Gemi kaynaklı emisyonların deneysel incelenmesi: İzmir Körfezi'nde dahili taşımacılık üzerine bir uygulama
Experimental investigation of ship-sourced emissions: A study on internal transportation in İzmir Bay
Yazar: MEHMET EMİN AYDIN
Danışman: DOÇ. DR. ALİ CEMAL TÖZ
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi Makineleri İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deniz Ulaştırma Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering
Dizin: Deniz yolu taşımacılığı = Sea transportation ; Egzoz gazları = Exhaust gases ; Emisyon = Emission

Özet:
Dünyada uluslararası ticaretin büyük çoğunluğu deniz yoluyla yapılmasından dolayı dünya ticaret filosu her geçen yıl daha da artmaktadır. Bununla birlikte deniz taşımacılığı her ne kadar diğer taşımacılık türlerine göre daha temiz bir taşımacılık türü olsa da gemilerde kullanılan fosil yakıtlar nedeniyle gemiler tarafından oluşturulan emisyonlar hava kirliliği üzerinde önemli bir yere sahiptir. Gemilerin küresel iklim değişikliği üzerinde ciddi etkileri vardır. Emisyonlar; atmosferde biriken sera gazlarının etkisiyle küresel ısınmaya, asit yağmurlarına ve temiz hava kalitesinin bozulmasına sebep olmaktadır. Yukarıda sayılan her bir etken insan ve canlı sağlığı üzerinde olumsuz etkilerinin olmasının yanı sıra dünyadaki yaşam ve doğa üzerinde de yıkıcı etkilere neden olmaktadır. Limanların konumları yaşam yerleri ile iç içe olması veya yaşam yerlerine çok yakın olmasından dolayı gemi kaynaklı emisyonlar bu bölgelerde yaşayan insanların sağlığını daha fazla etkilemektedir.
Deniz taşımacılığının artmasına bağlı olarak deniz araçlarının çevreye verdikleri tahribat ve zararlarda artmıştır. Oluşan bu zararları azaltmak, denetim ve kontrol altında tutmak amacıyla uluslararası denizcilik örgütleri, çevre kuruluşları ve ülkeler birtakım düzenlemeler hazırlayarak yürürlüğe koymuşlardır. IMO (uluslararası denizcilik örgütü), EEA (Avrupa çevre ajansı), CARB (California Air Resources Board - Kaliforniya Hava Kaynakları Kurumu), gemi egzoz emisyonlarına odaklanarak çevre koruma alanında öncü düzenlemeleri belirlemektedir.
IMO tarafından oluşturulan MARPOL Kısım VI Gemi Bacası Gazlarından Kirlenmenin Önlenmesi Sözleşmesinde egzoz gazından çıkan başlıca Azot oksit (NOX), Karbonoksit (COX), Kükürtoksit (SOX) ve Hidrokarbon (HC) gibi dünya genelinde emisyonların kontrol altına alınması amacıyla düzenlemeler oluşturulmuş ve hava kirletici gazlar için belli sınır değerler getirilmiştir. Türkiye ise MARPOL Ek VI sözleşmesine 2014 yılında taraf olmuştur. Böylece ülkemizde de gemi kaynaklı emisyonların ölçülmesi, incelenmesi, değerlendirilmesi ve bu emisyonların azaltılması için değişik metotların geliştirilmesi önem kazanmıştır. MARPOL Ek VI limitlerine uygunluğun sağlanabilmesi için egzoz emisyonlarının düzenli olarak ölçülmesi ve denetlenmesi gerekmektedir. Bu kapsamda, deniz araçlarından kaynaklanan emisyonların belirlenmesi için egzoz emisyon ölçümleri yapılmalıdır. Gerçekleştirilen bu ölçümlerle birlikte, deniz araçlarından yayılan ortalama emisyon miktarı hesaplanarak gemilerin MARPOL Ek VI limitleri içerisinde olup olmadığı kontrol edilir. Gemi emisyon ölçümleri, NOX teknik rehberinde belirtilen standartlara uygun bir şekilde yapılır. Ancak, deniz araçlarının egzoz emisyonlarının MARPOL Ek VI limitlerine uygunluğunun denetlenmesine ilişkin kural ve prosedürler de yine bu NOX teknik dokümanında detaylı bir şekilde açıklanmaktadır. Bu kapsamda belirlenen kurallar ve prosedürler, denetim süreçlerinin etkin ve standartlara uygun bir şekilde yürütülmesini sağlamak amacıyla belirlenmiştir.
Deniz araçlarının egzoz emisyonları üzerindeki etkilerin anlaşılabilmesi amacıyla gerçekleştirilen deneysel çalışmalar, emisyon faktörlerinin belirlenmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Bu çalışmalar, çeşitli deniz araçları tarafından atmosfere salınan kirleticilerin miktarını ölçerek, bu araçların emisyon profillerini tanımlamayı amaçlar.
Elde edilen emisyon faktörleri, belirli bir deniz aracının belirli bir işletme koşulu altında ürettiği emisyonların nicel bir temsilini sağlar. Bu faktörler, bölgesel veya küresel düzeyde deniz taşımacılığının çevresel etkilerinin değerlendirilmesine olanak tanır. Bu çalışmalar, deniz araçlarından kaynaklanan kirliliğin çevresel, atmosferik, insan sağlığı ve ekosistemler üzerindeki etkilerini değerlendirmek amacıyla önemli veriler sunar. Elde edilen bilgiler, sürdürülebilir deniz taşımacılığı uygulamalarının geliştirilmesi, çevresel düzenlemelerin yapılması ve genel olarak hava kalitesinin iyileştirilmesi gibi konularda karar alıcıları bilgilendirir.
Bu çalışmada Ege Denizi İzmir Körfezinde yolcu taşımacılığı yapan bir vapurdan yayılan egzoz emisyonları deneysel metotlarla belirlenmiştir. Vapur egzoz emisyonlarının ölçümleri sonucunda NOX egzoz emisyonu 6.23 (g/kWh) olarak belirlenmiştir. IMO kurallarında belirtildiği gibi, vapur inşaa edildiği tarihe göre seviye 2 NOX teknik rehberindeki sınırlara tabidir. Dario Moreno vapurunun ana makinesinin devri, 1800 rpm değeri üzerinden yapılan hesaplamalarda elde edilen sonuçlar doğrultusunda vapurun inşa yılı ve makine özellikleri dikkate alındığında vapurun tabii olduğu NOX egzoz emisyon sınırı 7.84 (g/kWh) olarak tespit edilmiştir. Farklı makine yük durumlarında ölçülen NOX emisyon standartlarına göre hesaplanan Spesifik NOX emisyon değeri 6.23 (g/kWh), seviye 2 NOX limitlerine uygun olduğu tespit edilmiştir. Türkiye Cumhuriyeti Ulusal Mevzuatı denizcilik dizeli yakıtı kükürt içerik sınırlamalarına göre vapurdaki dizel yakıtın kükürt içerik düzeyi kütlece yüzde 0.1' i aşmamalıdır. Egzoz ölçümü gerçekleştirilen bir vapurda kullanılan dizel yakıtın kükürt içeriği yüzde 0.07 olarak tespit edilmiştir. Dolayısıyla vapurda kullanılan yakıt ulusal mevzuata ve IMO'nun belirlediği yakıt kükürt içeriğine uygun olduğu görülmüştür. Ayrıca egzoz emisyon ölçüm sonuçlarına göre CO 0.930 (g/kWh), CO2 894.910 (g/kWh) emisyon değerleri olarak tespit edilmiştir.  
Bu araştırmada, vapurdan kaynaklanan egzoz emisyon miktarı, teorik yöntemler kullanılarak gerçekleştirilen deneysel ölçümlerle elde edilen verilere dayanarak hesaplanmıştır. Bu hesaplamalar, incelenen vapurun tek bir seferinde meydana gelen egzoz emisyon değerlerini belirleme amacını taşımaktadır. Son olarak yıllık vapurdan yayılan egzoz emisyon miktarı aylık olarak NOx, CO2, CO, SO2 emisyon değerleri hesaplanmıştır.

Abstract:
Since the majority of international trade being conducted by sea, the world trade fleet goes to grow each year. However, although maritime transportation is a cleaner type of transportation compared to other transportation types, emissions created by ships due to fossil fuels used on ships have an important place on air pollution. Ships have serious effects on global climate change. Emissions; With the effect of greenhouse gases accumulating in the atmosphere, it causes global warming, acid rain and deterioration of clean air quality. Each of the factors listed above cause negative effects on human and living health, as well as destructive effects on life and nature in the world. Emissions from ships affect the health of the people living in these regions more because the locations of the ports are intertwined with the living areas or are very close to the living areas.
Due to the increase in maritime transport, the damage and damage caused by sea vehicles to the environment has increased, international maritime organizations, environmental organizations and countries have prepared and put into effect some regulations in order to reduce these damages and keep them under control and control. IMO (international maritime organization), EEA (European environmental agency), CARB (California air resources agency) limits are the main regulations that limit ship exhaust emissions.
In the MARPOL Annex VI Convention for the Prevention of Air Pollution from Ship Exhaust Gases by IMO, regulations regarding the global and regional limitation of emissions such as Nitrous Oxide (NOX), Carbon Oxide (COX), Sulfur Oxide (SOX) and Hydrocarbon (HC) from the exhaust gas have been made and the limit for emissions has been made. values are specified. On the other hand, Turkey  acceded to the MARPOL Annex VI agreement in 2014.
Thus, it has gained importance in our country to measure, examine and evaluate ship-sourced emissions and to develop different methods to reduce these emissions. Exhaust emission measurements must be made in order to ensure that the emissions are inspected for compliance with the MARPOL Annex VI limits. With the measurements made, the average amount of emissions emitted from the marine vehicles is determined and the compliance of the marine vehicles with the limits is evaluated. Exhaust emission measurements of ships are carried out as specified in the NOX technical document, and the rules and procedures regarding the inspection of the compliance of the exhaust emissions of marine vehicles with the MARPOL Annex VI limits are given in the NOX technical document.
Emission factors are determined with the help of studies in which exhaust emissions of marine vehicles are examined experimentally. With these factors, the amount of exhaust emissions emitted in certain regions or globally in a certain time is calculated by theoretical methods. Thanks to the emission data obtained through the studies, the effects of pollution caused by sea vehicles on the environment, the atmosphere, and the health of humans and other living things can be examined.
Exhaust emission factors are developed by experimentally making exhaust emissions from marine vehicles. These factors have been determined and published by the studies of different institutions and organizations.
In this study, exhaust emissions from a ferry carrying passengers in the Aegean Sea, Izmir Bay, were determined by experimental methods. As a result of the measurements of the steamer exhaust emissions, the NOX exhaust emission was determined as 3.020 (g/kWh). As stated in IMO rules, the ship is subject to level 2 NOX limits based on the date of construction. As a result of the calculation based on 1800 rpm, which is the ship's main engine speed, the NOX exhaust emission limit that the ferry must comply with has been determined as 7.84 (g/kWh). The Specific NOX emission value of 3.020 (g/kWh), calculated according to the NOX emission values measured at different machine loads, was found to comply with the level 2 NOX limits. According to the Turkish National Legislation maritime diesel fuel sulfur content limits, the sulfur content of the diesel fuel used in the ferry should not exceed 0.1 percent by mass. The sulfur content of the diesel fuel used in the steamboat with exhaust measurement was determined as 0.07 percent. Therefore, it has been seen that the fuel used in the ferry complies with the national legislation and the fuel sulfur content determined by IMO. In addition, according to the exhaust emission measurement results, the emission values of CO 0.244 (g/kWh) and CO2 405,820 (g/kWh) were determined.
In this study, the amount of exhaust emission emitted from the steamer was calculated according to the data obtained from the experimental measurements by considering the theoretical methods. In these calculations, the exhaust emission values of the ferry in question were determined once. Finally, the annual exhaust emission amount emitted from the steamer, monthly NOx, CO2, CO, SO2 emission values were calculated.