların kombinasyonu çoğu zaman tek bir rejim aday seçeneğine işaret etmektedir. Örneğin, hammaddesi yıl boyu kararlı, elektrik kontratı sabit fiyatlı ve ölçek 500 kW altında olan bir tesis için kesikli-sürekli rejim hem teknik hem finansal açıdan en az risk içeren seçenek olarak öne çıkmaktadır.

9. Sonuç

Besleme rejimi seçimi, biyogaz tesisinde yalnızca bir işletme parametresi değil; metan oranı, H₂S profili, gaz üretim hızı, parazit enerji yükü ve geri ödeme süresi üzerinden tesisin yıllık net çıktısını şekillendiren stratejik bir karardır. Literatür ve saha verileri, sürekli rejimin yüksek metan saflığı ve düşük parazit enerji avantajı sunduğunu; kesikli-sürekli rejimin mevsimsel esneklik ve düşük CAPEX getirisi sağladığını; iki fazlı sürekli sistemlerin ise hem miktar hem kalite açısından klasik tek kademe sürekli rejime üstünlük getirdiğini göstermektedir.

Türkiye'de hâkim olan dağınık küçük çiftlik kaynaklı tesis profili kesikli-sürekli rejimi gerçekçi bir varsayılan hâline getirmektedir. Buna karşılık, 1 MW üstü ve düzenli substrat akışına sahip tesislerin, talep odaklı esnek sürekli besleme ile geliştirilmesi yıllık geliri belirgin biçimde artırma potansiyeli taşımaktadır. Sayısal bir bakışla, parazit enerji yükündeki 0,6 GWh'lık fark dahi yıllık 300.000 TL'yi aşan bir gelir kalemine karşılık gelmekte; rejim disiplini ek bir donanım yatırımı gerektirmediği için en düşük maliyetli iyileştirme alternatiflerinden biri olarak öne çıkmaktadır.

Çalışmanın bir sınırlılığı, derlenen vakaların büyük çoğunluğunun AB ve Asya tesislerine ait olmasıdır. Türkiye'ye özgü rejim-performans verisi henüz dar bir literatür kapsamında bulunmakta; mevcut çalışmaların önemli bölümü potansiyel hesaplaması veya laboratuvar ölçek karşılaştırması ile sınırlı kalmaktadır (Kurnuç Seyhan ve Badem, 2021; Uçar ve Özer, 2021). Gelecek araştırma yönü olarak özellikle Türkiye saha verisine dayanan rejim-bazlı uzun vadeli kohort çalışmalarına ihtiyaç bulunmaktadır; bu boşluk doldurulduğunda karar matrisi sektör için somut bir rehber niteliği kazanacaktır. Ayrıca rejim seçiminin digestat değerlendirme stratejisi, iklim hedefleri ve karbon kredisi mekanizmalarıyla nasıl etkileşeceği de önümüzdeki dönemin araştırma gündeminde yer alması gereken konu başlıkları arasında değerlendirilmektedir.

Kaynakça (APA 7)

Baştan Töke, L., & Tunçez, F. D. (2024). Biyogaz tesislerinde verimliliği artırmaya yönelik bir analiz: Biyogaz tesisi senaryoları. Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi. https://doi.org/10.30783/nevsosbilen.1414565

Bonk, F., Popp, D., Weinrich, S., Sträuber, H., Kleinsteuber, S., & Harms, H. (2018). Intermittent fasting for microbes: How discontinuous feeding increases functional stability in anaerobic digestion. Biotechnology for Biofuels, 11, 274. https://doi.org/10.1186/s13068-018-1279-5

Czekała, W., & Jasiński, T. (2023). Profitability of the agricultural biogas plants operation in Poland, depending on the substrate mix. Energy Reports, 9, 196–203. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.05.175

Economou, E. A., & Dimitropoulou, G. (2023). Anaerobic digestion remediation in three full-scale biogas plants through supplementation. Methane, 2(3), 265–278. https://doi.org/10.3390/methane2030018

Farghali, M., & Mayumi, M. (2020). Potential of biogas production from manure of dairy cattle fed on natural soil supplement. Bioresource Technology, 309, 123298. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.123298

Gong, Y., Guo, Y., et al. (2025). From waste to energy: A closed-loop two-phase anaerobic digestion system for sustainable biogas production. Communications Engineering, 4. https://doi.org/10.1038/s44172-025-00568-2

Haosagul, S., & Prommeenate, P. (2020). Sulfide-oxidizing bacteria community in full-scale bioscrubber treating H₂S in biogas from swine wastewater. Renewable Energy, 150, 973–980. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.11.139

Hosseinzadeh, A., & Gitipour, S. (2024). The biogas upgrading from landfill leachate pretreated with low-frequency ultrasound. Scientific Reports, 14. https://doi.org/10.1038/s41598-023-42996-0

Hua, D., Fan, Q., Zhao, Y., Xu, H., Chen, L., & Li, Y. (2020). Comparison of methanogenic potential of wood vinegar with gradient loads in batch and continuous anaerobic digestion and microbial community analysis. Science of The Total Environment, 739, 139943. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.139943

Kouas, M., & Torrijos, M. (2019). Modeling the anaerobic co-digestion of solid waste: From batch to semi-continuous simulation. Bioresource Technology, 274, 33–42. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.11.065

Kurnuç Seyhan, A., & Badem, A. (2021). Erzincan ili hayvansal atık kaynaklı biyogaz potansiyelinin değerlendirilmesine yönelik biyogaz tesisi senaryoları. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi. https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.743724

Nsair, A., Önen Cinar, S., et al. (2019). Optimizing the performance of a large-scale biogas plant by controlling stirring process. Energy Conversion and Management, 198, 111931. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.111931

Ohnmacht, B., & Lemmer, A. (2021). Demand-oriented biogas production and biogas storage in digestate by flexibly feeding a full-scale biogas plant. Bioresource Technology, 332, 125099. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.125099

Orhorhoro, E. K., & Ebunilo, P. O. (2018). Effect of organic loading rate (OLR) on biogas yield using a single and three-stages continuous anaerobic digester. International Journal of Engineering Research in Africa, 39, 147–155. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/jera.39.147

Pan, S., & Wen, C. (2019). A novel hydraulic biogas digester controlling the scum formation in batch and semi-continuous processes. Bioresource Technology, 286, 121372. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.121372

Parajuli, A., & Khadka, A. (2022). Effect of hydraulic retention time and organic-loading rate on two-staged, semi-continuous anaerobic digestion. Fermentation, 8(11), 620. https://doi.org/10.3390/fermentation8110620

Sousa, S., & Duarte, E. (2021). Energetic valorization of cereal and exhausted coffee wastes through anaerobic co-digestion with pig slurry. Frontiers in Sustainable Food Systems, 5, 642244. https://doi.org/10.3389/fsufs.2021.642244

Spyridonidis, A., & Vasiliadou, I. A. (2020). Performance of a full-scale biogas plant operation in Greece and its impact on the circular economy. Water, 12(11), 3074. https://doi.org/10.3390/w12113074

Şenol, H., Türk Çakir, İ., & Kaygusuz, E. (2025). Termal ön işlem ile anaerobik sindirim sonrası tavuk gübresi artığından metan verimini ve kinetiğinin iyileştirilmesi. Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi. https://doi.org/10.31466/kfbd.1686752

Tamborrino, A., & Catalano, F. (2021). A real case study of a full-scale anaerobic digestion plant powered by olive by-products. Foods, 10(8), 1946. https://doi.org/10.3390/foods10081946

Thuan, N., & Tokihiko, F. (2023). Methane production from food garbage under the batch and semi-continuous anaerobic digestion: Effect of total solid. Journal of Ecological Engineering. https://doi.org/10.12911/22998993/160508

Türker, G. (2021). Tarımsal atıklardan biyogaz üretimi için anaerobik fermentör tasarımında etkili etmenler. European Journal of Science and Technology (Ejosat). https://doi.org/10.31590/ejosat.784599

Uçar, İ. R., & Özer, Z. (2021). Biyogaz üretiminde atıkların verim üzerine etkilerinin araştırılması. Çukurova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi. https://doi.org/10.21605/cukurovaumfd.1004337

Yang, Z., & Yang, D. (2024). Dual optimization in anaerobic digestion of rice straw: Effects of HRT and OLR coupling on methane yield. Journal of Environmental Management, 370, 123041. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2024.123041

Zhao, X., Li, L., Wu, D., Xiao, T., Ma, Y., & Peng, X. (2019). Modified anaerobic digestion model No. 1 for modeling methane production from food waste in batch and semi-continuous anaerobic digestions. Bioresource Technology, 271, 109–117. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.09.091