Tarımsal üretimde enerji yönetimi

Dünya üzerinde enerji talebi sürekli artarken, kullanılan fosil enerji kaynakları da hızla tükenmektedir. Buna bağlı olarak enerjinin faydalı bir şekilde kullanılması en önemli amaçlardan biri haline gelmiştir. Bu amaç doğrultusunda mümkün olan en iyi verimlilikte bir enerji program düzenlenerek enerji yönetimi sistemi uygulamak önemli bir çözüm yoludur. Bu sistem sürekli enerji performansını artırmayı hedefleyen, enerji verimliliği, enerji etüt çalışmalarını gibi faaliyetleri kapsayan, kapsamlı bir çalışmayı gerektiren faaliyetleri içermektedir [1].

Tarım sektörünün enerji sektörüne olan bağımlılığı ve yükselen maliyetlerin yanı sıra fosil enerji kaynaklarının kullanımının olumsuz etkileri göz önüne alındığında, bu sektörde enerji yönetimi büyük önem taşımaktadır. Çiftçiler, çiftlik enerji tüketimini daha iyi anlayarak ve çiftlikte enerji yönetimi için en iyi uygulamaları hayata geçirerek çevre üzerinde olumlu bir etki yaratırken elde ettikleri karları da arttırabilirler [2, 3].

Tarımsal Enerji Kullanımına İlişkin Sorunlar

Nüfus artışının bir sonucu olarak, endüstriyel tarıma ve çok sayıda insanı besleyebilme kabiliyetine olan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Artan gıda tüketimiyle birlikte tarım sektörünün enerji ihtiyacı da sürekli artmaktadır [4].

Enerji, tarımsal üretimde kritik bir girdidir. Tarım sektöründe insan ve hayvan gücünün yanı sıra binalarda (aydınlatma, soğutma/ısıtma), tarımsal işlemlerde (arazi hazırlığı, sulama, ekim, gübreleme, hasat ve nakliye için kullanılan alet ve makineler) ve ticari faaliyetlerde (nakliye, inşaat ve tesislerin işletilmesi) enerji kullanımı mevcuttur. Tarım sektöründe sulama için su pompalamak; ekim, yabani ot temizleme, gübreleme, ilaçlama ve hasat gibi yetiştirme aşamasındaki farklı tarımsal görevler için tarım makinelerini çalıştırmak; ürünlerin taşınması; soğutma ve ürünlerin kurutulması veya işlenmesi için enerjiye ihtiyaç vardır [5].

Enerjinin tarımsal üretimdeki payı, gelişmişlik düzeyine, faaliyet türüne, uygulanan üretim uygulamalarına, üretim alanının coğrafi konumuna ve toprak ve iklim faktörleri gibi çevresel koşullara göre büyük farklılıklar göstermektedir [6]. Gelişmekte olan ülkeler, sınırlı altyapı, modern teknolojilere yetersiz erişim ve el emeğine daha fazla bağımlılık nedeniyle genellikle daha önemli enerji kısıtlamalarıyla karşı karşıya kalmaktadır. Buna karşılık, gelişmiş ülkeler enerji kullanımını optimize etmek, emisyonları azaltmak ve yenilenebilir enerji çözümlerini entegre etmekle uğraşmaktadır. Güvenilir ve çevre dostu yenilenebilir enerji alternatiflerine ulaşmak için enerji sektörünün yenilenebilir kaynakları benimseyerek kapsamlı bir dönüşüme ihtiyacı vardır. Tarımdaki bazı önemli enerji sorun türleri ve zorlukları; zayıf kırsal altyapı, sınırlı biyokütle kullanımı, ağır fosil yakıt bağımlılığı, sulama için enerjiye ağır bağımlılık ve modern enerjiye sınırlı erişimdir [5].

Tarımda enerji kullanımı, tarımsal uygulamaların modernleştirilmesi ve verimliliğin artırılması için büyük öneme sahiptir [7]. Modern enerji üretiminin uygulanmasıyla sağlanabilecek tarımsal verimlilik artışı, tarımda yetersiz elektrik ve mekanik enerji kullanılması nedeniyle gerçekleştirilememektedir [8].

Uzun vadeli gıda güvenliğinin sağlanması için tüm tarımsal üretimin ekonomik olarak da sürdürülebilir duruma getirilmesi gerekmektedir. En önemli tarımsal girdilerden biri olan enerji, gıda güvenliğinin sağlanması için hayati önem taşımaktadır. Enerjinin bu önemli rolünü desteklemeye yönelik çabalar, açlığı azaltma, kırsal kalkınmayı ilerletme ve gıda güvenliğini artırma çabalarıyla birlikte yürütülmelidir. Bu çabalar kendi başlarına bir amaç olarak değil, daha büyük bir çabanın önemli bir parçası olarak görülmelidir. Çoğu zaman, gıda arzı ve üretiminin, mevcut enerjinin düşük kalitesi ve sınırlı miktarları nedeniyle engellendiği görülmektedir [9, 10].

İklim değişikliğine ilişkin endişeler, tarımda enerjinin verimliliğinin yanı sıra kullanımına olan ilgiyi de artırmıştır, çünkü tarım aynı zamanda iklim değişikliğini olumsuz yönde etkilemektedir. Tarım sektöründeki neredeyse tüm faaliyetler, çoğunlukla fosil yakıtlar tarafından sağlanan bir tür enerjiye bağlıdır. Çiftlik hayvanlarından kaynaklanan metan gazı emisyonları ve çiftlikten kaynaklanan sera gazı emisyonları ve ayrıca çeşitli çiftlik ekipmanlarının kullanımı buna katkıda bulunmaktadır [11, 12].

Kıt doğal kaynakları verimli kullanma, sera gazı emisyonlarını azaltma, enerji maliyetlerini en aza indirme ve tarımsal gıda sektörünün rekabet gücünü artırma ihtiyacı, enerji konusunun önemini vurgulamaktadır [13]. Tarımda genel olarak ne kadar enerji tüketildiğini etkileyen çok sayıda doğrudan ve dolaylı enerji faktörü olmasına rağmen, bu faktörlerin her biri için sürdürülebilir ve yenilenebilir alternatifler bulmak çok önemlidir [14].

Enerji-tarım bağlantısının ilerleyebilmesi için şüphesiz önemli bir çaba sarf edilmesi gerekmektedir. Teknolojik, çevresel ve sosyal boyutları geliştirilmeye ve değerlendirilmeye devam edilmelidir [9]. Yenilenebilir enerjinin tarımda kullanımı ve verimli enerji yönetimi uygulamaları, şebeke yükünün hafifletilmesine ve girdi maliyetlerinin azaltılmasına yardımcı olarak gıda güvenliği sorunlarının çözülmesini sağlayacaktır [5].

Enerji Yönetimi

Enerji yönetimi, enerji için kullanılan kaynakların ve elde edilen enerjinin optimum kullanılmasını sağlamak üzere yürütülen ölçüm, izleme, planlama ve uygulama faaliyetleri olarak tanımlanabilir. Enerji yönetimi, enerji performansını sürekli olarak iyileştiren ve enerji tasarrufunu en üst düzeye çıkaran sistematik bir süreçtir [15, 16].

Enerji yönetimi, optimum enerji tedariği ve kullanımını sağlamak için hem enerji üretiminin hem de tüketiminin planlanması ve işletilmesini içeren teknolojinin kullanımı ve uygulamasıdır. Enerji yönetiminin temel hedefleri kaynakların korunması, bütçe tasarrufu ve iklim değişikliğinin önlenmesinin yanı sıra herkesin enerjiye kolay ve sürekli erişiminin sağlanmasıdır [17].

Yatırımların düzenlenmesi, uygun teknolojinin benimsenmesi gibi diğer birçok faktörün yanı sıra, enerjinin verimli ve optimum kullanımı sürdürülebilir büyümenin gerçekleştirilmesi için büyük öneme sahiptir. Enerji yönetiminde üretimi ve kaliteyi etkilemeden ve çevre üzerinde minimum etkiyle enerji maliyetini düşürmek ve enerji israfını azaltmak sürdürülebilir kalkınma için temel bir noktadır. Enerji yönetimi, enerji verimli uygulamaların hayata geçirilmesi yoluyla enerji tasarrufunun yanı sıra enerji santrali, üretim tesisi, binalar ve tarım uygulamaları gibi ilgili birim için uygun enerji türünün ve enerji tarifesinin belirlenmesini içerir [17, 18].

Enerji yönetimindeki temel kilit faaliyetlerden biri enerji denetimidir. Toplam enerji girdilerini kullanımına karşı dengelemeye çalışan sistematik bir yaklaşımdır ve tüm enerji akışlarını tanımlamanın yanı sıra enerji kullanımını ayrı işlevlerine göre gerekçelendirmeye hizmet eder. Nihai hedef enerji verimliliğini artırmaktır ve uzun vadede bu verimlilik artışı enerji maliyetlerini azaltacak, bu da sürdürülebilir ekonomik kalkınmayı sağlayacaktır. Buna ek olarak, enerji verimliliğindeki iyileşme, çevrenin korunmasıyla birlikte enerji güvenliğini de sağlayacaktır [17, 19].

Tarımsal Üretimde Enerji Yönetimi

Enerji, tarımının en değerli girdilerinden biridir. Enerji, tarımsal işlemlerden çeşitli ekonomik faaliyetlerin yürütülmesine kadar temel insan ihtiyaçlarının karşılanması için önemli bir parametredir. Tarımsal üretim, işleme ve dağıtımda kullanılan enerji miktarı, artan nüfusu beslemek ve diğer sosyal ve ekonomik hedefleri karşılamak için önemli ölçüde yüksek olmaktadır. Ürün verimi ve gıda arzı doğrudan enerji ile bağlantılı olduğundan, tarımda enerji kullanımının yönetilmesi temel bir unsurdur [11, 20].

Enerji talebi ve ekonomisi arasındaki dengenin benimsenmesi ve sürdürülmesi, sürdürülebilir tarım hedeflerinde önemli bir rol oynamaktadır. Dünyadaki birçok az gelişmiş ülke, iklim değişikliğinin ortasında temiz su, gıda ve alternatif enerji kaynaklarına yönelik artan talepleri nasıl karşılayacağı konusunda çalışma yapmaktadır. Hızlı nüfus artışı, ekonomik ve teknolojik gelişme, kentleşme ve iklim değişikliği nedeniyle enerji talebi de hızla artmaktadır. Enerji talebindeki bu artış, çeşitli tarımsal faaliyetler için yüksek enerji talebi nedeniyle tarım sektörünü doğrudan etkileyecek olan elektrik fiyatlarının artacağı tahmin edilmektedir. Tarımdan gıda üretmek için gereken bu yüksek girdi maliyeti, gıda fiyatlarının artmasına, açlık ve yoksulluğa yol açmasına ve özellikle az gelişmiş ülkelerde gıda güvenliğini tehdit etmesine neden olacaktır. Tarımda enerji kullanımının yoğunlaşması ve yüksek girdi maliyeti, daha iyi enerji yönetimi uygulamaları ile ele alınabilir [5, 21].

Tarım sektörünün stratejik önemi nedeniyle, enerji yönetimi kritik bir konudur; bir yandan tarım faaliyetlerini yürütmek için enerjiye ihtiyaç duyarken, diğer yandan tarım aynı zamanda enerji üretmek için de kullanılabilir. Sonuç olarak, tarım sektöründe enerji yönetimi tüketim, üretim ve verimliliğin optimize edilmesini içerir [22].

Tarımsal üretimde enerji yönetiminin başlıca hedefleri şunlardır [11]:

• Ürün süresi boyunca optimum enerji tedarik ve kullanımını sağlamak ve sürdürmek,

• Üretim ve kaliteyi etkilemeden enerji maliyetlerini/atıklarını en aza indirmek,

• Çevresel etkileri en aza indirmek.

Tarım sektöründe yükselen enerji fiyatları çiftçileri enerji verimliliği ve yenilenebilir enerji uygulamaları yoluyla tasarruf etmeye zorlamaktadır. Enerjiyle ilgili daha yüksek girdi maliyetleri genellikle tarımsal ürünlerin toplam üretim maliyetini artırmakta, dolayısıyla çiftlik gelirini azaltmaktadır [23]. Bunun için Şekil 1’de gösterildiği gibi bir tarımsal uygulamalar için enerji piramidi oluşturulmuştur. Bu piramit, tarımsal ortamlar da dahil olmak üzere enerjiyle ilgili çeşitli uygulamalara uygulanabilen bir karar verme aracıdır. Bu araç, enerji değerlendirme faaliyetlerinden alternatif veya yenilenebilir enerji projelerine geçildikçe maliyet ve karmaşıklık artmaktadır

Şekil 1: Tarımsal Faaliyetler için Enerji Yönetimi Piramidi [23]

Enerji piramidi öncelikle çiftlikte bir enerji değerlendirmesi yapılmasını öngörür. Enerji değerlendirmesi, herhangi bir somut önlemi uygulamaya koymadan önce enerji kullanımını ve ihtiyaçlarını değerlendirme fırsatıdır. Enerjinin izlenmesi, hedef oluşturma ve enerji etüt sistemleriyle, çiftlikteki enerji tüketimi kontrol edilebilir. Enerjinin izlenmesi, tek bir kısımdan bütün kısımlara kadar olan herhangi bir şeyin enerji performans verisinin düzenli olarak kaydedilmesiyle yapılır. İzlemeden sonra, bir sonraki aşama, veriyi analiz etmek ve bir enerji etüdü yapmaktır. Enerji etüdü enerji kullanan sistemin, daha az enerji ile daha yüksek verim elde edilebilmesi amacıyla alınabilecek tedbirlerin belirlenmesine yönelik yapılan etkinlikleri içermektedir [11]. Enerji, işgücünün mevcut olmaması nedeniyle tarımsal üretim için en güvenilir kaynaktır ve bunun için her bir işlem için gereken enerjiyi analiz etmek önemli bir araçtır [21].

Sonraki aşamada ise basit tasarruf uygulamalarını hayata geçirme ve ardından enerji verimliliği uygulamalarının eklenmesini gerektirir. Enerji verimliliği, sık sık enerji tasarrufuyla karıştırılır. Enerji tasarrufu, davranışları veya alışkanlıkları değiştirerek daha az enerji kullanmaktır. Örneğin çiftlikte gereksiz ışıkların kapatılması ile enerji tasarrufu yapılır. Enerji verimliliği ise aynı işi yapmak için daha az enerji kullanılmasıdır. Çiftlikte kullanılan akkor ampullerin LED ampul ile değiştirilmesi enerji verimliliğine örnektir. Enerji tasarrufu kullanımı kısıtlamaya, enerji verimliliği ise enerjiyi daha etkin kullanmaya odaklanır [24, 25]. Tasarruf ve verimlilik önlemlerinin kendi başlarına çok sayıda faydası vardır. Tarımsal üretimi arttırarak yenilikçi teknik ve uygulamaların hayata geçirilmesi yoluyla tarımda enerji verimliliğini artırma olanaklarının her bir ürün ve ekoloji için belirlenmesi gerekmektedir. Organik tarım, iyileştirilmiş toprak ve su yönetimi, entegre zararlı yönetimi ve bitki gübreleme, tarım sektörünün daha yüksek enerji kullanım verimliliği ve sürdürülebilirliğe doğru ilerlemesine yardımcı olabilecek strateji ve uygulamalardan bazılarıdır [26].

Son basamakta ise yenilenebilir enerji için yatırım ve kullanım basamağı bulunmaktadır. Enerji verimliliği önlemleri genellikle çiftlik enerji maliyetini azaltmanın en hızlı ve en ucuz yolu olsa da birçok tarımsal faaliyetlere güç sağlamak üzere enerji üretmek için yenilenebilir enerji üretim sistemlerini de değerlendirilmesi büyük önem taşımaktadır. Tarımsal faaliyetler için yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması, ekolojik tarım hedefleri için gelişmiş enerji kullanımı, gıda güvenliği ve çevresel değişim ile sonuçlanacaktır [5].

Enerji yönetim sisteminin tarım sektöründe uygulanması yoluyla tarımsal faaliyetlerde kullanılan enerji performansının izlenmesi, verimliliğin ve kapasite kullanımının artırılmasını, kaynak israfının ve kirliliğin azaltılmasını ve işletme ve bakım maliyetlerinin düşürülmesini kolaylaştırabilir. Sonuç olarak, enerji ve ürün fiyatları düşer ve değer üretimi artarak istikrarlı bir ekonomik büyüme sağlanabilir. Çevrenin korunması ile birlikte kesintisiz ekonomik büyüme, insan toplumunun güvenli ve sürdürülebilir kalkınmasının temelini oluşturur [3, 17].

Kaynaklar

1. L., B., W.C. Capehart, and W.J. Turner, Introduction to Energy Management, in Guide to Energy Management. 2020, River Publishers: New York.

2. Barragán-Ocaña, A., H. Merritt, and M.A. González-Pacheco, Energy Management in Agriculture, in Handbook of Energy Management in Agriculture, A. Rakshit, et al., Editors. 2023, Springer Nature Singapore: Singapore. p. 1-17.

3. Bhattacharyya, P., et al., Energy management for climate-smart agriculture. 2020: p. 73-84.

4. Rokicki, T., et al., Changes in Energy Consumption in Agriculture in the EU Countries. 2021. 14(6): p. 1570.

5. Majeed, Y., et al., Renewable energy as an alternative source for energy management in agriculture. Energy Reports, 2023. 10: p. 344-359.

6. Bekhet, H.A. and A.J.I.B.R. Abdullah, Energy use in agriculture sector: input-output analysis. 2010. 3(3): p. 111.

7. Pimentel, D., Handbook of Energy Utilization In Agriculture. 2017: CRC Press, Taylor & Francis eBooks.

8. Bekhet, H. and A. Azlina, Energy Use in Agriculture Sector: Input-Output Analysis. Vol. 3. 2010.

9. FAO, The Energy and Agriculture Nexus. Environment and Natural Resources Working Paper No. 4, 2000.

10. Bogdanski, A., Integrated food–energy systems for climate-smart agriculture. Agriculture Food Security, 2012. 1(1): p. 1-10.

11. C, S., et al., Energy Auditing in Crop Production. 2020. p. 137-188.

12. Lynch, J., et al., Agriculture's Contribution to Climate Change and Role in Mitigation Is Distinct From Predominantly Fossil CO2-Emitting Sectors. 2021. 4.

13. DIAKOSAVVAS, D., Joint Working Party on Agriculture and the Environment, Improving Energy Efficiency in the Agro-Food Chain COM/TAD/CA/ENV/EPOC(2016)19/FINAL, 2017.

14. Raser, G. and M. Silecchia, Energy Use in U.S. Agriculture: An Overview 2020, Institute for Energy and the Environment, : Vermont Law School.

15. Doty, S. and W.C. Turner, Energy management handbook. 2004: Crc Press.

16. Özbakır, P., Enerji Yönetimi, in Fen Bilimleri Enstitüsü. 2006, Yıldız Teknik Üniversitesi: İstanbul.

17. Islam, M.M. and M. Hasanuzzaman, Chapter 1 - Introduction to energy and sustainable development, in Energy for Sustainable Development, M.D. Hasanuzzaman and N.A. Rahim, Editors. 2020, Academic Press. p. 1-18.

18. Thollander, P., et al., 13 - Energy management, in Introduction to Industrial Energy Efficiency, P. Thollander, et al., Editors. 2020, Academic Press. p. 239-257.

19. Kluczek, A. and P.J.J.o.c.p. Olszewski, Energy audits in industrial processes. 2017. 142: p. 3437-3453.

20. Devasenapathy, P., G. Senthilkumar, and P.J.I.J.o.A. Shanmugam, Energy management in crop production. 2009. 54(1): p. 80-90.

21. Chel, K., Renewable energy for sustainable agriculture. Agronomy for Sustainable Development, Springer Verlag/EDP Sciences/INRA, 10.1051/agro/2010029.hal00930477 2011. 31(1): p. 91-118.

22. FAO, Chapter 2: Energy for Agriculture, in The Energy and Agriculture Nexus, Environment and Natural Resources Working Paper No. 4, Food and Agriculture Organization of the United Nations. 2000: Rome.

23. Ohio, E. Farm Energy Management. [18.05.2023]; Available from: https://energizeohio.osu.edu/farm-energy-management.

24. Croucher, M.J.E.P., Potential problems and limitations of energy conservation and energy efficiency. 2011. 39(10): p. 5795-5799.

25. Hepbaşlı, A., Sanayide Enerji Yönetim Programının Temelleri. Klima, 2000. 106: p. 63-75.

26. Vijayakumar, S., et al., Efficient Management of Energy in Agriculture, in Handbook of Energy Management in Agriculture, A. Rakshit, et al., Editors. 2023, Springer Nature Singapore: Singapore. p. 1-28.