Tarım sektöründe enerji verimliliği

Dünya üzerinde enerji talebi sürekli artarken, kullanılan fosil enerji kaynakları hızla tükenmektedir. Enerjinin üretiminde ve tüketiminde atmosfere salınan sera gazlarının ekosistemin bozulmasında oynadığı rol büyüktür. Bir ekonominin sürdürülebilir olarak gelişebilmesi için ihtiyaç duyulan enerjinin güvenilir ve sürekli olarak, uygun maliyetle ve çevreye en az zarar veren yöntemlerle elde edilmesi büyük önem taşımaktadır. Ayrıca enerji ihtiyacının karşılanması için enerjiyi etkin ve verimli şekilde kullanmak son derece önemlidir. Bu konuda enerji verimliliğinin kaynakların üretiminden tüketimine kadar birçok süreci etkilemesi sebebiyle oldukça kritik bir konumu vardır [1, 2].

Enerji verimliliği, aynı hizmet ve üretim seviyesine ulaşırken enerji tüketimini azaltacak yöntemler bulmak olarak tanımlanabilir. [3]. Enerji verimliliği; artan enerji ihtiyacımızın karşılanmasında en temiz ve en ucuz "ilk yakıt" olarak adlandırılmaktadır. Enerji verimliliği, enerji arz güvenliği ve kaynak yönetimi için çok önemlidir. Üretkenlik ve daha fazla istihdam demektir. İklim değişikliği ile mücadele edebilmektir. Kırsal kalkınma için destektir. Cari açığın azaltılması noktasında önemli bir unsurdur. Enerji verimliliği, ekonomik büyüme ve sosyal kalkınma hedeflerinin sürdürülebilirliği ile doğrudan ilişkili olması diğer taraftan ise sera gazı salınımlarının azaltılmasında oynadığı kilit rol nedeniyle hassasiyetle ele alınması gereken alanların başında gelmektedir [4, 5].

Enerji Verimliliği

Enerji kısaca iş yapabilme yeteneğidir. Enerji verimliliği binalarda yaşam standardı ve hizmet kalitesinin, endüstriyel işletmelerde ve tarımda ise üretim kalitesi ve miktarını düşürmeden, birim veya ürün miktarı başına düşen enerji tüketiminin azaltılmasıdır [3]. Geniş kapsamda enerji verimliliği; gaz, buhar, ısı, ışık, hava ve elektrik kullanılan sistemlerdeki enerji kayıplarını önlemek, çeşitli atıkların geri kazanımı ve değerlendirilmesi veya ileri teknoloji ile üretimi düşürmeden enerji talebini azaltması, daha verimli enerji kaynakları, gelişmiş süreçler ve enerji geri kazanımları gibi etkinliği artırıcı önlemlerin bütünüdür. Enerji verimliliği gelişmiş birçok ülkelerin politikalarında önemli bir yere sahiptir [6, 7].

Enerji verimliliği, enerjinin gereksiz kullanım noktalarını bularak iyileştirmek ya da mümkünse tamamıyla ortadan kaldırmak için yapılan çalışmaları kapsamaktadır. Enerji verimliliği enerji talebinin azaltılması veya kısıtlanması demek değildir, kullanılan enerji oranının değil, ürün başına tüketilen enerjinin daha az bir seviyeye çekilmesidir [7].

Enerji verimliliği konusunda bir diğer önemli unsur ölçüm veya hesaplamadır. Enerji verimliliğinin ölçümüyle ilgili pek çok yöntem geliştirilmiştir. En basit haliyle enerji verimliliği üretim sonucu elde edilen çıktının üretim sürecinde kullanılan enerji miktarına oranlanmasıyla bulunabilinir. Örneğin, bir birim ürün elde edebilmek için tüketilecek olan enerji miktarının hesaplanmasıyla enerjinin verimli olarak kullanılıp kullanılmadığı hesaplanabilinir. Yapılan hesaplamaların ardından yüzde 0 ile yüzde 100 arasında bir değer bulunarak enerji verimliliği yorumlanabilir [2].

Tarımda Enerji Verimliliği

Tarımda enerji girdileri, kimyasalların üretilmesi ve uygulanması, traktör, el arabası, kültivatör vb. gibi farklı makina kullanımı, seraların, binaların ve hayvan ahırlarının ısıtılması ve su eldesi gibi üretimin her aşamasında bulunmaktadır. Çiftçiler açısından enerji verimliliği konusu göz ardı edilmeyecek derecede önemli bir konudur. Üretimde önemli bir girdi olan enerji, verimli olarak minimum düzeyde kullanılması çiftçilere daha az bir girdi sağlayıp üretimde elde edilen kârı artırmaktadır [8].

Tarımsal faaliyetler için makineler kullanılmaktadır. Bu makineleri çalıştırmak için enerji kaynağı olarak benzin, dizel ve fuel oil kullanılmaktadır. Su çıkarımı ve ısıltma işlemleri için de elektrik kullanılmaktadır. Tarım ayrıca tarımsal kimyasalların, tarım makinelerinin ve binaların üretimi için dolaylı olarak da enerji kullanmaktadır. İnorganik azotlu gübrelerin üretimi için önemli miktarda doğalgaz kullanılmaktadır [9].

Tarımsal faaliyetlerde; mali durumun iyileştirilmesi, enerji tüketimi ve çevresel etkilerini azaltmak için çeşitli teknolojiler ve kaynaklar enerji verimliliğini arttıracak yönde kullanılabilir. Etkin bir şekilde uygulandığı takdirde, enerji verimliliği önlemleri tarım üreticilerinin üretkenliğe zarar vermeden enerji tasarrufu yapmalarına yardımcı olabilir. Enerji verimliliği iyileştirmeleri için eğitim ve teşvikler de dahil olmak üzere etkili politikalar, çiftçilerin faaliyetlerini geliştirmelerine katkı sunar [10].

Tarımsal faaliyetlerde; mali durumun iyileştirilmesi, enerji tüketimi ve çevresel etkilerini azaltmak için çeşitli teknolojiler ve kaynaklar enerji verimliliğini arttıracak yönde kullanılabilir. Tarım sektörünün farklı bölümleri, enerji yönetiminde farklı yaklaşımlar gerektirmektedir. Çiftlikler sadece büyüklük ve finansal kapasiteye göre değişmez. Çiftlikler coğrafya ve iklime göre de farklılık gösterir. Bu fiziksel parametrelerin her ikisi de bir çiftçinin enerji gereksinimleri üzerinde etkilidir. Örneğin soğuk iklimler daha yüksek ısıtma enerjisi tüketimi gerektirirken, sıcak yerler klima ve iklim kontrolü için daha fazla enerji gerektirir [11, 12].

Tarımda enerji verimliliğinin teşvik edilmesinin önünde birçok engel bulunmaktadır. Engeller arasında coğrafya, iklim ve endüstri yapısındaki farklılıkların yanı sıra bilgi eksikliği ve verimlilik yükseltmelerini uygulamak için gereken sermayeye erişim de yer almaktadır. Bu engelleri ele almaya çalışan federal programlar, piyasayı verimli ekipman ve uygulamalara yönlendirmede önemli olmuştur [8].

Tarımda Enerji Verimliliği Uygulamaları

Tarımsal faaliyetlerde üretilen ürünün içindeki enerji maliyetinin azaltılması diğer sektörlerde olduğu gibi büyük öneme sahiptir. Tarım araçları, seralar, kurutucular, binalar, sulama sistemleri ve çiftlik ekipmanları bir mahsul ve hayvancılık çiftliğindeki günlük operasyonların bir parçasıdır ve enerji kullanımında yüksek maliyetlere neden olabilir [13]. Ürün kalitesi ve verimini düşürmeden enerji maliyetinin azaltılması da enerjinin etkin kullanımı ve enerji verimliliği ile sağlanabilmektedir. Tarımsal faaliyetlerde enerjinin etkin kullanımını sağlayacak pek çok tedbir ve uygulama bulunabilmektedir. Verimlilik enerji tasarrufunun yanı sıra, doğal kaynakların tarım işletmelerinde etkin kullanımı ile sağlanabilecektir [14, 15].

Enerji kullanımı ile ilgili bilgi sahibi olmak çok önemlidir. Enerji verimliliğinin artırılmasına yönelik bilgi toplama, ölçüm, değerlendirme ve raporlama aşamalarından oluşan çalışmaların bütününe enerji etüdü denilmektedir. Enerji etüdü enerji verimliliğini artıracak plan ve uygulamalara esas olacak yöntemleri işletme içerisindeki tüm enerji akışlarını ve kullanımını toplam enerji dengesini içerecek şekilde ölçümlemesini de kapsar [16].

Tarımda enerji verimliği konusunda alınacak önlemlere bakmadan önce enerji kayıpları nerede nasıl meydana geldiğini, nelerin bu kayıba sebep olduğunu bilmek gerekir. Tarımda enerji kullanımı hem doğrudan enerji kullanımını hem de tarım ürünleri üretmek için kullanılan her türlü girdiyle ilişkili dolaylı enerji kullanımını kapsar. İşletme enerji girdilerinin belirlenmesi ve kaydedilmesi ile birlikte gerekli enerji planlarının yapılması enerji verimliliği için büyük öneme sahiptir. Bu veriler, ortalama üretim rakamlarına veya en iyi tahminlere dayanarak oluşturulur. Böylece enerji tüketiminin yüksek olduğu noktalar belirlenir ve bunlara uygun uygulamalar planlır [17, 18].

Mevcut sistemlerin belirli aralıklarla bakımlarının yapılması gereklidir. Örneğin ışıkların, bobinlerin ve fanların toz açısından kontrol edilmesi, contaların değitirilmesi ya da kazanların bakımının yapılması ekipman performansını artırır ve ek işçilik ve maliyet ihtiyacını azaltabilir [17, 19].

Aşağıda tarımsal üretim için örnek enerji verimliliği uygulamaları yer almaktadır.

Tarla Uygulamaları:

Isıtma: Isıtma, faaliyete bağlı olarak bir tarımsal işletme üzerinde büyük etkiye sahip olabilir ve bu da enerji tasarrufu için önemli bir fırsat sunar. Özellikle seralarda yapılan üretim için ısıtma için kullanılan enerji miktarı çok yüksektir [20]. Sıcaklık kontrollerinin yapılması bu amaçla harcanan enerjinin azaltılması için önemlidir. Termostatların soğuktan veya güneş ışığından etkilenmeyen alanlara yerleştirilmesi gereklidir. Kazanların ve boru tesisatının bakımı düzenli yapılmalıdır. Bina, ahır ve depolama binalarındaki ısı kayıpları önlenmelidir [17].

Tarım Araçları: Tarımdaki doğrudan enerjinin büyük bir kısmı, özellikle ekilebilir tarım ve yoğun hayvancılık için yem, makineler tarafından dizel kullanımı ile ilişkilidir. Bu nedenle tarım araçlarının dikkatli bakımı ve kullanımı enerji verimliliğini büyük ölçüde artıracaktır. Toprak işleme ve diğer saha uygulamalarında yakıt miktarının azalması enerji yönetimi açısında önemlidir. Bunun için tarla uygulamalarında traktör ve alet/makina kullanımını optimize etmek gerekir. Gübre serpme ve ekim gibi tarla işlerini eş zamanlı olarak birleştirmek tarladan geçiş sayısını azaltabilir [13]. Arazide kullanılan araçların filtrelerin değiştirilmesi, yağ değişimi, lastiklerin şişirilmesi, balans ayarının yapılması, güç gereksiniminin hesaplanması ve optimium çalışma koşullarının belirlenmesi önemlidir. Lastik basıncı ve yakıt verimliliğine dikkat edilmesi gerekmektedir. Yakıt kullanımını azaltmak için araçlardaki fazla ağırlıklar azaltılmalıdır. Ayrıca yakıt verimliliği için araç sürüş özelliklerinin bilinmesi de önem taşımaktadır [17, 21]. Çiftlikte yakıt tankları varsa, yakıtların buharlaşmasını azaltmak için bunlar serin tutulmalı ve sızıntılara karşı düzenli olarak kontrol edilmelidir. Bir başka uygulama ise ısıtıcılarla ilgilidir. Tarım araçlarında motor bloğu ısıtıcıları soğuk havalarda aracınızın çalışmaya hazır olmasını sağlar, ancak tüm gece çalışması gerekmez. Bu motor blokları için zamanlayıcı kurmak, motoru sadece birkaç saat önceden ısıtmaya başlamayı sağlar. Isıtıcılarla kışın motorların iyi çalışmasını sağlamak, motoru ısıtmak için yakıt kullanmaktan daha ucuzdur. Rölantide çalışan araçlar toplam yakıt kullanımının %20'sine kadarını kullanabilir, bu nedenle kullanılmadığında makineler kapatılmalıdır [13, 14].

Aydınlatma: Aydınlatma çiftlik binalarında, sera, kümes ve ahırlarda da gereklidir. Doğal aydınlatma sistemleri, sıfır enerji kullanarak aydınlatma yapılmasını sağlayan sistemlerdir. Şeffaf paneller, ışık tüpleri şeklinde olabilen doğal aydınlatma için kullanılmaktadır [16]. Doğal ışık kaynağının yeterli olmadığı bölgelerde ek ışık kaynakları kullanılmaktadır. Geleneksel ışık kaynakları çok verimli değildir ve yüksek radyan ısı üretirler. Bu nedenle, enerji verimli aydınlatma için LED ampüllerin kullanımı tercih edilmelidir çünkü LED'ler daha az enerji kullanır ve üretkenliği etkilemeden akkor ampullerden ve daha uzun ömürlüdür. Sadece seralarda değil, ahıl, kümes ve çiftlik binalarında da LED ampüller kullanılabilir [22]. Ayrıca otomatik ışıklandırma kontrol sistemi minimum sayıda ışıkla en verimli aydınlatma seviyesini elde edilirken ışıkların sadece gerekli olduğu zaman yanmasını sağlanır [17].

Havalandırma: Havalandırma, sektör genelinde enerji faturalarının ortalama %14'ünü oluşturmaktadır. Havalandırma sistemlerinde iyileştirmelerin belirlenmesi ve uygulanması enerji tüketimini %20'ye kadar azaltabilir. Etkili havalandırma her çiftlik için gereklidir, ancak bu fanlar özellikle sıcak havalarda çok fazla enerji tüketebilir. Eğer mümkünse doğal havalandırma sağlayan pencereler ve kapılar kullanılabilir. Böylece fanlar kapatılır ya da daha az çalıştırılır [17]. Eski havalandırma fanlarını verimli havalandırma fanları ile değiştirmek enerji tüketimini azaltırken hem enerji hem de maliyet tasarrufu sağlar. Havalandırma sistemlerinin verimliliği, uygun şekilde bakım yapılmadığı takdirde %60'a kadar düşebilir, bu da işletme maliyetlerinin artmasına ve arıza riskine neden olur [17]. Fan kanatlarını ve ızgaraları temiz tutmak bu yüzden önemlidir. Toz, tüy ve diğer maddeler yüzeylere yapışarak hava akışını kısıtlamaktadır. Ayrıca, değişken frekanslı sürücüler verimliliği artırmak, enerji tüketimini düşürmek ve motor ömrünü iyileştirmek için invertörlü fan motorlarına uygulanabilir [14, 15].

Sulama: Tüm sulama sistemleri enerji tüketir. Sulama ve hayvan sulama sistemleri daha az enerji kullanacak şekilde tasarlanabilir. Hayvan suluklarının uygun şekilde yalıtılmalı ve çiftlikteki hayvan sayısına göre doğru boyutta olmalıdır [13]. Ürünlerin sulanmasında uygun pompa seçimi, düşük basınçlı sulama, damla sulama ve dağıtım sisteminin optimizasyonu önemlidir. Ürün sulaması için, düşük basınçlı yağmurlama nozulları su akışını sınırlamadan pompalama taleplerini azaltır. Bu tür sistemler suyu daha uygun maliyetle sağlarken kullanım ömürleri de uzundur. En verimli suslama sistemlerine düşük yükseklikte hassas uygulama ve düşük yükseklikte yağmurlama uygulaması verilebilinir. Bu sistemler az enerji tüketirken daha az su kullanırlar. Daha az enerji kullanan, suyu taze tutan ve donmayı önleyen düşük enerjili veya enerjisiz hayvan sulukları kullanımı gerçekletirilmelidir. Sulama için dizel pompalar elektrikli pompalarla değiştirildiğinde daha iyi verimlilik, daha düşük işletme maliyetleri ve yüksek güvenilirlik sağlarlar. Bu pompalar için dezavantaj büyük motorların üç fazlı elektrik gücü gerektirebilmesidir. Bunun için tek fazlı gücü üç fazlı güce dönüştüren döner faz dönüştürücüler kullanılabilinir. Akıllı sensörler sulama sistemlerinin daha verimli hale gelmesine yardımcı olabilir. Bunlar topraktaki nem seviyelerini takip ederek ekinleri sulama zamanını belirleyebilir. Ayrıca topraktaki besin maddelerinin az olup olmadığını da kontrol ederek gübreleme zamanını da bildirir [13, 23].

Kurutma: Bazı durumlarda, bir ürünü kurutmak için yetiştirmekten daha fazla enerji kullanılır. Ürününkuruluğunu sağlamak için bir nem ölçer kullanılmalıdır. Mekanik kurutma gerekliyse, doğal hava veya düşük sıcaklıkta kurutma sistemi kullanılabilinir [13].

Enerji verimliliğini artırmak, çiftlikte yeni enerji üretim sistemleri kurmaya kıyasla genellikle daha az yatırım gerektirir. Tarımda enerji verimliliğinin sağlanması için yeniliklerin geliştirilmesi ve pratikte uygulanması gerekmektedir. Enerji verimliliği tedbirlerinin bütünleştirici bir şekilde geliştirilmesi ve uygulanması da elde edilecek verimin sürdürülebilirliği için gereklidir. Hem çiftlikte hem de tedarik zinciri boyunca enerji verimliliği, ısı, elektrik, gaz ve sıvı yakıtlar için artan enerji maliyetlerinin etkilerini en aza indirmeye yardımcı olacaktır [13, 17].

Avrupa Birliği Enerji Verimliliği Direktifi

AB, enerji verimliliği için geliştirilmiş yasal çerçeveye ilişkin kurumlar arası müzakereleri sonuçlandırarak “Fit for 55” paketinin parçası olarak Enerji Verimliliği Direktifini yeniden düzenleyerek sunmuş ve direktif 24 Temmuz 2023 tarihinde resmi olarak kabul edilmiştir [24].

Yeniden düzenlenen Direktif kapsamında, AB ülkeleri, 2030’a kadar nihai enerji tüketimini %11.7 oranında azaltmayı hedeflemektedir. Ayrıca AB ülkeleri, 2024'ten 2030'a kadar ortalama yıllık enerji tasarrufu oranını mevcut %0,8'den %1,49'a çıkarma hedefi belirlemiştir. Bu çerçevede, yapı, endüstri, tarım ve ulaşım gibi kritik sektörlerde enerji tasarrufunu artırmayı hedeflemektedir [24]. Bu direktif enerji verimliliği uygulamalarını hızlandırmaya yardımcı olacak bir dizi önlem getirerek AB'nin enerji verimliliğine verdiği büyük önemi yansıtmaktadır.

Kaynaklar

1. FAO, Energy, agriculture and climate change towards energy-smart agriculture, Food and Agriculture Organization of the United Nations. 2016.

2. Kavaz, İ., Sürdürülebilirlik Politikaları Çerçevesinde Enerji Verimliliği, SİYASET, EKONOMİ VE TOPLUM ARAŞTIRMALARI VAKFI (SETA). 2019: İstanbul.

3. EnVer. Enerji Verimliliği Nedir? 2023 [12.08.2023]; Available from: https://www.enver.org.tr/enerji-verimliligi.

4. IEA, Energy Efficiency, International Energy Agency, Editor. 2023, Energy Information Administration: Paris.

5. Liu, J., et al., Energy Efficiency, Energy Conservation and Determinants in the Agricultural Sector in Emerging Economies. 2021. 11(8): p. 773.

6. YILDIZ, A., S. AKGÜL, and S. GÜVERCİN, Sanayide Enerji Verimliliği ve Uygulamaları. Journal of Advanced Technology Sciences, 2017. 7(1).

7. ETKB, Enerji Verimliliği Eğitim Kitabı, E.v.T.K.B.E.V.v.Ç.D. Başkanlığı, Editor. 2023: Ankara.

8. Levine, A., Energy Efficiency in Agriculture: A Review of the Role of the Federal Government and State and Private Entities An Alliance to Save Energy White Paper. Alliance to Save Energy 2012.

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

10. AgrEE, Energy Saving Measures in Agriculture – Overview on the Basis of the National Reports. Agriculture and Energy Efficiency (AGREE). Project Deliverable 2.3. 2013.

11. Wang, W., et al., Overcoming Barriers to Agriculture Green Technology Diffusion through Stakeholders in China: A Social Network Analysis. Int J Environ Res Public Health, 2020. 17(19).

12. Pereira, F., N.S. Caetano, and C. Felgueiras, Increasing energy efficiency with a smart farm—An economic evaluation. Energy Reports, 2022. 8: p. 454-461.

13. Stephen Herbert, M.H., Carrie Chickering-Sears, Sarah Weis, Jacqui Carlevale, Katie Campbell-Nelson, Fact Sheet: Energy Conservation and Efficiency. University of Massachusetts Amherst, Center for Agriculture, Food, and the Environment, Extension Crops, Dairy, Livestock, Equine, 2021.

14. Susser, J. Energy Efficiency Opportunities in Agriculture. Advanced Energy 2018 [14.08.2023]; Available from: https://www.advancedenergy.org/2018/09/14/energyefficiencyagriculture/.

15. Beyaz, A., et al., Tarımsal Üretimde Enerji Verimliliğinin Planlanması ve Sağlanması, in 8. Enerji Verimliliği Forumu ve Fuarı 2017: Türkiye.

16. Can, O., Kullanici Tarafi Enerji Verimliliği ve Yönetimi Hizmetleri: Hasat 2 Projesi İP-4 Raporu. 2023.

17. Carbon Trust, Energy efficiency in agriculture: Sector guide. 2019: UK.

18. Snow, S., C. Clerc, and N. Horrocks, Energy audits and eco-feedback: Exploring the barriers and facilitators of agricultural energy efficiency improvements on Australian farms. Energy Research & Social Science, 2021. 80: p. 102225.

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

20. Iddio, E., et al., Energy efficient operation and modeling for greenhouses: A literature review. 2020. 117: p. 109480.

21. Mutlu, N., Tarımsal Üretim İçin Entegre Kaynak Verimliliği. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, Ejosat 2021, 2020. 20: p. 293-298, DOI: 10.31590/ejosat.782364.

22. Singh, D., et al., LEDs for energy efficient greenhouse lighting. 2015. 49: p. 139-147.

23. Iliev, I., et al., Energy Efficiency and Energy Management Handbook. Bulgaria Energy Efficiency for Competitive Industry Financing Facility (BEECIFF): Project Preparation, Capacity Building and Implementation Support, ed. I.K. Iliev. 2012.

24. EU, Energy Efficiency Directive, D.-G.f. Energy, Editor. 2023: Brussels.