Gemi manevraları esnasında emisyon değerlerinin hesaplanması ve simülasyon ile doğrulanması: Uygunluk ve fark analizi

Abstract

Dünya ticaretinin sürdürülebilirliği açısından kritik bir rol üstlenen deniz taşımacılığı, büyük hacimli yüklerin tek seferde kıtalar arası taşınmasını mümkün kılan yegâne taşıma yöntemidir. Son verilere göre, küresel lojistik sektörünün %80'inden fazlası deniz taşımacılığı aracılığıyla gerçekleşmektedir. Artan nüfus ve genişleyen küresel ticaret ağı paralelinde, denizcilik sektörüne düşen sorumluluk giderek artmaktadır. Son yıllarda gemi sayısında belirgin bir artış gözlenmese de artan talep doğrultusunda gemi tonajlarında hızlı bir büyüme yaşanmaktadır. Bu gelişme, denizcilik sektörünün küresel ticaretin artan taleplerini karşılamadaki stratejik önemini daha da vurgulamaktadır. Gemi tonajlarındaki artış, aynı zamanda hava kirliliğinde de bir yükselişe yol açmakta ve bu durum çevre üzerinde olumsuz etkiler yaratmaktadır. Halihazırda dünya genelinde hizmet veren çoğu gemi ve deniz yardımcıları, güç üretimi için fosil yakıtlarla çalışan dizel makineler kullanmaktadır. Fosil yakıtların yanması, doğrudan insan sağlığını tehdit eden kükürt dioksit (SO2), azot oksitleri (NOX), karbon monoksit (CO), uçucu organik bileşikler (VOCs) ve partikül madde (PM) gibi kirleticilerin çevreye salınımına neden olurken; diğer taraftan, sera etkisi yaratarak küresel ısınmaya yol açan metan (CH4), diazot oksit (N2O), karbon dioksit (CO2), kloroflorokarbonlar (CFC'ler), hidrokloroflorokarbonlar (HCFC'ler), hidroflorokarbonlar (HFC'ler) ve perflorokarbonlar (PFC'ler) gibi gazların salınımına da sebep olmaktadır. Deniz taşımacılığı, diğer taşıma modlarıyla kıyaslandığında ton başına salınan emisyon miktarının çok daha düşük olması nedeniyle verimli ve sürdürülebilir bir ulaşım yöntemi olarak öne çıkmaktadır. Ancak, denizcilik sektörü, diğer taşıma modlarına kıyasla sektördeki yüksek payı nedeniyle küresel sera gazı emisyonlarına önemli ölçüde sebep olmaktadır. Uluslararası denizcilik kaynaklı CO2 salınımı yaklaşık %3 iken, azot oksit (NOX) ve kükürt oksit (SOX) emisyonları sırasıyla küresel emisyonların yaklaşık %13 ve %12'sini oluşturmaktadır. Ayrıca, gerekli önlemler alınmazsa, CO₂ emisyonlarının 2050 yılına kadar %50 ile %250 oranında artması beklenmektedir. Bu durum, deniz taşımacılığının küresel sera gazı emisyonlarını azaltmak için önlemler almasının zorunlu hale geldiğini göstermektedir. Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO) tarafından belirlenen 2050 sıfır emisyon hedefi doğrultusunda, denizcilik sektörünün emisyonlarını kademeli olarak azaltması gerekliliği zorunlu hale gelmektedir. Bu hedefe ulaşabilmek için denizcilik endüstrisinin, yalnızca mevcut teknolojik ilerlemelerden yararlanmakla kalmayıp, aynı zamanda yenilikçi çözümler, operasyonel iyileştirmeler ve enerji verimliliğini artırıcı stratejiler geliştirmesi gerekmektedir. Gemi tasarımı, alternatif yakıt kullanımı ve emisyon kontrol sistemlerine yapılacak yatırımlar, sektörü karbonsuz bir geleceğe taşımak için büyük önem taşımaktadır. Deniz taşımacılığının neden olduğu hava kirliliği, sera etksinin yanında, insan sağlığı üzerinde solunum, kardiyovasküler ve nörolojik hastalıklar gibi çeşitli olumsuz etkiler de yaratmaktadır. Uzun süreli hava kirliliğine maruz kalma, akciğer kanseri, böbrek hastalıkları ve sindirim sistemi bozuklukları gibi daha ciddi sağlık sorunlarına yol açabilmektedir. Bu sağlık etkileri, özellikle risk altındaki bireylerde daha belirgin olmaktadır. Bu durumun daha da derinleşmesine yol açan bir faktör, deniz taşımacılığının yaklaşık %70'inin, gemilerin kıyı bölgelerinde daha fazla vakit geçirmeleri nedeniyle sahil şeridinden 400 km mesafe içinde yoğunlaşmasıdır. Liman bölgelerinin yoğun yerleşim alanlarına yakın olması, bu bölgelerdeki nüfusun gemilerden kaynaklanan zararlı emisyonlara daha fazla maruz kalmasına yol açmaktadır. Bu bağlamda, deniz taşımacılığının emisyonları yalnızca çevresel değil, aynı zamanda sağlık açısından da büyük bir risk teşkil etmektedir. Şüphesiz, deniz taşımacılığı sektöründe en büyük emisyon kaynakları limanlar ve gemilerdir. Liman sahasında oluşan gemi kaynaklı emisyonlar da liman emisyonlarının bir parçası olarak değerlendirilmektedir. Gemilerin liman süreçleri; limana yaklaşma sırasında yapılan manevralar, limanda konaklama süresi (hotelling), limandan ayrılma manevraları ve liman müsaitliği olmadığında demirde bekleme periyotlarından oluşmakta ve bu süreçler boyunca emisyon salınımı gerçekleşmektedir. Bu çalışmada, gemilerin limanlara yanaşma manevraları sırasında üretilen emisyon miktarları ile bu manevralar esnasında emisyonların azaltılmasına yönelik konular incelenmiştir. Gemi manevraları, öncelikle kılavuz kaptan, gemi kaptanı, mürettebat ve römorkörlerin koordinasyonuyla gerçekleştirilir. Bu süreçte römorkörler, kılavuz kaptanın komutları doğrultusunda yönlendirilir. Manevra sırasında emisyon değişiminde en büyük etkiye sahip olan unsurlardan biri kılavuz kaptanların manevra alışkanlıklarıdır. Bu nedenle, kılavuz kaptanların alışkanlıklarının izlenmesi ve emisyon azaltımı için dikkatlerinin bu konuya çekilmesi önemli bir gereklilik olarak öne çıkmaktadır. Yapılan literatür taramasında, gemi ve römorkörlerin, gerçek ve simülasyon manevralarındaki emisyon miktarlarını birlikte ele alan bir araştırmanın bulunmadığını ortaya koymaktadır. Gerçek ve simülasyon manevralarında oluşan emisyon miktarlarının uyumlu olması, simülasyon tabanlı emisyon tahminlerinin güvenilirliği açısından önem taşımaktadır; bu tür bir uyum, gelecekte simülasyon tabanlı tahminlerin kullanımıyla emisyon analizlerini kolaylaştırabilir. Aynı zamanda, simülasyon çalışmaları kılavuz kaptanların emisyon azaltımına yönelik farkındalık ve deneyim kazanmalarına olanak tanıyarak, eğitim süreçlerinde de fayda sağlamaktadır. Gerçek manevralarda veri toplamanın zorlukları nedeniyle emisyon hesaplamaları sınırlı kalmaktadır; buna karşın, simülasyonlar daha kolay veri erişimi sunarak kapsamlı emisyon analizlerinin gerçekleştirilmesine olanak tanır. Bu çalışma, özellikle gerçek ve simülasyon tabanlı manevralardan kaynaklanan CO2 emisyonlarının uyumunu ve kılavuz kaptanların demografik özelliklerinin emisyon miktarlarına olan etkisini incelemektedir. Bu çalışma kapsamında, üç farklı gemi tipi (dökme yük gemisi, Ro-Ro gemisi ve konteyner gemisi) için toplam 18 gerçek manevra verisi, altı kılavuz kaptan tarafından toplanmıştır. Kılavuz kaptanların demografik özellikleri de analiz edilerek, deneyim seviyelerinin daha iyi anlaşılması sağlanmıştır. Her bir kılavuz kaptan, bir gemi tipiyle toplam altı manevra gerçekleştirmiştir ve her tipteki gemiler, kendi içlerinde benzer özelliklere sahip uyumlu gemilerden seçilmiştir. Gerçek manevraların ardından, benzer hava ve akıntı koşullarında, aynı kılavuz kaptanlar ve benzer gemi ile römorkör özellikleri kullanılarak bu manevralar, limanın simülasyon ortamında aslına uygun şekilde yeniden gerçekleştirilmiştir. Gerçek verilere en yakın simülasyon sonuçlarını elde etmek amacıyla, tam donanımlı Transas NTPRO 5000 köprüüstü simülatörü kullanılmıştır. Gerçek ve simülasyon manevraları tamamlandıktan sonra, gemi ve römorkör kaynaklı emisyon miktarları, "top-down" ve "bottom-up" metodolojilerinden ENTEC ve EPA yaklaşımları kullanılarak hesaplanmıştır. Her bir manevraya ait gemi ve römorkör emisyonları toplanarak, o manevra için üretilen toplam emisyon miktarı belirlenmiştir; bu hesaplamalar hem gerçek hem de simülasyon manevraları için gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada, gerçek ve simülasyon manevralarında elde edilen emisyon değerleri arasında yüksek bir uyum gözlemlenmiş olup, bu bulgu simülasyon tabanlı analizlerin limanlardaki emisyon tahminleri için güvenilir bir alternatif sunduğunu göstermektedir. Bu durum, kılavuz kaptanların emisyon yönetimi konusunda kendilerini geliştirebilmeleri için gerçek manevralara ihtiyaç duymadan simülasyon ortamında eğitim yapmalarına olanak tanımaktadır. Simülasyon ortamı, kılavuz kaptanların operasyonel becerilerini geliştirmelerine yardımcı olarak emisyon seviyelerinin daha etkin bir şekilde kontrol edilmesine katkı sağlayabilir. Manevra bazında dakika başına düşen emisyon değerleri incelendiğinde, aynı tip gemilerde 4,52 kata kadar değişen önemli farklar tespit edilmiştir. Bu, kılavuz kaptanların operasyonel alışkanlıkları ve deneyimlerinin emisyon seviyeleri üzerinde belirgin bir etki yarattığını göstermektedir. Simülasyon ortamında daha fazla manevra yaparak deneyim kazanan kılavuz kaptanların, özellikle benzer gemi tiplerinde gerçekleştirdikleri manevralarda operasyonel verimliliklerini artırarak emisyon seviyelerini düşürmeleri mümkündür. Böylece, kılavuz kaptanların simülasyon ortamında kendilerini geliştirmeleri, emisyonların optimize edilmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Gemi tiplerine göre emisyon değerlerine bakıldığında, konteyner gemilerinin makine gücünün diğer gemi tiplerinden yüksek olmasının etkisiyle en yüksek emisyon değerlerine sahip olduğu, buna karşın dökme yük gemileriyle benzer makine özelliklerine sahip Ro-Ro gemilerinin daha düşük emisyonlar ürettiği gözlemlenmiştir. Dökme yük gemilerindeki yüksek emisyon seviyelerinin, kılavuz kaptanların deneyim eksiklikleri ve operasyonel alışkanlıklarıyla ilişkili olduğu düşünülmektedir. Bu çalışma hem denizcilik sektöründe emisyon azaltımı hem de akademik araştırmalar açısından önemli bir katkı sunmaktadır. Kılavuz kaptanların performansını artırmak, liman süreçlerinin çevresel etkilerini minimize etmek ve simülasyon temelli emisyon tahminleriyle sektörde sürdürülebilirliği sağlamak için güçlü bir temel oluşturmuştur. Gelecek çalışmalar, bu bulguları daha geniş örneklemlerle ve farklı metodolojilerle zenginleştirerek sektörel iyileştirmelere katkı sağlayabilir.