Tarım ve hayvancılık kaynaklı metan emisyonlarının TROPOMI metan ölçümleri ile incelenmesi

Günümüzde dikkat çeken çevresel problemlerden biri olan iklim değişikliği toplum sağlığını ve cansız dünyayı tehdit etmektedir. Özellikle iklim değişikliğine neden olan sera gazlarının atmosferdeki artışları, küresel anlamda insanların harekete geçmesini gerektiren güncel bir konudur. Sanayileşme ve artan fosil yakıt tüketimi ile, gün geçtikçe artan nüfus ve ihtiyaçlardaki artış nedeniyle havaya salınan gazların atmosferdeki konsantrasyonları da artmıştır. Atmosfere verilen bu gazlar zamanla atmosferde birikerek yerden yansıyan ışınların bir kısmını tutup atmosferin ve yerin ısınmasına neden olmaktadır. Bu olay küresel ısınma olarak adlandırmakta ve iklim değişikliğine neden olmaktadır. Kutuplardaki buzulların erimesi, kutup ekosisteminin değişmesi, bazı canlı türlerinin yok olması küresel ısınma sonucunda meydana gelen sorunlardır. Atmosferde ısının tutulmasına ve küresel ısınmaya neden olan bu gazlar sera gazları olarak adlandırılmaktadır. Sera gazları doğal veya antropojenik olarak atmosfere salınmaktadır. Antropojenik faaliyetler sonucunda atmosferde doğal olarak bulunan bu gazların miktarı artarak sera etkisinde artışa ve dolayısıyla küresel ısınmaya katkı sağlamaktadır. Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi Kyoto Protokolü EK A listesine göre önemli sera gazları karbondioksit (CO2), metan (CH4), nitröz oksit (N2O), hidroflorür karbonlar, perflorokarbonlar, sülfürhekza florid (SF6) olup, sera gazı salımı yapan sektörler ise enerji, endüstri, tarım ve atık şeklinde sıralanabilir. Bu tez çalışmasında öncelikle Türkiye için bir yıllık tarım kaynaklı metan emisyonları teorik olarak hesaplanmıştır. Belirlenen kaynakların metan emisyonu yaptığı dönemler literatür çalışması ile bulunmuştur. Çeltik tarımı için metan emisyonlarının en yüksek olduğu aylar Haziran, Temmuz ve Ağustos ayları iken, hayvancılık için bu dönem Mayıs ayından Ekim ayına kadar sürmektedir. Meralarda yayılan hayvanların bıraktığı hayvansal gübre kaynaklı metan emisyonu ise Haziran ayından Ekim ayına kadar devam etmektedir. Pirinç tarlaları, hayvancılık ve hayvansal atıklardan kaynaklı metan emisyonları IPCC Tier 1 yöntemi ile hesaplanmıştır. Hayvancılık, hayvansal organik atıklar ve çeltik tarlalarının verileri Türkiye İstatistik Kurumu ve Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü Biyokütle Enerji Potansiyeli Atlası'dan temin edilmiştir. Hesaplamalarda kullanılan emisyon faktörleri IPCC'nin Doğu Avrupa için belirlediği değerlerden alınmıştır. Aktivite değerleri ile IPCC (2019)'dan temin edilen emisyon faktörleri kullanılarak yıllık ortalama emisyon hesapları il ve ilçe bazında yapılmıştır. Çeltik tarlaları için emisyon faktörü olarak 1,56 (kg CH _4) değeri kullanılmıştır. TÜİK'ten alınan 2018 yılı Edirne, Samsun, Balıkesir, Çanakkale, Çorum, Mersin, Diyarbakır, Kastamonu, Kırıkkale, Şanlıurfa, İstanbul, Düzce, Amasya, Ankara, Tokat, Hakkari, Karabük, Osmaniye, Bingöl, Bolu, Kahramanmaraş ve Adıyaman illerine ait çeltik tarlalarının alan verileri kullanılarak yapılan hesaplamalar sonucunda bu illere ait çeltik tarımından kaynaklanan yıllık ortalama metan emisyonları bulunmuştur. IPCC'den alınan süt ve süt üretiminde kullanılan büyükbaş hayvanların enterik fermantasyonu için belirlenen emisyon faktörü 93 (kg CH_4) olarak belirlenmiştir. Süt ve süt üretimi dışında yetiştirilen büyükbaş hayvanların metan emisyon faktörleri ise IPCC tarafından 58 (kgCH_4) olarak belirtilmiştir. IPCC tarafında küçükbaş hayvanlar için emisyon faktörü 5 (kg CH _4) olarak belirtilmiştir. Hayvansal atık için metan emisyonları hesaplanırken IPCC'den alınan yıllık gübre üretim değerleri kullanılmıştır. IPCC tarafından gübre üretim değerleri Türkiye genelinde ortalama hayvan ağırlıkları ile birlikte kullanılarak her hayvan türünün ürettiği gübre miktarları hesaplanmıştır. Her hayvana özgü atık türüne göre her bir atığın katı madde içeriği bulunmuştur. Bulunan katı madde miktarının organik madde içeriği IPCC'den alınan yüzde ile hesaplanmıştır. Hayvansal gübrelerin organik katı madde miktarlarından, metanojenlerin gübreden üretecekleri biyogaz miktarı hesaplanmıştır. Literatür araştırmaları sonucunda 1 m3 biyogazın 0.65 m3 metan gazına eşit olduğu görülmüştür. Metan gazının yoğunluğu 0,656 kg m 3 olduğu göz önünde bulundurularak hesaplamalar yapılmıştır. Hesaplanan toplam ve her kaynak için yıllık metan emisyonları ArcGIS programında il ve ilçeler ile bağlanarak Türkiye haritası üzerinde il ve ilçeler bazında ayrı ayrı gösterilmiştir. Hesaplamalar sonucunda Türkiye genelinde en yüksek emisyonlara sahip ilk on il ve ilçe belirlenmiştir. (117 Gg CH_4) yıl ile en yüksek metan emisyonunu yapan Konya başta olmak üzere İzmir, Manisa, Erzurum, Mersin, Afyon, Samsun, Balıkesir, Amasya ve Sakarya olarak sıralanmaktadır. Yılda en yüksek metan emisyonunu yapan ilçeler ise Konya-Ereğli, İzmir-Ödemiş, Aksaray-Merkez, Edirne-Uzunköprü, Samsun-Bafra, İzmir-Tire, Şanlıurfa-Siverek, Kırşehir-Merkez, Çanakkale-Biga olarak sıralanmaktadır. Bu tez kapsamında ikinci olarak Türkiye genelinde ilk kez metan gazının Copernicus Sentinel-5P uydusunun TROPOMI enstrümanından alınan veriler ile Türkiye'nin aylık ortalama atmosferik metan konsantrasyonu profili çıkarılmıştır. Çalışma süresince mevcut olan tüm uydu verilerinin kullanılabilmesi için 2018 yılı Aralık ayından itibaren 2019 yılı Kasım ayına kadar bir yıllık uydu verileri incelenmiş, Türkiye üzerinden geçen veriler seçilerek işlenmiştir. Veri kalitesi uygun işlenen veriler ArcGIS programı kullanılarak görselleştirilmiş ve alansal olarak il ve ilçeler ile eşleştirilmiştir. Bu veriler kullanılarak il ve ilçe bazında aylık ve yıllık ortalama, minimum, maksimum atmosferik metan konsantrasyonları hesaplanmıştır. Aylık ve yıllık dağılımlar harita üzerinde gösterilmiştir. Atmosferik metan konsantrasyonuna tarım kaynakların etkisini daha iyi anlamak için, her kaynağın yüksek metan emisyonu yaptığı dönemlerdeki atmosferik metan konsantrasyonu incelenmiştir. Bu sebeple aylık ve yıllık ortalamaların yanı sıra önemli tarım ve hayvancılık kaynakları için yüksek metan salımı olan zaman aralıkları seçilerek ortalama metan konsantrasyonları hesaplanmıştır: çeltik tarımı, enterik fermantasyon, hayvansal gübre. Son olarak da TROPOMI metan verilerinin yüksek alansal çözünürlüğü göz önüne alınarak yüksek metan emisyonuna sahip bölgelerin belirlenebilmesi için, 8x8 km2 alansal çözünürlük kullanılarak yüksek emisyon beklenen yukarıda açıklanan dönemsel ve yılık ortalama atmosferik metan konsantrasyonu hesaplanmış ve Türkiye üzerindeki dağılımı incelenmiştir. Emisyon hesaplamaları ile örtüşen yüksek konsantrasyon gösteren bölgeler tespit edilmiştir. Yapılan yıllık emisyon hesapları, hesaplanan yıllık ortalama metan konsantrasyonları ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak Türkiye'nin batı ve güney kesimlerinde tarımsal metan emisyonlarıyla uyum görülürken, ülkenin Kuzey Doğu kısmında bulunan illerde atmosferik metan konsantrasyonunda beklenenden düşük metan konsantrasyonu algılanmıştır. Kaynakların dönemsel ortalama atmosferik metan konsantrasyonları ve metan emisyonları incelendiğinde korelasyonlar olduğu görülmüştür. Atmosferik metan konsantrasyonu beklenenden yüksek çıkan iller için metan emisyonu yapan başka kaynakların var olduğu düşünülebilir. Bu bölgelerde bulunan düzensiz depolama sahaları, jeotermal kaynaklar incelenmiştir. Atmosferik metan konsantrasyonunun, tarım kaynaklı metan emisyonları sıralamalarına kıyasla daha düşük seyrettiği olan bölgelerde mevsimsel ve yıllık ortalama sıcaklıklar incelenmiştir. Literatür araştırması sonucunda atmosferik metan konsantrasyonlarına emisyonların yanı sıra hava sıcaklığı, yüzey sıcaklığı, arazi kullanımı, nem gibi parametrelerin ve ozon kirliliğinin etkisi olduğu görülmüştür. Bu sebepten bazı farklılıkların daha iyi anlaşılabilmesi için atmosferik metan oluşumuna etki eden diğer parametrelerin ve metan gazının atmosferde geçirdiği reaksiyonların göz önünde bulundurulduğu bir modelleme çalışması gerekli olup, metan emisyonları ve atmosferik metan konsantrasyonu arasındaki ilişkiyi tam olarak açıklayabilecektir. Çeltik tarımı için 8x8 km2 alansal çözünürlükte dönemsel olarak ortalama atmosferik metan konsantrasyonu incelendiğinde Çanakkale, Burdur, Bursa, Yalova, Mersin, Bolu, Sivas, Erzincan, Muğla illerinde atmosferik metan konsantrasyonunun 1920 ppb'den yüksek olduğu bölgeler tespit edilmiştir. Enterik fermantasyon için hesaplanan dönemsel ortalama atmosferik metan konsantrasyonunun en yüksek ölçüldüğü bölgeler ise Karaman, Burdur, Denizli, Erzincan, Mersin, Balıkesir, Çanakkale, Bursa, Antalya illerinde yer almaktadır. Bu bölgelerde atmosferik metan konsantrasyonu 1900- 1930 ppb arasında ölçülmüştür. Gübre kaynaklı metan emisyonları için dönemsel ortalama atmosferik metan konsantrasyonunun yüksek olduğu bölgeler ise Mersin, Burdur, Denizli, Çanakkale, Bursa, Erzincan illerinde yer almaktadır. Sonuç olarak, metan emisyonları yüksek olan bu bölgelerde metan konsantrasyonu da genellikle yüksek ölçülmüştür. Özellikle, yıllık ortalama atmosferik metan konsantrasyonu dağılımı 8x8 km2 alansal çözünürlükte incelendiğinde Çanakkale, Balıkesir ve Mersin gibi çoğu ilde, yıllık ortalama atmosferik metan konsantrasyonunun yüksek olduğu bölgeler, tarım kaynaklı metan emisyonları yüksek olan ilçeler ile örtüşmektedir. Ardahan, Van, Ağrı, Kars ve Erzurum illerinde tarım kaynaklı metan emisyonları yüksek olmasına rağmen atmosferik metan konsantrasyonları yıl boyunca düşük ölçülmüştür. Bayburt, Bingöl, Gümüşhane, Ordu, Trabzon, Hakkari, Rize, Artvin, Bitlis ve Giresun için tarım kaynaklı metan emisyonu hesaplamalarının ve atmosferik metan konsantrasyonun benzer şekilde olduğu görülmüştür. Tarım kaynaklı metan emisyonları düşük olan Yalova, Gaziantep, Kilis, Adıyaman, Mardin, Şanlıurfa, Şırnak, Adana ve Hatay için atmosferik metan konsantrasyonuna katkı sağlayan başka metan kaynaklarının bulunduğu sonucuna varılmıştır. Seçilen kaynaklar için atmosferik metan konsantrasyonunu kontrol etmek amacıyla emisyon azaltımı için öneriler verilmiştir. Literatür araştırmaları sonucunda pirinç tarlalarından çıkan metan emisyonları sulama yönteminde yapılacak değişiklikler ile azaltılabilmektedir. Ayrıca toprağın yapısı, sıcaklık ve toprağın işlenmesinin de metan emisyonlarında kontrol sağladığı bilinmektedir. Yetiştirilen pirinç türünün genotipine bağlı olarak aerenkima yoğunluğunun değiştirilmesi ve çeltik tarlalarında anaerobik şartların oluştuğu sürenin kısaltılması sayesinde bitkiden salınan metan gazı miktarının düştüğü görülmüştür. Yapılan araştırmalar sonucunda hayvanların enterik fermantasyonundan kaynaklanan metan emisyonları azaltmak için hayvansal kaynaklı üretimin azaltılması gerekmektedir. Yetiştirilen hayvanların sağlığına özen gösterilmesi, bağırsaklarda gerçekleşecek metan üretimini engellemek amacıyla yemin sülfür içeriği arttırılması, midenin rumen kısmının mikrobiotasını değiştirilmesi metan üretimini azaltabilecek bir yöntem olarak görülmüştür. Yemlerin yağ oranını arttırmak ve yem içerisinde doğal takviyeler kullanmak, hayvansal metan emisyonlarını azaltabilecek başka yöntemlerdir. Gübre depolama ve taşıma sırasında oluşabilecek metan emisyonlarının önüne geçebilmek için anaerobik şartların oluşumunu engellemek, metan oluşumunu azaltmak amacıyla soğutma sistemlerinin kullanılması ve metan yakalayıp tutan teknolojilerin kullanılması ve hayvansal atık içerisindeki anaerobik olarak çözünebilen kısmı azaltmak temel kullanılan yöntemlerdendir.