Geri dönüştürülmüş agrega kullanımının çevresel etkilerinin yaşam döngüsü değerlendirme (YDD) yöntemi ile değerlendirmesi
Evaluation of the environmental impacts of the use of recycled aggregate by life cycle assessment (LCA) method
Yazar: ÖZGE BABALIK
Danışman: PROF. DR. FATMA GÜLEN İSKENDER ; DR. ÖĞR. ÜYESİ BİLGE BAŞ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Agrega = Aggregate ; Beton = Concrete ; Yaşam döngüsü = Life cycle ; Yeniden kazanma = Recycling

Özet:
Dünya çapında yaşanan hızlı kentleşme ve kentsel dönüşüm ile birlikte, inşaat ve yıkım atıklarının (İYA) oluşumu hızlı bir artış ile önemli miktarlara ulaşmıştır. Bu artış nedeniyle gelişmiş ve gelişmekte olan ülkeler, çevresel baskı altına girmiştir. İYA'da bulunan beton, tuğla, alçı, ahşap, cam, metaller, plastik, solventler, asbest ve hafriyat toprağı da dahil olmak üzere çoğu geri dönüştürülebilinir özellikte olup ham madde kullanım olarak yüksek kaynak değerine sahiptir. Özellikle, İYA'dan elde edilen agregalar yol, drenaj ve diğer inşaat çalışmalarında yeniden kullanılarak değerlendirilmektedir. 2008/98/EC Atık Çerçeve Direktifi, 2020 yılına kadar İYA'nın %70'inin geri dönüştürülmesini hedefleyerek İYA ve geri dönüştürülmüş malzemelerin doğru yönetimini amaçlamaktadır. Sürdürülebilir inşaat sektörü için doğal kaynakların kullanımı azaltmak amacıyla, geri dönüştürülmüş agreganın (GA)  inşaat projelerinde kullanılması gündeme gelmiştir.
Bu çalışmada doğal agrega (DA) ile üretilen normal beton (NB) ve GA içeren geri dönüştürülmüş agregalı betonun (GDAB) çevresel etkileri karşılaştırılmalı olarak değerlendirilmiştir. Bu amaçla, Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi (YDD) yöntemi kullanılmıştır. Çalışmanın çevresel etki değerlendirme modellemesi GaBi ve 4.3 yazılımı ile yazılımın "profesyonel database" veritabanı kullanılmış, etki değerlendirmesi CML 2001 yöntemiyle belirlenmiştir.
YDD dört aşamadan oluşmaktadır. Yöntemin ilk aşamasında çalışmanın amacı ve kapsamı belirlenmiştir. Bu çalışmanın amacı, bir inşaat molozundan elde edilen geri dönüştürülmüş agreganın beton üretiminde kullanılmasının potansiyel çevresel etkilerinin araştrılması ve ayrıca NB üretimi ile karşılaştırmalı olarak değerlendirilmesidir. Modellemede, %50 GA içeriğine sahip GDAB için inşaat yıkımı sonucu oluşan molozun geri dönüşüm tesisinden kırma işlemine ardındanda beton santralinde beton üretimini kapsarken, %100  DA'lı NB oluşturmak için bir taş ocağından başlanarak kırma tesisinde kırma işlemi sonrası beton santralindeki beton üretim aşamalarına kadar olan işlemleri içermektedir. Bu çalışmada iki betonun basınç dayanımları incelendiğinde, fonksiyonel birim, C40-C50 aralığında 1 m³ NB ve C40-C50 aralığında 1 m3 GDAB olarak seçilmiştir. 
İkinci aşama olan envanter analizinde çalışma sistemindeki enerji, su hammadde kullanımı gibi girdi ve çıktılar hesaplanmaktadır. Envanter analizinde belirlenen girdi ve çıktılar, etki analizi aşamasında çevresel değerler üzerindeki etkileri değerlendirilmektedir.
Üçüncü aşamada, bu çalışmanın çevresel etki değerlendirme için etki kategorileri seçilmektedir. Seçilen etki kategorileri; Abiyotik element tüketim potansiyeli (AETP), abiyotik fosil tüketim potansiyeli (ATPf), asidifikasyon potansiyeli (AP), fotokimyasal ozon oluşum potansiyeli (FOOP), ozon tabakası tükenme potansiyeli (OTTP), küresel ısınma potansiyeli (KIP), ötrofikasyon potansiyeli (ÖP), tatlı su canlılarına ekotoksitite potansiyeli (TCETP) ve karasal ekotoksisite potansiyeli (KETP)'dir.
YDD'nin son aşaması olan yorumlama aşamasında iki farklı beton türünün çevresel etkileri yorumlanmış ve benzer YDD çalışmalar ile kıyaslanmaktadır.  Elde edilen sonuçlar 1m3 GDAB üretiminin AETP'i 0,000415 kg Sb eşd., ATPf'i 1440 MJ, AP'i 0,516 kg SO₂  eşd., ÖP'i 0,29 kg PO₄ eşd., TCETP'i 0,472 kg DCB eşd., KIP'i 292 kg CO₂  eşd., OTTP'i 0,0000000217 kg CFC₁₁ eşd., FOOP'i 0,0526 kg C₂H₄  eşd., KETP'i ise 0,643 kg DCB eşd. olduğu görülmektedir. 1m3 NB üretiminin AETP'i 0,000427 kg Sb eşd., ATPf'i 520 MJ, AP'i 0,584 kg SO₂  eşd., ÖP'i 0,289 kg PO₄ eşd., TCETP'i 0,505 kg DCB eşd., KIP'i 300 kg CO₂  eşd., OTTP'i 0,0000000263 kg CFC₁₁ eşd., FOOP'i 0,0569 kg C₂H₄  eşd., KETP'i ise 0,703 kg DCB eşd. olduğu görülmektedir.
GDAB üretiminin, ÖP etki kategorisi dışında NB üretimine göre çevresel etkisi daha az olduğu tespit edilmiştir. GDAB üretiminin ÖP etki kategorisi değeri, NB üretiminin ÖP etki kategorisi değerinden büyük olmasının sebebi GDAB üretiminde kullanılan süper akışkanlaştırıcı miktarının daha fazla olmasıdır. 
Bu çalışmada YDD değerlendirmesine ek olarak, maliyet analizi yapılmaktadır. 1 m³  NB ve GDAB üretiminin maliyet miktarı sırasıyla, 462,74 TL ve 474,427 TL'dir. 1 m³ GDAB üretimi  11,68 TL fark ile daha maliyetli olduğu tespit edilmektedir. Bunun nedeni GDAB üretiminde kullanılan doğal agreganın (agrega no:2) üretim ve taşıma maliyetidir.

Abstract:
With the rapid urbanization and urban transformation experienced worldwide, construction and demolition waste (CDW) generation has reached significant amounts with a rapid increase. Due to this increase, developed and developing countries have come under environmental pressure. Concrete, brick, plaster, wood, glass, metals, plastic, solvents, asbestos and excavated soil found in the CDW, most of these are recyclable. These components have high resource value as raw material. In particular, aggregates obtained from the CDW should be reused in road, drainage and other construction works.
For this reason, the 2008/98/EC Waste Framework Directive aims to recycle 70% of the CDW by 2020, aiming at the correct management of CDW and recycled materials. Recycled aggregate (RA) constructions should be considered by reducing the use of natural resources for a sustainable construction sector.
In this study, the environmental effects of normal concrete (NAC) produced with natural aggregate (NA) and recycled aggregate concrete (RAC) containing RA were compared. To investigate the environmental impacts of such concrete structures, life cycle assessment (LCA) has been used. Environmental impact assessment modeling of the study, GaBi v4.3 software, and the "professional database" of the software were used. Impact assessment was determined by the CML 2001 method.
LCA consists of four stages. In the first stage of the method, the aim and scope of the study were determined. The aim of this study is to investigate the potential environmental effects of using recycled aggregate obtained from a construction rubble in concrete production and also to evaluate it in comparison with NB production.In the study, system boudary of RAC with 50 % RA, includes the crushing process of the rubble formed as a result of construction demolition in the recycling facility, and the processes until RA turns into concrete in the concrete plant.In the study, system boudary of NAC with 100% NA, is started from a quarry than the crushing process in the crushing plant finally production in the concrete plant were added. In this study, when the compressive strengths of the two concretes were examined, the functional unit was chosen as 1 m³ NAC in the C40-C50 range and 1 m³ RAC in the C40-C50 range.
In the inventory analysis, which is the second stage, inputs and outputs such as energy, water and raw material usage in the study were calculated. Input-outputs determined in the inventory analysis were evaluated during the impact analysis phase, and their effects on environmental values.
In the third step, impact categories are selected for the environmental impact assessment of this study. Selected impact categories are abiotic element depletion potential (ADP elements), abiotic fossil depletion potential (ADP fossil), acidification potential (AP), photochemical ozone creation potential (POCP), ozone layer depletion potential (ODP), global warming potential (GWP), eutrophication potential (EP), freshwater aquatic ecotoxicity potential (FAETP) and terrestric ecotoxicity potential (TETP).
Finally, the environmental effects of two different types of concrete were interpreted during the interpretation phase and compared with similar LCA studies. 
In this study for 1 m³ RAC; ADP elements is 0,000415 kg Sb eq., ADP fossil is 1440 MJ, AP is 0,516 kg SO₂  eq., EP is 0,29 kg PO₄ eq., FAETP is 0,472 kg DCB eq., GWP is 292 kg CO₂  eq., ODP is 0,0000000217 kg CFC₁₁ eq., POCP is 0,0526 kg C₂H₄  eq., TETP is 0,643 kg DCB eq. 
In this study for 1 m³ NAC;  ADP elements is 0,000427 kg Sb eq., ADP fossil is 520 MJ, AP is 0,584 kg SO₂  eq., EP is 0,289 kg PO₄ eq., FAETP is 0,505 kg DCB eq., GWP is 300 kg CO₂  eq., ODP is 0,0000000263 kg CFC₁₁ eq., POCP is 0,0569 kg C₂H₄  eq., TETP is 0,703 kg DCB eq. 
It has been determined that the biggest impact in the environmental impact categories for RAC is caused by cement. As a result of the life cycle assessment of RAC it was determined that cement contributed 98% in ADP element, 62% in ADP fossil, 74% in AP, 19% in EP, 70% in FAETP, 86% GWP, 4% in ODP, 80% in POCP, 85% in TETP. It was determined that transportation contributed below 1% in ADP element and TETP, 10% in ADP fossil, 9% in AP, 4% in EP, 3% in FAETP and GWP, 93% in ODP, 8% in POCP. It was determined that superplasticizer contributed below 1% in ADP element and FAETP, 1% in AP, and GWP, 2% in ODP, 4% in ADP fossil, 75% in EP. It was determined that aggregate no:2  contributed below 1% in ADP element, EP and ODP, 5% in ADP fossil, 3% in AP and FAETP, 2% in GWP, 1% in POCP and TETP. It was determined that sand  contributed below 1% in ADP element, EP, FAETP, GWP and ODP, 1% in ADP fossil, AP and POCP, 2% in TETP. It was determined that crushed sand contributed below 1% in ADP element and ODP, 15% in ADP fossil, 8% in AP, 2% in EP, 20% in FAETP, 6% in GWP, 8% in POCP, 10% in KETP. It was determined that water contributed below 1% in every environmenal impact categories.It was determined that electricity contributed below 1% in in ADP element, EP, FAETP, GWP, ODP, POCP and TETP, 1% in ADP fossil, 3% in AP.It was determined that diesel contributed below 1% in in ADP element, AP, EP, GWP, ODP, POCP and TETP, 2% in ADP fossil, 3% in FAETP.
It has been determined that the biggest impact in the environmental impact categories for NAC is caused by cement. As a result of the life cycle assessment of NAC it was determined that cement contributed 96% in ADP element, 58% in ADP fossil, 66% in AP, 19% in EP, 65% in FAETP, 84% GWP, below 1% in ODP, 74% in POCP, 78% in TETP. It was determined that transportation contributed below 1% in ADP element and TETP, 9% in ADP fossil, 8% in AP, 4% in EP, 2% in FAETP, 3% in GWP, 8% in ODP, 7% in POCP. It was determined that superplasticizer contributed below 1% in ADP element, AP, FAETP, and ODP, 1% in, GWP, 4% in ADP fossil, 70% in EP.
It was determined that aggregate contributed below 1% in ADP element and ODP, 6% in ADP fossil, 7% in AP, 4% in EP, 9% in FAETP, 3% in GWP, 7% in POCP, 9% in TETP. It was determined that sand contributed below 1% in ADP element, ADP fossil, EP, FAETP, GWP and ODP, 1% in, AP and POCP, 2% in TETP. It was determined that crushed sand contributed below 1% in ADP element and ODP, 14% in ADP fossil, 7% in AP, 2% in EP, 19% in FAETP, 5% in GWP, 7% in POCP, 9% in KETP. It was determined that water contributed below 1% in every environmenal impact categories.It was determined that electricity contributed below 1% in ADP element, EP, FAETP, ODP and TETP, 2% in GWP and POCP, 4% in ADP fossil, 8% in AP. It was determined that diesel contributed below 1% in ADP element, AP, EP, GWP, ODP, POCP and TETP, 2% in ADP fossil, 3% in FAETP. It was determined that diesel contributed below 1% in FAETP, GWP, POCP and TETP, 2% in ADP element, ADP fossil and AP, 1% in EP, 92% in ODP.
In the results obtained, the environmental impact of RAC was determined less than NAC, except for the EP category. When EP is compared, it is seen that RAC has the highest EP  with 1% difference. The biggest impact in the EP for RAC and NAC is caused by superplasticizer.
In this process, in addition to the LCA evaluation, cost analysis is performed. The costs of 1 m³ NAC and 1 m³ RAC are 462.74 TL and 474,427 TL, respectively. It is determined that 1 m³ RAC is bigger with a difference of 11.68 TL. The reason for this is the production and transportation cost of the natural aggregate (aggregate no:2) using in RAC.