Kentsel Atık Depolama Sahalarına Giden Biyobozunur Atıkların Azaltılmasının Türkiye’deki Çöp Gazı (lfg) Potansiyeline Olan Etkileri

Abstract

Avrupa Birliği müktesebatı uyum süreci kapsamında, Türkiye’de birçok alanda olduğu gibi atık yönetim sisteminde de hızlı bir değişim ve gelişim sürecine girilmiştir. 2010 yılında yayınlanan Atıkların Düzenli Depolanmasına Dair Yönetmelik ile atık düzenli depolamanın ne şekilde yapılması gerektiği tanımlanmış, vahşi depoların ıslah edilerek ilerleyen süreçte hiçbir surette düzensiz bir depolama yapılmamasına yönelik hükümler getirilmiştir. Bu gelişmeyle birlikte 2009 yılında sayısı 2000 civarında olan düzensiz çöp döküm alanları hızla kapanmaya başlamış ve aynı hızda düzenli depolama tesislerinin sayısı ve bu tesislerde bertaraf edilen kentsel atık miktarında artış görülmüştür. Söz konusu yönetmelik kapsamında atık depolama sahalarında oluşan çöp gazının toplanması ve yakılması, eğer finansal olarak fizibil ise elektrik üretim santrallerinde enerji geri kazanımı amacıyla kullanılması zorunlu tutulmaktadır. Yine 2010 yılında Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı’nın başlattığı yenilenebilir enerji kaynaklarını destekleme mekanizması ile diğer yenilenebilir enerji kaynakları ile birlikte çöp gazından enerji üretimi tesislerinde üretilen elektriğe 10 yıllık sabit fiyat üzerinden alım garantisi getirilmiş, çöp gazından elektrik üretimine devlet teşviki verilmiştir. Edinilen tecrübeye göre, verilen teşvik ile birlikte 1 MW ve üzerinde kurulu güce sahip olacak çöp gazından elektrik üretim tesisleri finansal olarak fizibil hale gelmiştir. Bir başka deyişle, yaklaşık 500 m³/saat çöp gazı debisi elde edilen sahalarda veya ülkemizin günümüz koşullarındaki kentsel atık karakterizasyonu ve kişi başına düşen atık miktarı göz önünde bulundurulduğunda ortalama 750.000 kişilik nüfusa hizmet veren düzenli depolama sahalarında çöp gazından enerji üretimi tesisleri yapılabilir hale gelmiştir. Ancak, AB müktesebatı uyum süreci kapsamında 2010 yılında yayınlanan atıkların düzenli depolanmasına dair yönetmelik kapsamında ülke genelinde düzenli depolama sahalarına gönderilen biyobozunur atıkların azaltılmasına dair ciddi hedefler konmuştur. Buna göre düzenli depolama sahalarına gönderilen biyobozunur atıklar 3 kademede azaltılacak ve nihai olarak 2025 yılında, 2005 yılında üretilen biyobozunur atıkların %35’i düzenli depolama tesisine gönderilebilecektir. Söz konusu biyobozunur atık azaltımının Türkiye’deki kentsel atık karakterizasyonuna ve nihayetinde düzenli depolama tesislerinde oluşan çöp gazı miktarının ciddi miktarda azalmasına neden olacağı, bu nedenle bugün yatırım yapılan tesislerin ilerleyen süreçte fizibil yatırımlar olmayacağı düşünülmektedir. Bu tezin amacı, düzenli depolama sahalarındaki biyobozunur atık azaltımının Türkiye’nin gelecekteki çöp gazı potansiyeline olan etkilerini görmektir. Bunun için ilk olarak mevcut durum ortaya konmuş ve Türkiye’de düzenli depolama sahalarına gönderilen yıllık atık miktarları ve karakteristikleri tespit edilmiştir. Çalışma kapsamında üç farklı senaryo ele alınmış, düzenli depolama sahalarına gönderilen biyobozunur atıklardaki azaltımın gelecekteki çöp gazı potansiyeline olan etkilerini tespit edilmiştir. Oluşturulan üç senaryodan ilki yönetmelik hedeflerinin olmaması, yani herhangi bir atık azaltımı yapılmaması halinde, ikincisi yönetmeliğe tam uyum sağlanması halinde, üçüncüsü ise yönetmeliğe uyumun 5 yıl gecikmeli olarak gerçekleşmesi halinde çöp gazı potansiyelinin nasıl etkileneceğini ortaya koymaktadır. İlk olarak yıllık atık bertaraf miktarları ve ülke nüfusu TUİK verileri göre ele alınmış, eksik yıllara ait veriler grafik yönteminden yararlanılarak türetilmiştir. Atık karakteristiğinin tespit edilmesinde Katı Atık Ana Planı nihai raporundaki verilerden faydalanılmıştır. KAAP raporunda ülke farklı bölgelere ayrılmış ve her bir bölgenin atık karakteristiği tespit edilmiştir. Söz konusu atık karakteristik verileri, bu çalışmada kritik önem taşımaktadır. Veriler 2003-2040 yılları arasında türetilmiş, farklı bölgelerin karakteristikleri, söz konusu bölgenin nüfusuyla orantılı olarak ağırlıklı ortalaması alınarak 2003-2040 yılları arasında Türkiye ortalama atık karakteristiği oluşturulmuştur. Çöp gazı miktarının analizi için Global Methane Initiative EPA tarafından geliştirilen ve birinci dereceden bozunmaya dayalı “Central-Eastern Europe Landfill Gas Model Version 0.1” modeli kullanılmıştır. Söz konusu model EPA tarafından yayınlanan Landfill Gas Emissions Model (LandGEM) version 3.02’nin geliştirilmiş versiyonudur. Bu modelin seçilmesinin en büyük nedeni, modelde baz alınan belli katsayıların Ortadoğu ülkeleri atık karakteristiklerine uygun olması ve modelin sektörde yaygın olarak kullanılıyor olmasıdır. Bir önceki basamakta oluşturulan Türkiye ortalama atık karakteristiğindeki malzeme sınıflandırması KAAP kapsamında yapılan kentsel karışık karakterizasyonuna göre elde edilmiştir. Bu nedenle ilk etapta, elde edilen atık karakterizasyonundaki farklı verilerin dönüşümü yapılarak model girdisi olarak kullanılabilecek atık karakterizasyonu oluşturulmuştur. Örnek olarak; KAAP’ta kağıt, karton, ve yüksek hacimli karton farklı farklı sınıflandırılmaktayken, kullanılan modelde bu malzemeler tek bir kalemde “kağıt ve karton” olarak sınıflandırılmıştır. Her bir senaryo için benzer şekilde 2003-2040 yılları arasındaki atık karakteristiği ve düzenli depolama sahasına gönderilecek atık miktarları belirlenmiştir. Model çalışma prensibine göre modele takip eden yıllara ait atık miktarı ile tek bir atık karakteristiği veri olarak girilmekte olup oluşturulan genel formülizasyona göre hesaplama yaptırılmaktadır. Bu nedenle model her bir senaryo için 38 defa olmak üzere toplamda 114 defa çalıştırılmıştır. Örnek olarak; 1. Senaryo için 2003 yılı karakterizasyonu modele girilerek 2003 – 2102 yılları arasında 100 yıllık çöp gazı miktarını veren “2003 yılı çıktı tablosu” oluşturulmuş, 2004 yılı karakterizasyonu girilerek “2004 yılı çıktı tablosu” oluşturulmuş ve bu işlem 2040 yılına kadarki veriler ile tekrar edilerek 38 adet çıktı tablosu elde edilmiştir. Bir sonraki basamakta ise söz konusu çıktı tablolarındaki veriler kullanılarak oluşturulan formulizasyona göre her bir yılın ortalama çöp gazı miktarı tespit edilmiştir. Aynı yöntem diğer iki senaryo için de uygulanmış, üç senaryo için de 2003 – 2102 yılları arasındaki çöp gazı miktarları tespit edilmiştir. Sonuç olarak, söz konusu mevzuat hükümlerine tam uyum gösterilmesi halinde 2040 yılındaki çöp gazı potansiyelinin, herhangi bir atık azaltımı yapılmaması haline kıyasla yarı yarıya düşeceği tespit edilmiştir. Ortalama koşullar altında sahada oluşan çöp gazının %73’ünün geri kazanılması mümkündür. Buna göre, herhangi bir biyobozunur atık azaltımı olmaması halinde 2040 yılında çöp gazından enerji üretim tesislerinde elde edilebilecek maksimum elektrik enerjisi potansiyeli 376 MWh’dır. Ancak, mevzuat hükümlerine tamamen uygum gösterilmesi halinde bu potansiyel 187 MWh’a kadar düşecektir. Mevzuat hükümlerine sadece 5 yıl gecikmeli uyulması halinde ise, gecikme olmamasına kıyasla 2023 yılında yaklaşık 30.000 m³/saat daha fazla çöp gazı elde edilebileceği yani 21.900 m3/saat çöp gazının toplanarak 36 MWh daha fazla elektrik üretilebileceği görülmektedir. Düzenli depolama sahalarındaki biyobozunur atık azaltımı, Türkiye’deki çöp gazı potansiyelindeki düşüş ile birlikte geri kazanılabilecek çöp gazı miktarında da çok ciddi bir düşüşe neden olacaktır. Ancak bu durum, düzenli depolama sahasına gönderilmeyen biyobozunur atıkların doğru bir şekilde yönetilmesi ile büyük fırsatlar doğurabilir. Bu nedenle, ayrılan organik atıkların maksimum fayda sağlayacak şekilde yönetilmesi oldukça önemlidir. Düzenli depolama sahalarına gönderilmesi engellenen biyobozunur atıkların sebep olacağı çöp gazı miktarındaki düşüş ile, çöp gazından enerji üretim tesislerinde üretilen elektrik miktarında oluşacak olan açık, söz konusu organik maddelerin potansiyel enerjisinin; anaerobik çürütücülerde, birlikte çürütme tesislerinde veya diğer termal geri kazanım tesislerinde geri kazanılması ile kapatılabilecektir. Düzenli depolama sahalarındaki bozunma proseslerinin uzun yıllar alması nedeniyle buradaki potansiyelin geri kazanılması da uzun zaman almaktadır. Ancak kapalı reaktörlerde, aynı miktarda biyobozunur materyal ile çok daha kısa sürelerde daha fazla enerjiyi geri kazanmak mümkündür. Bu noktada anaerobik çürütücülerde oluşan rezüdünün akıbetinin ne olacağı ise üzerinde ayrıca düşünülmesi gereken bir başka konudur. Sonuç olarak, katı atık depolama sahalarına gönderilen biyobozunur atıkların azaltılması, Türkiye’nin gelecekteki kümülatif çöp gazı miktarında ciddi düşüşlere neden olacak ve özellikle bu alanda yapılacak gelecekteki çöp gazı geri kazanım yatırımlarını etkileyecektir. Ancak, alternatif biyobozunur atık geri kazanım teknolojileri üzerine çalışmalar yapılarak, çöp gazı alanında oluşacak olan açık kapatılabilir.

As part of European Union acquis adaptation process, Turkey’s waste management systems along with other important areas got in a fast change and development period. With the issuance of The Regulation of Sanitary Landfilling of Waste in 2010, the procedure for landfilling waste was defined, certain terms were put to motion for rehabilitation of disorderly waste dump-sites and necessary precautions were taken to prevent formation of any future disorderly waste dumping activities. These developments introduced vast changes, the disorderly waste disposal sites that reached to almost 2000 in 2009, were swiftly shut down; along with fast introduction of proper waste disposal sites, which processed ever-growing amount of urban wastes. In scope of related regulations, the landfill gas produced at the waste disposal sites was required by law to be collected and burned; and used for renewable energy in the power plants if it is financially feasible. In 2010, with the introduction of Turkish Ministry of Energy and Natural Resources’ program to support renewable energy, 10 years of fixed priced purchase by the government was guaranteed for the power produced by other renewable resources as well as landfill gas and therefore production of energy with the usage of landfill gas was given incentive from the government. In keeping with acquired experience in the field, the power plants that produce energy with landfill gas that have 1 MW and more of installed capacity became financially feasible with the given incentives. In other words, it became possible to have landfill gas to electricity plants at the sites that produce approximately 500 m3/hour of landfill gas or sites that serve cities with 750,000 populations in consideration with the country’s current urban waste characterization and waste produced per capita. However by scope of the Regulation of Sanitary Landfilling serious goals are set for diversion of biodegradable waste sent to landfills. According to this, biodegradable wastes that sent to landfills will be decreased at 3 stages and finally in 2025, %35 of the biodegradable wastes would be sent to landfills compared to total production biodegradable wastes it 2005. However, a decrease in biodegradable materials going to landfill sites may influence the amount of landfill gas for future years and the feasibilities may become negative which will end up with many problems like shutting down the plants which are on operation due to the financial stress of operators. The purpose of this thesis is to see the effects of biodegradable waste diversion from the landfills on Turkey’s future landfill gas potential. For that purpose, first of all, current situation in MSW waste and LFG management has been evaluated. Three different scenarios are evaluated in this study in order to see the effects of biodegradable waste diversion on landfill gas production potential. The first scenario is the baseline scenario that no diversion is considered, the second scenario is the full consistence to the regulations scenario and the third one is the consistence to the regulations with a five years lag scenario. First, annual waste amounts that sent in landfills in Turkey and its characteristics were determined. Country population and waste disposal amounts come up by TUIK data, and missing data of some years derived by graphical method. For determination of waste characterization, data from Solid Waste Master Plan’s final report is used. At SWMP report country divided into different regions and waste characteristics of every different area. Aforementioned waste characteristics data is critically important. Data derived 2003-2040 but region’s population comparatively taken weighted mean produces different region characteristics. For determination of landfill gas amount “Central-Eastern Europe Landfill Gas Model Version 0.1” was used in this study The most important factor that selection of this model is the parameters, which based on are compatible with Middle-east countries waste characteristics and commonly usage of this model. Previously created material classification of Turkey’s average waste characteristics obtained by urban mixed characterization of SWMP. Because of this, transformation and derivation of acquired different data of waste characterization at first stage used for model input. For example, at SWMP paper, cardboard and high volume cardboards categorized differently but at the model this materials gathered in one and named as “paper and cardboard”. Waste characterization and total amount of waste going to landfill site was determined for each scenario for the years between 2003-2040. According to the principle of this model, a calculations are run linked with a series of following years’ total waste amount together with a single waste characteristics in accordance with data formulization. For that reason the model was run for 38 times for each scenario which means that 114 times total. As an example for Scenario 1; the waste characterization of 2003 was entered to the model and “output table for 2003” was formed for 100 years between 2003 – 2102. Then, the waste characterization of 2004 was entered to the model and “output table for 2004” was formed and same process was repeated with each years’ data till 2040 and 38 output table was generated. In the next step, the results of each output table was used and average LFG production amount for each year was calculated in accordance with the general formula which is formed.The same method was applied for all scenarios and potential landfill gas amounts in between 2003 – 2102 was determined. The installed LFGTE plant capacity of Turkey is approximately 180 MWe in 2015. Most of the plants use 80% of their installed capacities in whole year and keeps reserve capacity. Therefore, actual electricity from LFGTE plants in Turkey is approximately 144 MWh. It’s seen in the results that, Turkey’s LFGTE generation potential in 2016 is 205 MW. This means that around 70% of total LFGTE generation potential of Turkey is being used at the end of 2015.