CBS ve UZ-AL desteği ile CO2 emisyonunun azaltılması için enerji ormancılığı alanlarının belirlenmesi ve iklim değişikliğinin enerji ormancılığına etkisinin incelenmesi
GIS and RS-supported assessment of energy forestry areas for mitigation of CO2 emissions and evaluation of the impacts of climate change on energy forestry
Yazar: FULYA KANDEMİR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HASAN SARPTAŞ
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Güneş Enerjisi Ana Bilim Dalı / Enerji Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Coğrafya = Geography ; Enerji = Energy ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Enerji ormancılığı, katı, sıvı ve gaz yakıt üretiminde kullanılabilecek, enerji hammaddesi ağaçların yetiştirilmesine yönelik tüm işlemleri ve planlamaları kapsamaktadır. Kısa çevrimli ve hızlı büyüyen ağaçların yetiştirilmesi ile gerçekleştirilen enerji ormancılığı sonucunda, fosil yakıtlardan kaynaklı sera gazı salımının azaltılmasının yanı sıra, ulusal enerji arz güvenliğinin öz kaynaklar ile korunması da sağlanmaktadır. Enerji ormancılığı uygulamaları, ormanlaştırma konusuna dahil olduğundan aynı zamanda önemli bir karbon yutağı oluşturmaktadır. Bu potansiyelin farkına varacak şekilde, enerji ormancılığı uygulamasını konumsal olarak planlanmak ise karmaşık bir iştir. Enerji ormancılığı gibi uygulamaların gerçekleştirilebileceği ve çok yönlü kullanıma sahip orman plantasyonlarının kurulması Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) tabanlı karar destek sistemleri ve uzaktan algılama gibi mekansal bilgi teknolojilerinin entegrasyonunu gerektirmektedir.
Bu çalışmada, R. pseudoacacia, P. aculeata, A. altissima, L. leucocephala, M. azedarach ve P. euphratica ağaçlarının esas alındığı kapsamlı bir model geliştirilerek enerji ormancılığı yapılabilecek alanların CBS tabanlı Çok Kriterli Karar Analizi (CBS-ÇKKA) yöntemi ile tespit edilmesi amaçlanmıştır. Çalışma esas olarak; (1) model ağaçların yetiştiriciliğine yönelik kriterlerin (toprak pH, kum içeriği, kil içeriği, derinlik, yükselti, eğim, bakı, sıcaklık ve yağış verileri) belirlenmesi, (2) konumsal veritabanı  geliştirme, (3) kriterlerin standardize edilmesi, (4) kriter ağırlıklarının belirlenmesi ve (5) CBS-ÇKKA modelinde ağırlıklı lineer çakıştırma ile enerji ormancılığı için uygun alanların tespit edilmesi aşamalarından oluşmaktadır. Standardizasyon aşamasında toprak ve topoğrafya verileri için fuzzy tekniği kullanılırken; iklim verileri ise bitkinin ekolojik özelliklerinin de entegre edildiği Bitki İklim Uygunluk Modeli (BİUM) ile standardize edilmiştir. Uzman görüşlerine dayalı olarak gerçekleştirilen faktör ağırlıklandırma aşamasında ise Analitik Hiyerarşi Prosesi kullanılmış ve hem günümüze hem de gelecek periyoduna (2050) göre enerji ormancılığı alansal uygunluk haritaları elde edilmiştir. Gelecek periyodunda, enerji ormancılığının sıcaklık ve yağış değişikliklerinden nasıl etkileneceğinin tespit edilmesinde ise BİUM'a, gelecek iklim koşullarına (HADGEM2-ES RCP4.5) ait projeksiyon veriler entegre edilmiştir.
Tez çalışmasında, ele alınan türler ile ilgili alansal uygunlukların elde edilmesinin yanı sıra, yetiştiricilik yapılacak plantasyonlarda ve çevresinde bitki hareketliliğinin ve dolayısı ile tür mücadelelerinin kontrol edilmesine yönelik kapsamlı incelemeler ile birlikte bu ağaçların enerji hammaddesi dışında çok amaçlı kullanım şekilleri de sunulmaktadır. Enerji ormancılığı kavramı altında karbon yutak potansiyellerinin de detaylı bir şekilde analiz edildiği çalışmada, uygun alanlara ait karbon yutak potansiyellerinin günümüz enerji sektöründen kaynaklı CO2 emisyonları ile birlikte değerlendirilmesi ile orman plantasyonlarının günümüzden gelecek periyoda kadar uzanan CO2 azaltım oranları tespit edilmiştir.
Gerek literatür taraması gerekse analizlerin gerçekleştirilmesi sırasında, önceki çalışmalardan ayrılan tez çalışması, günümüzde enerji sektöründen kaynaklı CO2 salımlarının en az %70'inin 2020 yılından itibaren; %97'sinin ise 2030 yılında tutma imkanının bulunduğunu geliştirilen model ile ortaya koymaktadır. Tüm bu nitelikleri ile tez çalışmasının çarpıcı bulguları, Birleşmiş Milletler tarafından ülkelere önerilen "niyet edilen ulusal katkı beyanları"na, "enerji planlamalarına" ve "sera gazı azaltım politikalarına" dahil edilebilecek niteliktedir. Yapılan bu çalışma birçok sektör ve alanda getirilerinin olacağı ulusal çapta bir yol haritası oluşturmaktadır. Tezin motivasyonu, iklim değişikliği ile mücadele ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılması konularında, ülkemizin yenilebilir enerji potansiyelinin arttırılması ve CO2 emisyonlarının azaltılması için sürdürülebilir enerji ormancılığına yönelik pratik ve faydalı bir model geliştirilmesidir. Tez çalışmasının sonuçları bahsedilen tüm bu hususlar ışığında gelecekteki planlamalara ve bilimsel çalışmalara yol gösterici bir nitelik taşımaktadır.

Abstract:
Energy forestry includes all processes and planning to cultivate trees that can be used in solid, liquid, and gas fuel production. By energy forestry, which is carried out by growing fast-growing non-edible plants, national energy supply security is protected by native resources and reduces greenhouse gas emissions from fossil fuels. Since energy forestry practices are also included in afforestation, they also constitute an essential carbon sink. Realizing this potential, it is a complex task to spatially plan energy forestry implementation. The establishment of multi-use forest plantations requires integrating spatial information technologies such as Geographic Information Systems (GIS) based decision support mechanisms and remote sensing.
In this study, a comprehensive model based on R. pseudoacacia, P. aculeata, A. altissima, L. leucocephala, M. azedarach, and P. euphratica trees was developed, and it is aimed to determine the areas where energy forestry can be done with GIS-based Multi-Criteria Decision Analysis (GIS-MCDA) method. The study mainly consists of the following stages: (1) Determination of criteria (soil pH, sand content, clay content, depth, elevation, slope, aspect, temperature, and precipitation) for the cultivation of model trees, (2) spatial database development, (3) standardization of criteria, (4) determination of criteria weights and (5) determination of suitable areas for energy forestry with weighted linear combination method in GIS-MCDA model. While using the fuzzy technique for soil and topography data in the standardization phase, climate data are standardized by the Plant Climate Suitability Model (PCSM), in which the ecological characteristics of the plant are also integrated. Based on expert opinions, the Analytical Hierarchy Process was used in the factor weighting phase, and spatial suitability maps for energy forestry were obtained according to both the present and the future period (2050). In determining how energy forestry will be affected by temperature and precipitation changes in the future period, the projection data of future climatic conditions (HADGEM2-ES RCP4.5) have been integrated into PCSM.
In addition to obtaining the spatial suitability of the studied species, comprehensive studies on the control of plant mobility and species competition in and around the plantations to be cultivated and multi-purpose use of these trees other than energy raw materials are presented. Besides, the CO2 reduction rates of forest plantations extending from the present to the future period were determined by evaluating the carbon sink potentials of the suitable areas together with the CO2 emissions from today's energy sector.
During both literature review and analysis, this study, which was separated from previous studies, reveals that at least 70% of CO2 emissions from the energy sector today can be kept by 2020 and 97% by 2030 with the developed model. All of these qualities and the striking findings of this study can be included in the "intended national contribution statements," "energy planning," and "greenhouse gas reduction policies" proposed by the United Nations to countries. This study creates a national road map that will yield benefits in many sectors and areas. The thesis's motivation is to develop a practical and useful model for sustainable energy forestry to increase our country's renewable energy potential and reduce CO2 emissions in combating climate change and reducing foreign dependency on energy. The thesis study results have a guiding nature for future planning and scientific studies in light of all these issues mentioned.