Istanbul’da Sehir Hava Kalitesi Yönetimi Sistemi Için GIS Tabanli Karar Destek Sisteminin Gelistirilmesi

EMİSYON ENVANTERİ

Önemli kirletici kaynaklarının neden olduğu hava kirliliği emisyonlarının belirlenmesi için bir kent ölçeğinde bir emisyon envanteri hazırlanmıştır. Envanter, İstanbul metropol alanı merkez olacak şekilde 170 km x 85 km lik bir alan için 1 saat zamansal ve 1 km mekansal çözünürlük ile hazırlanmıştır.

Sistematik bir şekilde, emisyon kaynakları sanayi, trafik ve konut kaynaklarını kapsayacak şekilde noktasal, çizgisel ve alansal kaynaklar olarak sınıflandırılmıştır. Bu kaynaklardan yayılan beş önemli kirletici (partikül madde(PM₁₀), sülfürdioksit(SO₂), karbonmonoksit(CO), metan dışı uçucu organik bileşikler (NMVOCs), ve azor oksitler(NO_X)) ile çalışılmıştır. Doğal kaynaklardan, sanayilerden gelen kaçak emisyonlar ve karayollarının dışında kullanılan araçların emisyonları bu çalışmaya dahil edilmemiştir.

Endüstriyel tesislerinin çoğu, bacalarından çıkan gazlarla atmosfere çeşitli hava kirleticileri yaymaktadırlar. Tek bir noktadan emisyonu atmosfere veren sanayi bacaları nokta kaynak olarak değerlendirilmekte ve envanterde yer almaktadır. Çalışma alanı içerisinde, hava kirliliğine katkıları dolayısıyla emisyon envanterine dahil edilen 1025 adet sanayi tesisi tanımlanmıştır. Bunların yanısıra çalışma alanı sınırlarındaki hafif sanayi ve ticari alanların da yeraldığı dört büyük organize sanayi bölgesi (İkitelli OSB, Dudullu OSB, Beylikdüzü OSB ve Tuzla OSB) içerisinde daha birçok endüstri (n=12.432) dikkate alınmıştır. Bu sanayilerden ikiyüzyirmibeş tanesi büyük önemli sanayi tesisleri olarak belirlenmiş ve bunların emisyonları çalışmada ayrıca hesaplanmıştır.

Çalışma alanında kullanılan grid sistemi

Endüstri tesisleri ve organize sanayi bölgelerinin yerleri

İstanbul sanayi tesislerinde en sık kullanılan yakıt doğal gazdır. Sekiz farklı fosil yakıt türü sanayilerde enerji kaynağı olarak kullanılmaktadır. Bu yakıtlar, fuel oil-6, fuel oil-4, motorin, linyit, kok kömürü, LPG, odun ve doğal gazdır. Aşağıdaki şekilde 2007 yılı için İstanbul Sanayi tesislerinde toplam fosil yakıt kullanımları gösterilmektedir.

İstanbul'daki endüstri tesislerinin günlük yakıt tüketimleri

Kentte faaliyet gösteren ana imalat sektörleri, tekstil üretimi, metal üretimi, gıda işleme, petrol ürünleri, kauçuk, deri, kimya, ilaç, elektronik, cam, makine, ototmotiv, ulaşım araçları, kağıt ve kağıt ürünleri, alkollü içeçeklerdir. Bu çeşitlilik arttırılabilir. Aşağıdaki şekil üretim sektörlerinin türlerine göre çalışma kapsamında değerlendirilen sanayi sayılarını göstermektedir.

Sektörlere göre endüstri tesislerinin sayıları

Bireysel olarak tek tek çalışılamayacak kadar çok kirletici kaynağın bir arada bulunması alansal kaynak olarak değerlendirilmiştir. Bu nedenle, evsel kaynaklar alansal kaynak olarak tanımlanmaktadır. Evsel ısınma kaynakları değerlendirilmiş ve çalışma alanındaki nüfus yoğunluğu dikkate alınarak grid sistemi bazında çalışılmıştır. Evsel ısınma emisyonlarının hesaplanması için, konut sayısı, konutlarda oturan kişi sayısı, kullanılan yakıt ve tüketimleri, yakma tekniklerinin türü dikkate alınarak bilgiler toplanmıştır. Şehir içinde kullanılan yakıt, genellikle nüfus yoğunluğu ve halkın gelir düzeyi ile ilişkilidir. Nüfus istatistikleri, son nüfus sayımının yapıldığı 2007 yılına ait, Türkiye İstatistik Kurumu verileridir.

Kış döneminde (aralık-mart) İstanbulda evsel ısınma için genellikle fuel-oil, linyit, odun ve doğal gaz başta olmak üzere 4 farklı türden yakıt kullanılmaktadır. LPG,motorin ve bio yakıt gibi birçok yakıt da kullanılmaktadır. Fakat düşük tüketim miktarlarından dolayı bu yakıtların kullanımı ve bu yakıtlardan kaynaklanan emisyonlar emisyon envanterine dahil edilmemiştir.

Aşağıdaki şekil 2007 yılı için evsel ısınma sektöründe tüketilen toplam fosil yakıt miktarını göstermektedir. 2007 yılı kış sezonu için İstanbuldaki toplam doğal gaz tüketimi şekilden de görüldüğü gibi 2,481,530,566 m³tür. Toplam yıllık linyit, odun ve fuel-oil içerikleri sırasıyla 942,520 ton, 890,850 ton ve 73,250 tondur.

2007 yılı için evsel ısınma kaynaklı toplam fosil yakıt tüketimi

Trafik

Motorlu taşıtlardan kaynaklanan kirlilik, çizgisel kaynak adı altında tanımlanmaktadır. Motorlu taşıtlardan kaynaklanan toplam emisyonların hesaplanması amacıyla büyükşehir sınırları içerisinde 31 Ekim – 17 Kasım 2006 tarihleri arasında İBB ve EMBARQ ortaklığında, bilimsel bir araştırma gerçekleştirilmiştir. Bu araştırma kapsamında yerel yönetimlerle işbirliği yapılarak üç tip veri toplanmıştır. Bu veriler daha sonra trafikten kaynaklanan emisyonların hesaplanabilmesi amacı ile işlenmiş ve analiz edilmiş; trafik modelinde kullanılabilecek biçimde düzenlenmiştir. Sözü edilen veriler İstanbul sokaklarındaki motorlu taşıtlar için, üç amaçla toplanmıştır:

· Motorlu taşıtların sayısının, yaşlarının ve çeşitlerinin belirlenmesi

· Motorlu taşıtların çeşitli sınıfları için sürüş özelliklerinin belirlenmesi

· Farklı taşıt sınıfları için motorların çalışmaya başlama sayı ve zamanlarının tahmini

Araçların teknolojik dağılımı iki yaklaşımın bir kombinasyonu ile geliştirilmiştir. Araçlar çeşitli sokakalarda kameraya çekilmiştir. Daha sonra, video kasetler incelenmiş ve İstanbul caddelerindeki araç sayıları ve çeşitler belirlenmiştir. Park alanlarında İstanbul işletim teknolojileri hakkında bilgi toplamak için anket yapılmıştır.

Araçların çeşitli sınıflar için sürüş özellikleri Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS) kullanılarak belirlenmiştir. Bu teknoloji saniye bazında araç hızı belirlenir. GPS cihazları çeşitli caddelerde, çeşitli araçlara yerleştirilmiş, metropol alanı içindeki seyirleri boyunca ölçüm yapmıştır. Veriler, sabah 07:00 den akşam 20:00 ye kadar toplanmıştır. Bunun nedeni, günün farklı zaman dilimlerindeki sürüş özellikleri bilgisinin temini içindir.

Bu çalışmada toplanan veriler Uluslararası Araç Emisyon Modeli ile araçlardan kaynaklanan emisyonları tahmin etmek için kullanılmıştır (http://www.issrc.org/ive or www.gssr.net/ive). Bu model farklı teknolojiler için emisyonları tahmin etmek ve çeşitli ülkelerde bulunan sürüş durumunu bulmak için USEPA finansmanı kullanılarak geliştirilmiştir.

Trafikten kaynaklanan yıllık toplam emisyonlar EMBARQ ve İMM tarafından gerçekleştirilen eksoz gazı ölçümleri çalışmalarından sonra çalışmada ikinci aşama olarak hesaplanmıştır. Detaylar için (Unal ve arkadaşları, 2009) çalışmasına bakınız.

Emisyon Envanteri Sonuçları

İlgili emisyon faktörleri ile birlikte endüstri, araç ve evsel ısınma faaliyetleri için tüketilen yakıt miktarları kullanılarak , toplam kirletici emisyonları her bir kaynak türü için aşağıdaki tabloda özetlenmiştir.

SO₂ emisyonları çoğunlukla yüksek kükürt içeriğine sahip fosil yakıtların kullanımından kaynaklanmaktadır. Şehir merkezinde %1 den az kükürt içeriğine sahip linyit kömürünün evsel ısınma ve sanayi için kullanımına izin verilmesine rağmen yaklaşık %3.5 kükürtlü yakıtlar büyük kojenerasyon tesisini içeren sanayi tresislerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Tesislerde desulfrizasyon yada denitrifikasyon üniteleri bulundurulmadığı için enerji tesisleri SO₂ emisyonu açısından en baskın sektörlerdir.

Sanayiler toplam %83 lük SO₂ emisyonu katkısıyla en kirletici sektör olurken, toplam PM₁₀ emisyonlarında %51 lik katkısıyla evsel ısınma en kirletici sektördür. Trafik ise NO_X, NMVOC, ve CO emisyonlarındaki sırası ile %89, %68, %68 lik payları ile çalışma alanı içerisinde en kirletici sektördür. Metropol alanda yüksek PM₁₀ emisyonlarının varlığının nedeni birkaç taş ocağı işletme tesisi ve büyük bir çimento fabrikasıdır. Çimento tesislerinde birçok farklı toz kontrol ekipmanları, çeşitli elektrostatik filtreler kontrol teknolojisi olarak kullanılır. Bu nedenle, büyük bir çimento fabrikası gibi tesislerden gelen emisyonlar hesaplanırken bu kontrol teknikleri esas alınır. Çimento fabrikalarında baca gazı SO₂ konsantrasyonu yakıt türünden bağımsız olarak çok düşüktür. Bu nedenle, çimento fabrikalarından kaynaklanan SO₂ emisyonu ihmal edilmiştir.

Her bir kirletici kaynağın toplam emisyon miktarına olan katkısı

Endüstrilerin emisyonları incelendiğinde çalışma alanında yüksek oranda fuel-oil 6 tüketen genel güç ve kojenerasyon tesislerinden kaynaklanan emisyonlar hava kirliliğinin en büyük kaynağı olarak bulunmuştur. Bu tesislerin endüstrilerden kaynaklanan SO₂ emisyonuna katkısı 84%, toplam SO₂ emisyonuna % 70 oranında katkı yapmaktadır.

Yoğun nüfusa sahip olmaları nedeniyle metropol alan içierisindeki birçok bölge (Gaziosmanpaşa, Bağcılar, Esenler, Kadiköy, Ümraniye Bahçelievler, Büyükçekmece, ve Küçükçekmece) evsel ısınma kaynaklı yüksek emisyon değerlerine sahiptir. Ancak evsel ısınma kaynaklı emisyonların tümünün kış dönemi boyunca sabah 7 ile akşam 23 saatleri arasında yayıldığı kabul edilmiştir.

Yanma sıcaklıkları yüksek olmaması nedeniyle baca gazı emisyonlarında düşük NOX konsantrasyonları oluşmaktadır. Bu nedenle konut ısınma ve endüstriyel yanma önemli birer NOX emisyon kaynağı değillerdir. Trafik için temel kirleticiler NOx, NMVOCs ve CO dir. Bu çalışmada trafik emisyonları ton/yıl olarak hesaplanmıştır. İstanbul Büyükşehir Belediyesi herbir yol ağı içerisindeki(otoban ve anayollar gibi farklı yol tiplerini ton/yıl*km alarak ayrılmıştır) emisyonları dağıtmak için ARCGIS9.3 programını kullanmıştır.

Yıllık PM₁₀ emisyonlarının dağılımı (Tüm kirletici kaynaklardan)