Elektrikli araç bataryalarının döngüsel ekonomi kapsamında incelenmesi
Examination of lithium ion battery recycling process within the scope of circular economy
Yazar: RABİA DİŞÇİOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. ŞEYDA SERDAR ASAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mühendislik Yönetimi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering
Dizin: Döngüsel ekonomi = Circular economy ; Lityum iyon pil = Lithium ion battery ; Yeniden kazanma = Recycling

Özet:
Dünya'da son yıllarda nüfusun ve dolaylı olarak tüketimin artmasıyla birlikte küresel iklim krizi konusu da insan sağlığını tehdit eder boyutlara ulaşmıştır. Son yıllarda küresel iklim krizinin bu denli artmasının nedenlerinden birisi de ulaşım sektörünün yarattığı karbon emisyon değerlerinin insan sağlığına olan etkileridir. Ulaşımda kullanılan fosil yakıtlar ile ilgili birçok ülke devreye aldıkları regülasyonlar ile strateji haritaları oluşturmuş ve bu doğrultuda önlemlerini almaya başlamışlardır. Birçok ülke tarafından kabul gören ve ülkemizde Kasım 2021 tarihinde imzalanan Paris Anlaşması'na göre 2030 yılındaki karbon emisyonunu yarıya indirme hedefi kapsamında Avrupa Birliği, sanayiden ekonomiye, enerji sektöründen ulaşım sektörüne kadar çeşitli alanlardaki izlediği politikalarını iklim değişikliği ekseninde yeniden şekillendirmeye başlamıştır. 
Ulaşım sektöründe alternatif yakıtlı araç pazarında elektrikli araçlar oldukça ilgi görmektedir. Daha az sera gazı salınımı ile temiz enerji sunması, yüksek performans özellikleri, sessiz oluşu ve yakıt fiyatlarındaki dalgalanmalardan etkilenmemesi gibi özellikleri ile elektrikli araçların pazar payı ileriki yıllarda daha da hızlı şekilde artacaktır. Otomotiv sektöründeki bu dönüşüm Paris Anlaşması, Yeşil Mutabakat ve iklim krizi konuları ile şekillenmektedir. Bu dönüşümün bir parçası da elektrikli araç bataryalarını kapsamaktadır. 
Elektrikli araçlarda 8-10 yıl arasında kullanım ömrünü tamamlayan elektrikli araç bataryalarının bu aşamadan sonraki döngüsü bu çalışmada ele alınmaktadır. Yapılan tez çalışmasında ömrünü tamamlamış elektrikli araç bataryalarının döngüsel ekonomi konsepti ile ele alınarak ikincil kullanım, yeniden kullanım, geri dönüşüm ve yeniden üretimde kullanılma stratejileri ile döngü içinde maksimum fayda sağlamak amaçlanmıştır. Ele alınan döngüsel ekonomi stratejileri ile batarya üretiminde kullanılan ve kritik olarak adlandırılan lityum ve kobalt minerallerinin de satınalma ve geri dönüştürülme miktarlarına karar verilmektedir. Aynı zamanda Yeşil Mutabakat Eylem Planı ile yol haritası oluşturulmuş elektrikli araç bataryalarının kullanım ömrünü tamamladıktan sonra uyması gereken regülasyonlara da bu çalışmada değinilmektedir. Çalışmada ele alınan uygulama kapalı çevrim tedarik zinciri maliyet minimizasyonu ve bu döngüseki karbon emisyon değerinin minimizasyonu olarak modellenmiştir. Çok amaçlı optimizasyon modeli epsilon kısıt yöntemi ile GAMS yazılımı ile çözülmüştür. 
Türkiye'de hali hazırda kullanılmış elektrikli araç bataryaları için kullanıcılara uçtan uca bir hizmet sunulmamaktadır. Çalışmada lokasyon seçme metodolojisi ile 2030 yılındaki durum simüle edilerek alternatif geri dönüşüm tesisi, imha tesisi ve servis ve toplama merkezi lokasyonlarından optimum olan seçilmektedir. Ele alınan senaryolar ile üretim kapasitelerinin ve elektrikli araç bataryalarına olan talebin yüzdesel dağılımı ile amaç fonksiyonu değerlerinin ve aday lokasyonlarının değişimleri incelenmektedir. 
Özellikle 2030 yılından sonra devreye girecek kullanılmış bataryaların izlenebilirliği ve geri dönüştürebilme oranları regülasyonları ile ilgili ülkemizde bu tür yol haritalarının belirlenmesi gerekmektedir. Bu tez çalışmasının ileriki aşamaları, toplanan bataryaların kalite durumu istatistiksel olarak dağılımlar ile incelenerek ve aynı zamanda çalışmaya zaman periyotunun da dahil edilmesiyle literatüre katkı yapıcı nitelikte olacaktır.

Abstract:
With the increase in population, urbanization and indirectly consumption in the world in recent years, the issue of global climate crisis has reached dimensions that threaten human health. One of the reasons why the global climate crisis has increased so much in recent years is the effects of carbon emission values created by the transportation sector on human health. More than half of the carbon emissions produced globally come from transportation. Many countries related to fossil fuels used in transportation have created strategy maps with the regulations they have put into use and have started to take measures in this direction. According to the Paris Agreement, which has been accepted by many countries and signed in November 2021 in our country, within the scope of halving carbon emissions in 2030 and zero emission by 2050, the European Union has started to reshape its policies in various fields, from industry to economy, from the energy sector to the transportation sector, on the axis of climate change. . In addition to countries, companies in both the automotive sector and the energy sector have started to invest in regulations.
In the transportation sector, electric vehicles attract a lot of attention compared to other alternative fuel vehicles in the alternative fuel vehicle market. The market share of electric vehicles will increase even more rapidly in the coming years, with features such as providing clean energy with less greenhouse gas emissions, high performance features, being quiet, having high efficiency and being unaffected by fluctuations in fuel prices. The general prediction of the studies is that more than half of the vehicles sold in 2030 will be electric vehicles and the number of electric vehicle models will increase every year. This transformation in the automotive sector is shaped by the Paris Agreement, the Green Agreement and the climate crisis. Part of this transformation includes electric vehicle batteries.
The performance of electric vehicle batteries decreases to 80% in 8-10 years. Electric vehicle batteries, which have completed their service life of 8-10 years in electric vehicles, cannot be used in a vehicle that requires performance again. The secondary life cycle of batteries after this stage is discussed in this study. In the thesis study, it is aimed to provide maximum benefit in the cycle with the strategies of secondary use, reuse, recycling and remanufacturing by considering the end-of-life electric vehicle batteries with the concept of circular economy. With the circular economy strategies discussed, the purchasing and recycling strategies and amounts of lithium and cobalt minerals, which are used in battery production and are called critical according to battery type, are decided. At the same time, the content document that electric vehicle batteries, whose roadmap was created with the Green Reconciliation Action Plan, should have especially for 2030 and beyond, is taken as a basis in the study. According to this document, mandatory recycling rates are determined according to battery types. One of the subjects of the thesis is the consideration of both the regulations that have been put into use and the critical minerals whose constraints have reserves in terms of sustainability. As it is known, although electric vehicles are introduced as zero emissions, they require 6 times more minerals than internal combustion vehicles during battery and vehicle production.
The application discussed in the study is modeled as closed loop supply chain cost minimization and minimization of carbon emission value in this loop. The multi-objective optimization model was taken with the epsilon constraint method and the AUGMECON2 model. The model was solved with GAMS software.
An end-to-end service is not provided to users for currently used electric vehicle batteries in Turkey. In the study, with the location selection methodology, the situation in Turkey in 2030 is simulated and the optimum one is selected from the alternative recycling facility, disposal facility and service and collection center locations. With the different scenarios discussed, the percentage distribution of production capacities and demand for electric vehicle batteries, changes in objective function values and candidate locations are examined. In addition, the recycling or purchasing strategies of critical minerals are decided.
It is necessary to determine such road maps in our country regarding the traceability and recycling rate regulations of used batteries that will be activated after 2030. The quality status statistics of the batteries collected for the next stage of this thesis will contribute to the literature by including social issues for time period and location selection.