Spatial distribution of emissions from industrial and residential heating systems using geographical information systems for Turkey

Bu tez çalışmasının amacı, Türkiye'de enerji ve endüstriyel kaynaklı emisyonlar ile konut ısınma sistemlerinden kaynaklanan emisyonların mekansal dağılımını oluşturmaktır. İlk olarak elektrik üretim kapasitesi 10 MW'tan büyük, fosil yakıt kullanan termik santraller belirlenmiş, çalışmada Türkiye'nin en önemli endüstrileri olan; petrol rafinasyonu, organik kimya endüstrisi, inorganik kimya endüstrisi, mineral endüstrisi, metalürji endüstrisi, kağıt ve karton endüstrisi, şeker endüstrisi dikkate alınmıştır. Bu endüstrilere ek olarak alkollü içecek endüstrisinin de emisyon hesaplamaları çalışmaya dahil edilmiştir. Çalışmada emisyonları hesaplanan ana kirletici parametreleri SOx, NOx, CO, NH3, NMVOC, PM, CO2, TSP, PM10 ve PM2. 5 olmuştur. Emisyon hesaplamaları hem kontrolsüz hem kontrollü durumlar için yapılmış, ancak mekansal dağılımda sadece kontrollü durumlar göz önüne alınmıştır. Endüstriyel kaynaklı emisyonların Coğrafi Bilgi Sistemi'nde mekansal dağılımı için, 2011 yılında oluşturulan emisyon envanter çalışmasından yararlanılmıştır. Emisyon değerleri hesaplanan her endüstriyel sektör için üretici taraması yapılmıştır. Çalışmada bilgilerinden faydalanılan 382 endüstriyel tesis ve tesis bilgileri, açık kaynaklardan, internet sitelerinden, derneklerden ve sanayi birliklerinden elde edilmiştir. Belirlenen her tesisin adreslerine ve üretim kapasitelerine ulaşılmış, bilgilerine ulaşılamayan tesisler için işçi sayıları ile emisyon değerleri arasında yaklaşımda bulunulmuştur. Her endüstri için hesaplanan toplam emisyon değerleri, belirlenen üretim kapasiteleri ile doğru orantılı olarak dağıtılmıştır. Mekansal dağılım için en temel veri olan coğrafi koordinasyonların belirlenmesi için ise Google Earth programı kullanılmıştır. Endüstriyel tesisler için toplam CO2, SOX, NOX, CO, NMVOC, PM10, PM2. 5 ve NH3 emisyonları kontrolsüz durumlar için 2010 yılında sırasıyla; 55.124. 263 ton, 42.737 ton, 28.609 ton, 790. 861 ton, 220. 055 ton, 5.834. 130 ton, 3.300. 394 ton ve 8.920 ton olarak hesaplanmıştır. Ayrıca, bazı sektörler için mevcut olduğu bilinen klasik emisyon kontrol sistemlerinin ortalama verimleri kullanılarak kontrollü durum emisyonları hesaplanmıştır. Toplam kontrollü durum endüstriyel emisyonlar, SOX, CO, NOX, NMVOC, PM10, PM2. 5 ve NH3 kirleticileri için sırasıyla 24.720 ton, 28.565 ton, 13.234 ton, 36.042 ton, 44.019 ton, 7.926 ton ve 457 ton olarak hesaplanmıştır. Endüstri tesislerinde yakıt kullanımı sonucu açığa çıkan emisyonlar da emisyon envanterinde oldukça önem taşımaktadır. Bu nedenle, bu çalışmada endüstrilerin yakıt kullanımı da göz önüne alınmıştır. Toplam emisyonlarda, endüstrilerin proses emisyonlarında olduğu gibi 2011 yılında oluşturulan emisyon envanter çalışmasından faydalanılmıştır. CO2, SOX, CO, NOX, NMVOC ve PM10 kirleticileri için toplam emisyonlar sırasıyla 57,663, 913 ton, 156, 037 ton, 156, 844 ton, 69,242 ton, 15,120 ton ve 156, 844 ton olarak belirlenmiştir. 2010 yılında çalışmaya dahil edilen yerli linyit, taş kömürü, ithal linyit, doğal gaz, fuel oil ve biyogaz kullanılan termik santrallerin toplam kurulu gücü 32.147 MW olarak hesaplanmıştır. Bu kapasite Türkiye'deki kayıtlı termal güç üretim kapasitesi olan 32.278 MW değerinin yaklaşık %99'una karşılık gelmektedir. EÜAŞ bünyesinde olanlar için emisyonlar, kesin işletme verileri dikkate alınarak gerçekleştirilmiştir. Bunların kapasitesi ise 7.251 MW'tır. Geri kalanlar için temsil edici işletme planları tahmin edilmiş ve emisyon hesabında kullanılmıştır. Çalışmada hali hazırda faaliyette olan 110 adet termik santral belirlenmiştir. Bunlardan 16 tanesi yerli linyit, 1 tanesi taş kömürü, 5 tanesi ithal linyit, 75 tanesi doğal gaz, 10 tanesi fuel oil ve 3 tanesi de biyogaz kullanılan termik santrallerdir. Mekansal dağılım çalışmasında faydalanmak üzere, termik santrallerin coğrafi koordinatları ise Google Earth programı ile belirlenmiştir. Termik santraller için kullanılan yakıtın türüne göre yakıt tüketim miktarları hesaplanmıştır. Ancak sadece yerli linyitin kullanıldığı termik santraller için tesis işletme raporlarından 2010 yılında tüketilen yakıt miktarları elde edilmiş, hesaplamalara bu bilgiler ışığında devam edilmiştir. Diğer termik santrallerin toplam yakıt tüketim miktarı ise, yakıt türüne ve özelliğine göre yaklaşımda bulunarak elde edilen, yakıtın kalorifik değeri, kapasite kullanım oranı ve ısıl dönüşüm verimliliği ile hesaplanmıştır. İçerdiği kükürt miktarına bağlı olarak, özellikle yerli linyit kullanılan termik santraller için tesis bazından SOX emisyon faktörleri tek tek hesaplanmıştır. Yerli linyit kullanılan termik santraller için diğer emisyon faktörleri ise yakıtın ve yakma sisteminin karakteristik özelliklerine uygun olacak şekilde çeşitli kaynaklardan alınmıştır. Diğer termik santraller için emisyon faktörleri ise yine yakıt türlerine uygun olacak şekilde çeşitli kaynaklardan alınmıştır. Bu çalışma sırasında fosil yakıtların kullanıldığı termik santrallere ek olarak biyogaz kullanılan santraller için de emisyon envanteri oluşturulmuştur. Tüketilen toplam yakıt miktarları daha önceki termik santraller için uygulanan hesap yöntemi ile aynıdır ancak, emisyon hesaplamaları biyogaz içerisindeki metan miktarı ile belirlenmiştir. SOX emisyon faktörleri metan gazı içerisindeki hidrojen sülfür ve diğer sülfürlü bileşenlerin kükürt miktarına bağlı olarak hesaplanmıştır. Diğer kirleticiler için emisyon faktörleri çeşitli kaynaklardan alınarak hesaplamalar tamamlanmıştır. Hesaplamalar sonucunda enerji üretim tesisleri için kontrolsüz durum 2010 yılı için emisyonları CO2, SOX, NOX, CO, NMVOC, TSP, PM10 ve PM2. 5 kirleticileri için 2010 yılında sırasıyla; 123.587. 348 ton, 2.325. 499 ton, 325. 716 ton, 111. 018 ton, 2.452 ton, 5.333. 215 ton, 1.343. 733 ton ve 201. 795 ton, toplam kontrollü durum emisyonları ise SOX, TSP, PM10 ve PM2. 5 kirleticileri için sırasıyla 1.528. 192 ton, 106. 664 ton, 26.875 ton ve 10.89 ton olarak hesaplanmıştır. Konut ısınma kaynaklı emisyonların hesapları 81 il ve ilçeler için Türkiye'nin 2013 yılı nüfus ile hanehalkı büyüklüğü verileri TÜİK'ten alınmış, bu veriler kullanılarak il ve ilçelerdeki konut sayıları elde edilmiştir. Isınma sistemlerinin kullanım oranları Aile ve Sosyal İlişkiler Bakanlığı'nın yayınladığı Aile Yapısı Araştırması 2011 raporundan alınmış, çalışmada ilgilenilen her ısıtma sistemi için konut sayıları il ve ilçe bazında hesaplanmıştır. Emisyon hesaplamaları, ilk olarak Türkiye'deki her konutun ortalama 80 m2 olduğu varsayımı ile yapılmış ancak hesaplanan yakıt tüketim miktarlarının Çevre ve Şehircilik Bakanlığı tarafından rapor edilen miktarlardan daha düşük olduğu görülmüştür. Bu nedenle, daha gerçekçi sonuçlar elde edebilmek için emisyon hesaplamalarına konut büyüklüğü ile ilişkili olacak yaklaşımlarla devam edilmiştir. Yine Aile ve Sosyal İlişkiler Bakanlığı'nın yayınladığı Aile Yapısı Araştırması 2011 raporundan Türkiye'de konutlardaki oda sayısı oranları elde edilmiştir. İlk etapta her il için hesaplanan toplam konut sayısı, illerdeki konut büyüklüğü oranlarına göre yeniden hesaplanmıştır. Böylece her yakıt türü ve her konut büyüklüğü için konut sayısı elde edilmiştir. Konutların yıllık ısınma ihtiyacı, konut büyüklükleri ile ilişkili olacak şekilde hesaplanmıştır. Konutların yakıt tüketim miktarları ise yıllık ısınma ihtiyacı ve konut sayısı ile hesaplanmıştır. Emisyon faktörleri her yakıt türü için yakıtların karakteristik özelliklerine bağlı olarak ayrı ayrı belirlenmiş ve emisyon miktarları hesaplanmıştır. Türkiye'de toplam konut sayısı 19.053. 629 olarak hesaplanmıştır. Çalışma sonuçlarına göre toplam konut sayısının Türkiye'de konutların %40'ının doğal gaz, %33'ünün ithal linyit, %15'inin yerli linyit ve %12'sinin odun ile ısınma ihtiyacını karşıladığı belirlenmiştir. Tüketilen toplam yakıt miktarları doğal gaz, ithal linyit, yerli linyit ve odun için hesaplanmış ve sonuçlar sırasıyla; 4.718.312. 578 m3/y, 5.718. 951 t/y, 3.899. 285 t/y and 3.119. 285 t/y olarak elde edilmiştir. Bu değerler resmi kurumlardan kişisel temaslarla alınan tüketim verileri ile uyumludur. Hesaplamalar sonucunda konut ısınma sistemleri için CO2, SOX, NOX, CO, NMVOC, PM10, PM2. 5 ve NH3 emisyonları 2013 yılı için sırasıyla; 38.195. 817 ton, 232. 559 ton, 37.471 ton, 1.059. 298 ton, 136. 015 ton, 127. 182 ton, 124. 877 ton ve 3.803 ton olarak hesaplanmıştır. Emisyonların mekansal dağılımını incelemek için kullanılan program olarak Coğrafi Bilgi Sistemi uygulamalarından olan, ArcGIS, seçilmiştir. Her endüstriyel sektör ve enerji üretim tesislerinden kaynaklanan toplam kirletici emisyonlarının görülebildiği haritaları elde edebilmek ve konut ısınma kaynaklı kirletici emisyonlarının mekansal dağılımını inceleyebilmek için Google Earth programı ile kaydedilen coğrafi koordinatlar ArcGIS uygulamasında kullanılmış, kirleticilerin mekansal dağılımı elde edilmiştir. Çalışma sonunda, CO2, SOX, CO, NOx, NMVOC, PM10, PM2. 5 ve NH3 kirleticilerinin toplam kontrollü durum emisyonları enerji üretim, endüstriyel ve konut ısınma sistemleri için sırasıyla 216.907. 428 t/y, 1.785. 512 t/y, 1.198. 882 t/y, 376. 421 t/y, 174. 509 t/y, 198. 076 t/y, 142. 892 t/y ve 4.260 t/y olarak hesaplanmıştır. Kontrollü durumda toplam SOX emisyonunun kaynaklar arasındaki oransal dağılımı; termik santrallerde %79, konut ısınma sistemlerinde %12, endüstriyel tesislerde %1 ve endüstriyel yakıt kullanımında %8 şeklindedir. Bu değerler Türkiye'ye ait ulusal ve uluslararası birçok çalışma sonucu ile karşılaştırılmış ve ilginç benzerlikler ve farklılıklar tespit edilmiştir. Hesaplanan emisyon miktarları Türkiye'nin 7 coğrafi bölgesi arasında incelenmiş, kirliliğin en fazla olduğu bölgeler İç Anadolu, Akdeniz, Marmara ve Ege bölgeleri olarak belirlenmiştir. Sonuçlar incelendiğinde ise bu bölgelerde termik santrallerin, kentleşmenin ve sanayileşmenin yoğun olduğu görülmüştür. Ayrıca bu çalışmada Türkiye'deki kirliliğin en fazla olduğu 10 il her kirletici için ayrı ayrı belirlenmiş, Kahramanmaraş, Zonguldak, Ankara ve İzmir kirliliğin en yoğun olduğu iller olarak görülmüştür. Özellikle Afşin Elbistan termik santrali ülkede kirliliğe sebep olan en büyük etkenlerden biri olarak belirlenmiştir. Diğer illerde de termik santrallerin, endüstriyel tesislerin ve konut ısınma sistemlerinin kirliliği belirleme de oldukça önemli bir yere sahip olduğu görülmüştür.