Gemi kaynaklı egzoz emisyonları azaltma yöntemlerinin karşılaştırmalı analizi
Comparative analysis of ship-based exhaust emissions reduction methods
Yazar: EMİR EJDER
Danışman: PROF. DR. YASİN ARSLANOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Deniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deniz Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Denizcilik = Marine
Dizin: Egzoz emisyonları = Exhaust emissions ; Islak sıyırıcı = Wet scrubber ; Yük gemileri = Cargo vessels

Özet:
Dünya ticaretinin ve uluslararası taşımacılığın büyüyüp gelişmesi ile birlikte taşımacılık sektörü kaynaklı hava kirliliğinin önemi gün geçtikçe artmaktadır. Ülkeler arası taşımacılıkta kritik konumda bulunan gemiler, özellikle son yıllarda gelişen ekonomi ile birlikte taşımacılık sektöründeki artan talebi karşılayabilmek için büyümeye gitmektedir. Bu büyüme, deniz yolu taşıamcılığındaki yakıt tüketimini artırmaktadır. Bu tüketimin artması ve ilerleyen yıllarda da artacağı ön görülmesi dikkatleri gemi kaynaklı egzoz emisyonlarına çevirmiştir. Küresel iklim değişikliğine ve atmosferde ısı tutma etkisine sahip sera gazı salınımlarına ciddi oranda katkı sağlayan gemi kaynaklı egzoz gazılarının önemi resmi kurumlar tarafından yayımlanan raporlarda sıklıkla gündeme getirilmektedir.
Gemilerden kaynaklanan egzoz gazı bileşiklerinin başlıcaları CO2, NOX, SOX, PM olarak belirtilmektedir. Alınan tedbirlerin ve yapılması planlanan düzenlemelerin öncelikli amacı bu bileşiklerin salınımını azaltmak üzerine kurulu olduğu görülmektedir. İlerleyen yıllarda sıfır emisyon prensibini benimsemek denizciliğinin önceliği durumundadır.
Atmosfere salınan egzoz gazları, çevreye ve insan sağlığına olumsuz etkileri bulunmaktadır. İklim değişikliğine, asit yağmurlarına, yer seviyesi ozon tabakasının oluşmasına, hava kirliliğine neden olmakta ve erken ölümlere, solunum yolu hastalıklarına, kalp hastalıkları gibi rahatsızlıklara neden olarak insan sağlığını olumsuz yönde etkilemektedir. 
Emisyon Kontrol Alanlarına ek olarak IMO 2020 Kükürt Emisyonu düzenlemeleri ile birlikte denizlerde kullanılacak olan gemi tipi yakıtların kükürt içeriğinde üst limit %0,5 m/m olacak şekilde düzenlemeye gidilmiştir. Bu düzenlemeye uyulabilmesi açısından yeni yakıt türü olan düşük kükürt oranına sahip yakıtlar sektöre entegre edilmeye başlanmıştır. Bu seçeneğin yanında IMO'nun kabul ettiği alternatif emisyon azaltma seçenekleri (Scrubber, SCR, EGR vs.) de deniz ticaretinde aktif konumdaki firmalar tarafından değerlendirilmektedir. Bunlara ilave olarak teknolojinin gelişmesi ile birlikte alternatif yakıt ve sevk sistemleri de denizcilik sektöründe yatırımcıların ilgisi çekmekte ve hem doğaya hem de insan sağlığına olumlu yönde katkı yapmaktadır.
2020 yılı düzenlemelerinin hayata geçmesiyle yatırımcılar, mevcut seçenekler arasından sahip oldukları filo çerçevesinde hem bugünü hem de yarını düşünerek seçimlerini değerlendirmek durumunda kalmaktadırlar. Her işletme gibi öncelikli hesaplamalar fayda maliyet analizi çerçevesinde değerlendirilmesi ön görülmektedir. Bununla birlikte yatırımların sahip oldukları olumlu ve olumsuz etkileri de değerlendirilen seçenekler arasında bulunmaktadır.  
Dünya ekonomisinin ve konjöktörünün dinamik bir yapıya sahip olması nedeniyle petrol fiyatlarında sürekli ve zaman zaman ani değişimler söz konusu olmaktadır. Yakıt fiyatlarının gemilerin en önemli gideri olarak değerlendirdiğimizde armatörler söz konusu giderleri minimum seviyede tutmak istemeleri doğal karşılanmaktadır. Düşük yakıt fiyat politikasına taraf olmak isteyen işletmeciler öncelikli olarak yakıt seçenekleri içerisinde en düşük fiyata sahip olan deniz tipi ağır yakıtların (Heavy Fuel Oil) kullanımına devam etmek istemekte ve bu nedenle gemilerine egzoz gazı temizleme ünitesi kurma seçeneğini çözüm olarak düşünmektedirler. Her ne kadar sektör, bir süre egzoz gazı temizleme seçenğini analiz etse de yeni yakıt türünün değerlendirilmesi fikri firmalar tarafından kabul edilmeye başlanmıştır. 
Mevcut sistemlerinin maliyetlerinin yanı sıra kendi içerisinde pozitif ve negatif etkileri mevcuttur. Yardımcı sistemlerin ilk kurulum ve işletmeye getirdiği ek maliyetler nedeniyle analizinin iyi bir şekilde yapılması gerekmektedir. Günümüzde popüler olarak görülmekte olan açık döngü scrubber sistemin tercih edilmesinin nedenlerinden bir tanesi hibrit scruber sisteme göre fiyatının olmasıdır. Ancak incelendiğinde bir çok liman çevre kirliliğini önlemek amaçlı açık döngü scrubber sisteminin limanlarında kullanılmasını engelleyen düzenlemeleri hayata geçirmiştir ve her geçen gün bu limanların sayısında artış görülmektedir. Hibrit seçeneklerininde maliyetinin fazla olması derin ve teknik araştırma yapılmasını zorunlu kılmaktadır.
Yeni yakıt türü olan düşük kükürt oranına sahip yakıların (VLSFO) değerlendirilmesi yapıldığında ise kullanımının yine birincil tüketiciler tarafından test edileceği ve bütün olumsuzluklar ile süreç içerisinde aktif kullanım sırasında birebir deneyimlenecek olması işletmeciler tarafından gemileri tedbirli davranmaya yöneltmektedir. Ancak klas kuruluşları tarafından gerçekleştirilen çalışlamalarda da görülmektedir ki yeni yakıtın yapısal özelliklerinin mevcut yakıtlarla kıyaslandığında farklılık gösterdiği ve bu farklılıkların sistemsel açıdan uyumluluk, akışkanlık, katalizör madde içeriği gibi konularda problemler meydana getireceğini ön görmektedir. 
Çalışma kapsamında deniz ticaretinin içerisinde bulunan bir ticaret filosunun maliyet ve diğer yönleride ele alacak şekilde incelenerek en uygun seçim yapılamaya çalışılacaktır. Sektör içerisindeki fikirlere de önem vererek uzakyol ikinci mühendisler, uzakyol baş mühendisler ve yöneticilerin görüşlerine başvurularak tüm denizcilik piyasasının hangi yöne eğilimde olduğu incelenerek yatırım planı yapılmaya çalışılmıştır. Bu kapsamda örnek olay incelemesi için 2005 yılında inşa edilen A gemisi seçilmiştir. Türk Denizciliğinin sahip olduğu gemilerin yaşlarına bakıldığında mevcut filo durumuna ışık tutması açısından bu taşıma kapasitesine ve yaşa sahip bir gemi seçilerek yenileme yapılması veya yardımcı sistemlerle donatılması durumu üzerine bir çalışma yapılmıştır.
Değerlendirilen süreç içerisinde geminin çalıştığı bölgeler incelenerek yatırım kapsamında scrubber sistemlerinin kurulum maliyetlerinin tersane masrafları ile birlikte 2.500.000-3.500.000 USD arasında olması beklenmektedir. Bu maliyetin yanısıra bu süreç içerisinde scrubber sisteminin neden olabileceği işletme ek yükleri ve ülkelerin iç denizlerinde özellikle açık döngü scrubber sisteminin kullanmayı yasaklaması gibi nedenlerden dolayı firmalar diğer seçeneklere yönelmeye başlamışlardır.
Yapılan çalışmalarda da çok net görülmektedir ki LNG kullanımı emisyon azaltma yöntemleri arasında en etkili yöntem olarak karşımıza çıkmakta ve gelecek açısından en avantajlı yakıt konumunda bulunmaktadır. LNG kullanımının gün geçtikçe yaygınlaşacağı da dikkate alındığında uyumlaştırma süreci içerisinde LNG yatırımlarına ağırlık vermek firmaları avantajlı konuma getirecektir. Sektör açısından firmaları ileriye taşıyacak olan bu yakıt türü, ilk kurulum maliyetlerinin çok yüksek olması, LNG ikmal noktalarının yaygınlığının az olması, yetkin personel eksikliği gibi nedenlerden dolayı gelişim sürecindeki bir sistem olarak görülmektedir. Maliyet problemlerinin çözülmesi ve denizcilik açısından dağıtım ağlarının geliştirilmesi ile birlikte firmalar bu yakıt türünü benimseyecek ve Türk denizciliğinde bir yeni bir geçiş dönemi yaşanacağı öngörülebilmektedir.
Tüm seçenekler değerlendirildiğinde IMO 2020 kükürt emisyonu düzenlemesi geçiş dönemi için sahip olunan filo verileri doğrultusunda ve sektöre yön veren firmaların süreci nasıl yönettiği de gözlemlenerek en doğru karar verilmeye çalışılmalıdır. Gerçekleştirilen çalışma sonucunda filo içerisinden seçilen gemi için gemi verileri dikkate alındığında MGO kullanmanın öncelikli seçenek olduğu ancak çalışma bölgesi değerlendirildiğinde VLSFO seçeneğinin ön plana çıktığı görülebilmektedir.

Abstract:
With the growth and development of world trade and international transportation, the importance of air pollution originating from the transportation sector is increasing day by day. Ships, which are in a critical position in international transportation, are growing to meet the increasing demand in the transportation sector, especially with the developing economy in recent years. This growth increases fuel consumption in maritime transport. Increasing this consumption and anticipating that it will increase in the coming years turned the attention to emissions from ships. The importance of exhaust gases from ships, which contribute significantly to global climate change and the greenhouse gas emissions that have the effect of heat retention in the atmosphere, is frequently raised in the reports published by official institutions.
The main exhaust gas compounds originating from ships are stated as CO2, NOX, SOX, PM. It seems that the primary aim of the measures taken and the planned arrangements is to reduce the release of these compounds. Adopting the zero emission principle in the coming years is a priority for world shipping.
Exhaust gases released into the atmosphere have negative effects on the environment and human health. It causes climate change, acid rain, ground level ozone layer formation, air pollution and negatively affects human health by causing premature deaths, respiratory diseases, and diseases such as heart diseases.
In addition to the Emission Control Areas, with the IMO 2020 Sulfur Emission regulations, the upper limit in the sulfur content of the ship type fuels to be used in all the seas of the world has been regulated as 0.5% m/m. In order to comply with this regulation, fuels with low sulfur content, which is the new fuel type, started to be integrated into the sector. In addition to this option, alternative emission reduction options (Scrubber, SCR, EGR etc.) accepted by IMO are also evaluated by companies active in maritime trade. Additionally, with the development of technology, alternative fuel and propulsion systems attract investors in the maritime industry and contribute positively to both nature and human health.
With the implementation of 2020 regulations, investors have to evaluate their choices by considering both today and tomorrow within the framework of their fleet. Priority calculations like every business are foreseen to be evaluated within the framework of cost-benefit analysis. In addition, the positive and negative effects of investments are among the options evaluated.
Due to the dynamic nature of the world economy and its conjunctor, there are constant and occasional sudden changes in oil prices. When we consider fuel prices as the most important expense of ships, it is natural that ship owners want to keep these expenses to a minimum. The operators who want to be a party to the low fuel price policy are primarily the first option to be asked to continue using heavy fuel oil which has the lowest price in the fuel options, and therefore see the option to install an exhaust gas cleaning unit for their ships. Although the sector has analyzed the exhaust gas cleaning option for a while, the idea of evaluating the new fuel type has started to be accepted by the companies.
Existing systems have positive and negative effects in addition to the costs. Auxiliary systems must be analyzed well due to the additional costs incurred by the initial installation and operation. One of the reasons why the open loop scrubber system, which is seen to be popular today, is preferred, is the price difference compared to the hybrid scruber system. However, when examined, many ports in the world have implemented regulations that prevent the use of open loop scrubber system in the ports to prevent environmental pollution, and the number of these ports is increasing day by day. The high cost of hybrid options necessitates deep and technical research.
When evaluating the new fuel type, which has very low sulfur content (VLSFO), the usage will be tested by primary consumers and will be experienced during active use with all the negativities, and the ship's personnel and technical department are directed to act prudently. However, it is also seen in the studies carried out by the classification societies that the structural properties of the new fuel differ when compared to the existing fuels and these differences will cause problems such as systematic compatibility, viscosity, and catalyst content.
Within the scope of the study, it will be tried to make the most appropriate choice by examining the cost and other aspects of a sea trade fleet in the world trade. By paying attention to the ideas in the sector, the investment plan was tried to be made by examining the direction of the entire maritime market by seeking the opinions of the second engineers, chief engineers and managers. In this context, ship A which was built in 2005 has selected for case study.  In view of the age of the ships owned by Turkish Shipping, a study has been conducted on the condition of renovating or equipping them with auxiliary systems by selecting a ship with this carrying capacity and age in order to shed light on the current fleet situation.
Within the process under consideration, the regions where the ship operates are examined and the installation costs of the scrubber systems are expected to be between 2.500.000-3.500.000 USD together with the shipyard costs. In addition to this cost, firms have begun to turn to other options due to the reasons such as business overheads that may be caused by the scrubber system and the prohibition of using open loop scrubber system in the inland seas of the countries.
It is clearly seen in the studies conducted that the use of LNG emerges as the most effective method among emission reduction methods and is the most advantageous fuel for the future. Considering that the use of LNG will become widespread day by day, focusing on LNG investments in the harmonization process will bring the companies to an advantageous position. If preferred, this type of fuel, which will carry the companies forward in terms of the sector, is seen as a system in the development process due to the very high initial installation costs, low prevalence of LNG supply points, and lack of competent personnel. With the solution of cost problems and the development of distribution networks in terms of maritime, firms will adopt this type of fuel and it is predicted that a new transition period will be experienced in Turkish Maritime.
When all options are evaluated, it should be tried to make the most correct decision for IMO 2020 sulfur emission regulation in line with the fleet data available for the transition period and by observing how the companies leading the sector are managing the process. As a result of the work carried out, it can be observed that considering the ship data for the ship selected from the fleet, using MGO is the primary option, but when the work area is evaluated, it comes to the fore in the VLSFO option.