Marc Perel Global Çözüm Uygulama Yöneticisi Adisseo R&I

Yem fabrikalarında, genelde en fazla enerji tüketen aşama pelet yapımıdır. Bu konu özelinde, potansiyel optimizasyon alanlarının araştırılması fayda sağlar. Adisseo’nun gerçekleştirdiği birçok çalışma, sıvı metiyonin (OH-Metiyonin) kaynağı kullanılmasının pelet yapımı sırasında toz forma (DL-Metiyonin) oranla %13 oranında enerji tasarrufu sağlayabileceğini göstermiştir.

Yem üretim maliyetini doğrudan etkileyen bir faktör olması nedeniyle, yem fabrikası yönetiminde takip edilmesi gereken en önemli noktalardan bir tanesi de “güç tüketimi”dir. Pelet yapımı ise, toplam elektrik tüketiminin neredeyse %60’ından sorumlu olması nedeniyle, bu maliyete en fazla katkıda bulunan üretim aşamasıdır. (Tecaliman, 2016). Bu nedenle, yem değirmeninin performansını artıracak en küçük tasarruf kaynağı bile dikkate alınmalıdır ve özellikle de yüksek üretim hacimleriyle çalışan işletmelerde daha da önem arz eder. Ekonomik açıdan olduğu kadar çevre üzerindeki etki açısından da bu konu önem arz eder.

Hedefler

Metiyonin, toz veya sıvı formda yeme eklenen bir amino asittir. Toz yerine sıvı metiyonin kullanan yem fabrikalarının pelet yapımı sırasında enerji tasarrufu elde ettiği bildirilmiştir. Bu beyanı teyit etmek amacıyla Adisseo, kontrollü koşullar altında pilot bir peletletme tesisinde testler yapmış ve saha ölçümlerini incelemiştir. Fransız Yem Teknik Merkezi Tecaliman’ın pilot pelet tesisinde, birincisi 2016’da ve ikincisi 2020’de olmak üzere iki test yürütülmüştür. Bu testlerde, yem formülünü ve metiyonin kaynaklarını (sıvı veya toz) değiştirerek yemin pelet yapım davranışı değerlendirilmiştir. Peletlerin kalitesi ve pelet değirmeninde enerji kullanımı ölçülmüştür.

Her bir teste ilişkin proses, Şekil 1’de özetlenmektedir.

Tüm süreç değişkenleri (buhar ekleme, verimlilik, kalıp özellikleri, pelet uzunluğu vs.), değişkenliği sınırlandırmak için sabit değerlerde tutulmuştur.

Elektrik tüketimi, pelet motoru tarafından her saniye emilen anlık gücün (kW) ölçümü ile elde edilmiştir. Sadece pelet yapımı koşullarının (üretim hızı ve sıcaklıklar) stabil olduğu değerler kullanılmıştır. Bu miktar, spesifik enerji tüketimini (kWh/t) hesaplamak üzere daha sonrasında gerçek çıktı oranına (t/saat) bölünmüştür. İkinci testte sonuçlar, makinenin boşta kaldığı süre (toplam enerji tüketiminin yaklaşık %10’unu temsil edecek şekilde) düşülerek net spesifik tüketim olarak ifade edilmiştir.

[box type="shadow" align="" class="" width=""] Şekil 1. İki testte pelet yapımı prosesi

1. Karıştırma • Metiyoninsiz karıştırma • Miksere metiyonin ekleme: sıvı metiyonin püskürtme veya toz metiyonin ekleme • Son karıştırma 2. Pelet yapımı • Kalh yatay kalıp pelet değirmeninde pelet yapımının başlama safhası, kalıp 4 x 24 mm (endüstriyel halka kalıpta 4 x 85 mm’ye eşdeğer) • 40 kg/saat debide ve 80°C’de buhar ekleyerek tüm partilerin pelet yapımı (bir üretim döngüsü ve ardından birkaç dakika bos mal geçirme) 3. Soğutma • Peletlerin sıcaklığının ve neminin bir soğutucu içerisinde azaltılması 4. Depolama ve Analiz • Peletlerin oda sıcaklığında depolanması • Pelet kalitesi analizi[/box]

Metiyonin kaynakları olarak toz DL-Metiyonin (DL-Met) ve sıvı OH-Metiyonin (OH-Met) kullanılmıştır. Her bir metiyonin kaynağı, eşmolar konsantrasyonlarına (DL-Met %99 konsantrasyonda ve sıvı OH-Met %88 konsantrasyonda) eşit şekilde yeme eklenmiştir.

Buna ek olarak, güç tüketiminin incelenmesi sırasında önemli bir parametre olan pelet kalitesi değerlendirilmiştir: - Her bir numune için 36 pelette bir sertlik testi gerçekleştirilmiştir. Bu test, hayvan çiğnemesi etkisini taklit ederek peletin ezilme dayanımını ölçer. İlk test için bir Schleuniger makinesi (Newton cinsinden sonuçlarla) ve ikinci test için ise bir MT50 Easy TDH SOTAX (MegaPascal cinsinden sonuçlarla) kullanılmıştır.

- İki adet farklı 500 g numunede dayanıklılık testi (veya PDI) gerçekleştirilmiştir. Bu test, Sabe’nin EUROTEST cihazı ile pelet darbe dayanım seviyelerini ölçümüne dayanmaktadır. % olarak ifade edilmektedir. - Toz oranı, 3.15 mm’lik bir elekle eleme işlemi öncesinde ve sonrasında ağırlık olarak değerlendirilmiş ve % olarak ifade edilmektedir.

Pilot pelet tesisindeki ilk test; peletlemede elektrik tüketiminin %2,5 ila %7 oranında azaldığını göstermekte ve formüldeki nem ve yağ içeriği etkisini araştırmaktadır.

Bu test için, aynı beslenme düzeni kullanılarak otuz iki adet 7 kg’lık yem partisi hazırlanmıştır. DL-Met, OH-Met, yağ ve/veya su, farklı oranlarda eklenmiştir. DL-Met ve sıvı OH-Met ilk olarak eşmolar bir şekilde standart dozda (DL-Met için %0,20 ve sıvı OH-Met) eklenmiştir. Ardından, katkı maddesinin etkisini vurgulamak üzere daha yüksek dozlarda sıvı OH-Met eklenmiştir ve üç alt test gerçekleştirilmiştir.

İlk alt test, sıvı OH-Metiyonin ile enerji tüketiminde etkili bir azalmayı işaret etmektedir. Genel olarak, yüksek seviyede sıvı OH-Met (%0,23’ten fazla) eklenmesinin, tüm durumlarda güç tüketimini azaltmıştır. Standart dozlarda (%0,23) sıvı metiyonin kullanıldığında, azalma durumu özellikle formülasyona başka bir sıvı eklenmediğinde gözlemlenmiştir. (Şekil 2- Kuru yem). Burada, %7’lik bir azalma elde edilmiştir. Beklenildiği üzere, yağ eklenmesi de genel enerji tüketimi seviyesini azaltmaktadır. %3 yağ eklendiğinde (Şekil 2 - Yağ %3) ve DL-Met yerine sıvı OH-Met kullanıldığında %4 tasarruf elde edilmiştir.

Bu sonuçlar, enerji tüketimindeki hafif artışın toz metiyonin eklenmesi nedeniyle meydana geldiğini tespit etmemizi sağlamıştır.

İkinci alt test seti ise, bu bulguları teyit etmek için gerçekleştirildi. Negatif kontrol, katkı maddesi, yağ veya su olmadan hazırlandı. Pozitif kontrol katkı maddesi içermemekte ve farklı test edilen koşullara göre yağ ve/veya su ile hazırlanmıştır.

Sonuçlara göre; bir tarafta pozitif kontrol ve sıvı metiyoninli yem arasında önemli bir fark gözükmemiş, diğer tarafta ise sıvı OH-Met yerine DL-Met kullanıldığında enerji tüketiminde az miktarda artış teyit edilmiştir. Tek başına yağ eklenmesi daha düşük güç tüketimine yönelik bir eğilim gösterse de (Şekil 3-Yağ %3) tasarruflar yem kuru olduğunda %3 (Şekil 3-Kuru yem) ve yem ek yağ ve su içerdiğinde %4 (Şekil 3-Yağ %3 + Su %1) olmaktadır.

Suyun tek başına etkisi üçüncü bir alt testte incelenmiş ve üç su seviyesi test edilmiştir (%0,5,-%1,-%2). Suyun tek başına eklenmesi, kontrol grubunun DL-Met ve sıvı OH-Met’ten ayrışmasına izin vermemektedir (Tablo 2). Bu nedenle bu durumda, OH-Met’in bu gruptaki faydaları net değildir. Bununla birlikte, her bir durumda düşük güç tüketimi eğilimi gözlemlenmiştir.

Tüm alt testlerde, pelet kalitesi genel olarak korunmuştur. Değerler yağsız yem grubunda, dayanıklılık için %91 ± %0,8 aralığında ve sertlikte 34 N/pelet ± 3,3 N/pelet aralığında değişmektedir.

Bu değerler, su eklenmemiş pelet yemi formüllerinde sıvı OH-Met’in güç tüketimini %2,5 ila %7 oranında azaltma kapasitesine sahip olduğunu göstermektedir.

İkinci test, çeşitli formül tiplerini incelemiş ve toz metiyonin ile karşılaştırıldığında sıvı metiyonin kullanıldığında pelet değirmeninde bir kez daha enerji tüketiminde azalma olduğunu göstermiştir.

2020 yılında TECALIMAN’da gerçekleştirilen bu test için, Tablo 3’te gösterildiği şekilde farklı formül tipleri (buğday bazlı formül ve mısır bazlı formül) oluşturuldu.

Her bir formül, bir ton yem başına 2.5 kg aktif madde elde etmek üzere eşmolar bir biçimde ya sıvı OH-Metiyonin ya da DL-Metiyonin eklenecek şekilde düzenlenmiştir. Amaç, aynı formül için pelet değirmeninde metiyonin kaynaklarının net enerji tüketimi üzerindeki etkilerini görmektir.

Her bir konfigürasyon (bileşim ve metiyonin kaynağı) 3 kez tekrar edildi.

Her bir formül ve metiyonin kaynağı için pelet değirmeninde elde edilen spesifik net elektrik tüketimleri Şekil 4’te gösterilmektedir.

Formül A, C ve D’de, sıvı OH-Metiyonin, DL-Metiyonin ile kıyaslandığında sırasıyla %8, %13 ve %12 olmak üzere net enerji tüketiminde önemli bir azalma sağlamıştır.

Formül B ve E’de spesifik net elektrik tüketimi açısından metiyonin kaynakları arasında anlamlı bir etki tespit edilmemiştir. Formül E yağ ve su açısından zengin içeriğe sahip olduğundan, bileşimi potansiyel farklılıkları yumuşatmış ve bunun neticesinde metiyonin kaynaklarının etkisi göz ardı edilebilir hale gelmiştir. Formül B’de ise anlamlı bir fark gözlemlenememiş ve bunun sebebi açıklanamamaktadır.

Formül A, B, C ve E’de metiyonin kaynakları ve kontrol grubunda pelet sertliği, dayanıklılık ve toz oranı açısından anlamlı bir farklılık gözlemlenmemiştir. Sadece 2 formül için pelet sertliği açısından istatistiksel olarak anlamlı farklılıklar gözlemlenmiş olup, bu farklılıklar belli belirsiz olduğundan herhangi bir pratik etkiye sahip değildir. (Formül C’nin sertliği: sıvı OH-Met ile 1.79 MPa iken DL-Met ile 1.67 MPa, formül D’nin sertliği: sıvı OH-Met ile 1.29 MPa iken DL-Met ile 1.44 MPa).

Sonuç olarak bu testte, üretilen peletlerin fiziksel kaliteleri etkilenmeden pelet değirmeninde sıvı OH-Met kullanımı ile net enerji tüketiminde %13’e kadar bir azalma değerlendirilmiştir (dayanıklılık, sertlik, toz yüzdesi).

Sahada görülen enerji tasarrufu modelleri

2015 yılında iki metiyonin kaynağını karşılaştırmak için Malezya’daki iki farklı yem fabrikasında gerçekleştirilen testlerle sahada da aynı sonuçlar elde edilmiştir. Sıvı OH-Met ve DL-Met, aynı formülasyon ve ağırlığa sahip 2 bağımsız parti halinde miksere eklenmiştir. İlk denemeler, sıvı OH-Met adına %3’e varan tasarruf göstermiş, ikinci yem fabrikasında (Şekil 5); mısır ve soya bazlı, %0,25 su ve su bazlı sıvılar ve %3 palm yağı ile bir oluşan bir formül kullanılmıştır. Pelet yapımı, yem fabrikasının güncel uygulamalarına göre yürütülmüş ve güç tüketimi, Lutron DW-6093 güç analiz cihazı ile ölçülmüştür. Spesifik enerji tüketimi, testler sırasında pres tarafından çekilen ortalama güç (kW) ve gerçek üretim hızı (t/saat) arasında oranlama yapılarak elde edilmektedir. Veriler, DL-Met yerine sıvı OH-Met kullanıldığında pelet yapımı sırasında güç tüketiminin %2,5 azaldığını göstermektedir.

Sonuç

Sıvı OH-Met’e karşı DL-Met kullanımı arasında gözlemlenen enerji azalmasına neden olan genel mekanizmalar hala bilinmemektedir. Ancak, pelet presinde ana gücü çeken unsurun yem ve kalıp arasındaki sürtünme kuvvetinin üstesinden gelmek için ihtiyaç duyulan çaba olmasından dolayı, DL-Met etkisinin bu kuvvetteki artıran bir unsur olarak ortaya çıkmasıdır. Nem eklendiğinde meydana gelen dengeleme etkisine, kalıp duvarları ve kalıplar arasındaki hidrofilik partikül etkileşimlerinin neden olabileceği anlaşılmıştır. Bununla beraber, enerji kullanımını etkileyen sürtünme katsayısının, net bir sayı elde etmeyi zorlaştıran çok sayıda parametre tarafından etkilendiğine dikkat edilmelidir.

Genel olarak yem fabrikası ve pilot testleri, sıvı OH-Met için DL-Met ile karşılaştırıldığında güç tüketiminde ortalama %13’e kadar azalma göstermektedir. Bu avantaj her durumda görülmemektedir, bazen pelet yapımında tüketilen elektrik DL-Met içeren yem için aynıdır.

[box type="shadow" align="" class="" width=""] Örneğin, aşağıda belirtilenleri varsayacak olursak: - Peletlenmiş etlik piliç yemi yıllık üretimi: 100.000 ton - Pelet değirmeninde spesifik elektrik tüketimi: 15 kWh/ton - Elektrik enerjisi maliyeti: kWh başına 0,13 $ - Pelet değirmeninde tahmini enerji tasarrufu: %10 - CO2 emisyonu: kWh başına 0,5 kg CO2 Tahmini yıllık tasarruf = 100.000 x 15 x 0,13 x %10 = $ 19.500 Tahmini yıllık CO2 emisyonu tasarrufu = 100.000 x 15 x 0,5 x 10% = 75 000 kg CO2 (Bu, Paris-Bangkok arasında 28 gidiş-dönüş yolculuğun emisyonuna eşittir)[/box]

Yem değirmeni işletmecisi açısından bu potansiyel tasarruflar, yem üretimi maliyetine yansıyacaktır.

Bu sayılar sadece bir örnektir. Fabrika müdürleri, bunları kendi parametrelerine göre uyarlayabilir.