Türkiye'de depo gazından enerji yönetimi
Landfill gas management in Turkey
Yazar: AYŞEGÜL AYDIN
Danışman: DOÇ. DR. OSMAN ATİLLA ARIKAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Çöp depolama alanları = Waste disposal areas

Özet:
Bu çalışmanın amacı, Türkiye'deki depo gazı yönetiminin ortaya konmasıdır. Bu kapsamda öncelikle mevcut bir düzenli depolama sahasında yüzey metan konsantrasyonları belirlenmiş, daha sonra ülkemizde halihazırda faaliyette olan depo gazından enerji tesisleri incelenmiştir.
Depo gazı, katı atıklar bünyesinde gerçekleşen fiziksel, kimyasal ve mikrobiyolojik prosesler sonucu oluşur. Depo gazı %45-50 metan, %45-50 karbondioksit ve az miktarda uçucu organik bileşiklerden oluşmaktadır. Katı atıklar içerisindeki organik bileşenlerden dolayı, gaz üretimi prosesi mikrobiyolojik proseslerle kontrol edilir. Mikrobiyolojik prosesler çevresel koşullara hassas olduğundan, doğal ve insan kaynaklı birçok faktör mikroorganizma sayısı ve türünü ve dolayısıyla depo gazı üretim hızını etkiler. Düzenli depolama alanlarında gerçekleştirilen kısa süreli depo gazı ekstraksiyon testleri, depolama sahasına yerleştirilen bir kg atık başına 0.05 ila 0.40 m3 depo gazı üretimi olduğunu göstermiştir.
Bir depolama sahasının depo gazı üretimini değerlendirmede en önemli faktör atık miktarı ve kompozisyonudur. Oluşabilecek maksimum potansiyel depo gazı miktarı atık kütlesi içerisindeki organik madde miktarı ve tipine bağlıdır, çünkü organik maddenin ayrışması depo gazı üretiminin kaynağını oluşturmaktadır. Depo gazı üretim potansiyelini etkileyen diğer faktörler ise nem, nütrient, bakteri içeriği; pH, sıcaklık, depolama sahasının dizayn ve işletim yöntemidir.
Türkiye'deki düzenli depolama sahalarının sayısı son on yılda hızlı bir şekilde artmıştır. Yıllar içinde, vahşi depolama sahalarının yerini, sızıntı suyu ve gaz toplama sistemleriyle donatılmış mühendislik tesisleri almıştır. Depolama alanında depo gazının sürekli olarak üretilmesi depolama sahası içinde aşırı basınç oluşturmakta ve gaz emisyonunun atmosfere çıkışına neden olmaktadır. Bu emisyonlar depolama sahalarında çevre, güvenlik ve hijyen ile ilgili önemli sorunlarına yol açmaktadır. Metan gazı karbondioksitten sonra ikinci en önemli sera gazı olup, depolama sahalarından çıkan metan emisyonlarının azaltılması depo gazının çevresel etkilerini azaltmak için oldukça önemlidir. Önemli miktarda metanın atmosfere kaçması, küresel iklim değişikliğine doğrudan katkıda bulunur. Metan nispeten kısa bir atmosferik ömre (10 yıl) sahiptir. Bu nedenle metan emisyonların azaltılmasının yakın vadede çevresel açıdan önemli olumlu etkisi olacaktır. Depo gazından enerji tesisleri ekipmanlarının kapasitelerinin belirlenmesi için, depo gazı miktarı mümkün olduğunca yaklaşık olarak tahmin edilmelidir. Bu önemli verinin bilinmesi, metan emisyonlarının azaltılması ve enerji üretimi için gazın kullanılmasındaki ilk adım olan depo gazı toplama sistemlerinin tasarım ve teçhizine de yardımcı olacaktır. 
Toplanan depo gazı içindeki metan, bazen alevli bir sistemde (flare) yakılarak yok edilmektedir. Buna karşın, depo gazı alternatif bir yenilenebilir enerji kaynağı olarak kullanılabilir. Depo gazının alternatif bir enerji kaynağı olarak kullanımı depolama sahası sahiplerine ekonomik fayda sağlamanın yanısıra, fosil yakıtların kullanımının dengelenmesinde de yardımcı olacaktır.
Çalışma sonuçlarına göre, düzenli depolama sahasında ölçülen yüzey metan konsantrasyonları 3-317000 ppm arasında değişmiş olup, ortalama konsantrasyon 9168 ppm elde edilmiştir. Bu değer ABD Kaliforniya eyaletinde depolama sahaları yüzey metan konsantrasyonları için limit olan 500 ppm'in yaklaşık 20 katıdır. Metanın başlıca çıkış noktaları depolama sahası örtüsündeki kurumalar, çökmeler vb. nedenlerle oluşan çatlaklardır.
Türkiye'de İstanbul'da 3, Ankara'da 2, Adana, Bursa, Konya, Gaziantep, Kayseri, Afyon, Samsun, Kocaeli, Bolu, Kırıkkale ve Denizli'de ise birer olmak üzere toplam 16 adet depo gazından enerji tesisi bulunmaktadır. Tesislerin toplam kapasitesi 129,4 MW olup, potansiyelin yaklaşık %50'si kullanılmaktadır. Depo gazından enerji tesislerinin kapasitesi 0,5 MW ile 27,8 MW arasında değişmektedir. Bunlardan tesis sayısına göre %31,2'si vahşi depolama (5 tesis), %68,8'i düzenli depolama (11 tesis) sahalarından elektrik üretimi yapmaktadır. Tesis kapasitelerinin ise %37,3'ü vahşi depolama (48,3 MW) sahalarında kurulu iken, %62,7'si düzenli depolama (81,1 MW) sahalarındadır. Depo gazı depolama sahalarından hem yatay hem de düşey gaz toplama sistemleriyle toplanmaktadır. Toplanan depo gazının tamamı içten yanmalı motorlarda yakılarak elektrik üretilmektedir. 
Ülkemizde halihazırda düzenli depolama sayısı 69 olup, yeni depolama sahaları büyük ölçekli bölgesel tesisler olarak planlanmıştır. Bu nedenle yeni sahalardan toplanacak depo gazlarından enerji eldesi fizibil olmaktadır. Bununla birlikte, kentsel katı atıkların büyük kısmının organik atıklardan oluşması nedeniyle söz konusu depo gazından enerji tesislerinin en kısa zamanda kurulması yüzey metan emisyonlarının ve sera gazı miktarının azaltılması açısından önemlidir. Bu tesisler ülkemizin dış ticaret açığının önemli kısmını oluşturan enerji açığını kapatmada az da olsa katkı sağlayacaktır.

Abstract:
The aim of this study was to evaluate landfill gas to energy facilities in Turkey. In this regard, first surface methane emissions were determined from a sanitary landfill then landfill gas to energy facilities in Turkey were assessed. 
Landfill gas is generated as a result of physical, chemical, and microbial processes occurring within the refuse. It consists of roughly a combination of methane (45-50%), carbon dioxide (45- 50%), and small amounts of volatile organic compounds.  Due to the organic nature of most waste, it is the microbial processes that govern the gas generation process. These processes are sensitive to their environment and therefore, there are a number of natural and man-made conditions which will affect the microbial population and thus, the landfill gas production rate. Short-term studies done on full-size landfills, using data from landfill gas extraction tests, indicate a range of landfill gas production between 0.05 and 0.40 m3 of landfill gas per kilogram of waste placed into a landfill.
Waste quantity and composition are the most important factors in assessing the landfill gas generation potential of a site. The maximum potential volume of landfill gas is dependent on the quantity and type of organic content within the waste mass since the decomposing organic wastes are the source for all landfill gas produced. Other factors that influence the rate of landfill gas production include moisture content, nutrient content, bacterial content, pH level, temperature, and the site-specific design and operations plans.
The number of landfills in Turkey has increased dramatically over the last decade. Open dump sites have been replaced by engineered facilities with leachate and gas collection systems. The constant generation of landfill gas creates excess pressure within the landfills that provokes its exit into the atmosphere. These emissions lead to important environmental, security and hygiene problems in the landfill. While methane is the second most important greenhouse gas after carbon dioxide, mitigating methane emissions from landfills is important to decrease the environmental impacts of landfill gas. High levels of methane escaping into the atmosphere contribute to global climate change. Methane has a relatively short atmospheric life span (10 years) so reducing methane emissions can have a significant positive effect in the near term. To determine the capacity of the instruments for a landfill gas to energy facilities, landfill gas production rates should be properly estimated. Knowing this significant data will also help to design and install a landfill gas collection system which is the first step in reducing methane emissions and potentially utilizing this methane for energy generation. 
The landfill gas collected is sometimes simply flared to destroy its methane. However, landfill gas can be used as an alternative renewable energy source. In consequence, using landfill gas as an alternative energy source offsets the use of non-renewable fossil fuels in addition to providing economic benefits to landfill owners.
According to the results of the study, the measured surface methane concentrations varied between 3-317,000 ppm in the landfill and 9,168 ppm average concentration was obtained. This value is nearly 20 times more than the limit (500 ppm) for surface methane concentrations in landfills in the state of California, USA. The main exit points of methane are cracks on landfill final cover caused by drought and settlement.
There are 16 landfill gas to energy facilities in Turkey having three in Istanbul, two in Ankara, one in Adana, Bursa, Konya, Gaziantep, Kayseri, İzmir, Kocaeli, Bolu, Kırıkkale and Denizli (Table 1). The total capacity of these facilities is 129.4 MW and approximately 50 percent of  the potential is used.  Capacities of landfill gas to energy facilities change between 0.5 and  27.8 MW.  While five kandfill gas to energy facilities (% 31,2) are built at open dumping sites eleven facilities (68,8 %) are constructed at landfills. 48,3 MW (37,3 %) and 82,1 MW (62,7 %) capacities were installed at open dumping sites and landfills, respectively. Landfill gas is collected with both horizontal and vertical gas collection systems. All collected gas is used to produce electricity by burning it in internal combustion engines.

Table 1. : Location and capacities of landfill gas to energy facilities in Turkey
 
Location 	Capacity (MW)
Istanbul, Odayeri	27,8
Ankara, Mamak	25,4
Istanbul, Sile	14,1
Ankara, Sincan	14,0
Adana	11,3
Bursa	9,8
Gaziantep	5,7
Konya	5,6
Kayseri	4,0
Afyon	2,4
Samsun	2,4
Kocaeli	2,3
Istanbul, Hasdal	2,0
Bolu	1,1
Kırıkkale 	1,0
Denizli	0,5
           Total 	129,4


There are 69 landfills in Turkey. New landfills are planned as a large regional sites. Therefore, the amount of landfill gas collected from these new landfills will be feasible for landfill gas to energy facilities. However, due to large organic farction in municipal solid waste, the fast establishment of landfill gas to energy facilities is important in reducing the amount of methane emissions and greenhouse gases. In addition, these facilities will contribute in reducing energy deficit, which is the main part of trade deficit of Turkey.