ÇEVRE VE ŞEHİRCİLİK BAKANLIĞI Çevre Yönetimi Genel Müdürlüğü

Transkript

1 ÇEVRE VE ŞEHİRCİLİK BAKANLIĞI Çevre Yönetimi Genel Müdürlüğü DEPO GAZININ TOPLANMASI VE DEĞERLENDİRİLMESİ Demet ERDOĞAN Çevre ve Şehircilik Uzmanı ANTALYA, 2012

2 Kapsam Depo Gazı Nedir? Atık Yönetimi ve Enerji Verimliliği Destekleme Politikalarında Düzensiz ve Düzenli Depolama Sahalarından Kaynaklanan Metan Emisyonunun Belirlenmesi ve Azaltılması Projesi (MATRA Projesi) Depo Gazı Modellemesine Genel Bakış Depo Gazı Toplanması Depo Gazı Modelinin Kullanımı

3 Depo Gazı Depolanan atıklardan oluşan gaz Atıkların Düzenli Depolanmasına Dair Yönetmelik 8. Madde; Düzenli depolama tesislerinde depo gazı yönetimi Tüm düzenli depolama tesislerinde gazlar toplanıp doğrudan veya işlenerek enerji üretiminde kullanılır. Elde edilen depo gazının, enerji üretiminde kullanılmasının ekonomik olmaması halinde depo gazı meşalelerde yakılır.

4 Depo Gazından Kaynaklanan Sorunlar Koku problemi Yangın veya patlama riski Sera gazı salınımlarının artması Heyelan riski Sızıntı suyu üretimi, sızıntı suyu geri çevrimi ile depo gazı üretiminin arttırılması

5 Düzensiz ve Düzenli Depolama Sahalarından Kaynaklanan Metan Emisyonunun Belirlenmesi ve Azaltılması Projesi (MATRA Projesi) Metan emisyonlarının belirlenmesi için metot geliştirilmesi ve uygulanması, Türkiye deki düzenli ve düzensiz depolama sahalarından kaynaklanan metan emisyonlarının azaltılması için kılavuz hazırlanması, Hesaplama modelinin hazırlanması hedeflenmiştir. Proje kapsamında, Kırıkkale ili düzensiz depolama sahasından kaynaklanan metan gazının toplanması, toplama maliyetleri ve potansiyel depo gazının kullanılmasına ilişkin bir ön fizibilite çalışması yapılmıştır. Ön fizibilitenin amacı Kırıkkale düzensiz depolama sahasında depo gazı toplama potansiyelini belirlemektir. Projenin fizibilitesi ile ilgili nihai yargıya varmak için daha ayrıntılı bir çalışmaya ve/veya pilot depo gazı toplama testinin yapılması gerekmektedir.

6 Mg CH4/year Depo Gazı Modellemesine Genel Bakış Depo gazı üretimini etkileyen parametreler; İklim (ortam sıcaklığı, yağış) Atık kompozisyonu 3.000,0 Methane recovery, oxidation and emission Kullanılan modeller IPCC-modeli GasSim Lite LandGem 0, Modellerin Doğruluğu Atıktaki homojensizlik Arazide depolanan atık hakkında bilgiler Atık yönetimi uygulamalarındaki farklılıklar (atığın sıkıştırılması, günlük veya ara örtüler, genel anlamda saha geometrisi) 2.500, , , ,0 500,0 Year CH4 recovery CH4 oxidation CH4 emission

7 Depo Gazı Toplanması Depo gazı geri kazanım verimi; kuyu sistemine (hektar başına kuyu adedi) yatay sistemler dikey sistemler atık bileşimine, atık yoğunluğuna, depo sahası geometrisine, depo örtüsüne bağlıdır.

8 Depo Gazının Kullanımı Gaz motorları veya türbinler kullanılarak elektrik üretimi; Genel elektrik üretimi: 1,3 1,8 kwe/m 3 veya gaz üretiminin m 3 /saati başına 1,3-1,8 kwe Elektrik Üretiminin Tipik Yatırım ve İşletme Maliyetleri Elektrik Üretim Ekipmanı Tipik Yatırım Maliyetleri [ /kw] Tipik Yıllık İşletme Maliyetleri [ /kw] İçten yanmalı motor (<800 kw) İçten yanmalı motor (>800 kw) Gaz türbini (> 3 MW) Mikrotürbin (< 1MW)

9 Depo Gazının Kullanımı Depo gazının direkt yakıt olarak kullanılması; Bir başka yakıtın (genellikle doğal gaz, ancak aynı zamanda kömür veya akaryakıt da olabilir) yerine depo gazının kullanımını ifade etmektedir. Depo gazını kullanan mevcut endüstriler; Araba imalatı, kimyasal endüstrisi, gıda işleme, eczacılık, çimento ve tuğla imalatı, atık su arıtması, tüketici elektroniği ve ürünlerinin üretimi, kağıt ve çelik üretimi Direkt Kullanımla ilgili Tipik Yatırım ve İşletme & Yönetim Maliyetleri Dağıtım sistemi bileşeni Tipik Yatırım Maliyetleri Tipik Yıllık İşletme Maliyetleri LFG sıkıştırma ve işleme /(m 3 /saat) Boru hattı / kondensat yönetimi /km İhmal edilebilir

10 Depo Gazının Kullanımı Doğal Gaz Kalitesine Yükseltme; Depo gazı, doğal gaz kalitesine CO 2 nin ve diğer kirleticilerin giderilmesi yoluyla yükseltilebilir. Basınçlı Doğal Gaz Üretiminin Tipik Maliyetleri Basınçlı doğal gaz tesis boyutu [m 3 LFG giriş /h] Üretim maliyetleri [ /m 3 ] 400 0, , , , ,13

11 Depo Gazı Modelinin Kullanımı Modelde kullanılacak envanter verileri Yıllık ne kadar (ton) atık depolanıyor/depolanacak? Depolanan/depolanacak atığın türü Atık alanının geometrisi (büyüklük, yükseklik) İşletimle ilgili temel veriler (sıkıştırma, günlük örtü) Depo sahası kaç yıl boyunca işletilecek? Atığın depolandığı bir yıl için emisyon modellemesi Prod x (t) = M x * DOC x * f * k x * e kx*(t-x) * F * 16/12 * MCF Burada: t = envanter yılı x = atığın depolandığı yıl Prod x (t) = x yılında depolanan atıktan t yılında üretilen metan M x = x yılında depolanan atık miktarı DOC x = x yılında depolanan atıkta bozunabilir C (m/m) fraksiyonu f = çözünmüş olan biyobozunur C miktarı (DOC f ) k x = reaksiyon sabiti F = üretilen depo gazında CH 4 fraksiyonu 16/12 = moleküler ağırlık oranıch 4 / C MCF = metan düzeltme faktörü

12 Veri Girişi ve Hesaplamalar

13 Veri Girişi ve Hesaplamalar

14 Modelin Kullanım Adımları Atık depolamanın başladığı yılı girin Her bir işletme yılı için depolanan atık kütlesini B sütununa girin Her bir yıl için atığın yerleştirildiği atık hücresinin numarasını C sütununa girin Son atık depolama yılına kadar Metan Düzeltme Faktörünü (MCF) D sütununa girin Atığın genel atık kompozisyonuna dair tahminleri yüzde olarak tablo 1 e girin (sütuno)

15 Modelin Kullanım Adımları Belediye katı atığındaki Çözünebilir Organik Karbon (DOC) miktarını tablo1 e girin (hücre P32) Belediye Katı Atığının reaksiyon hızı sabitini (k) hücre D41 e girin Örtü katmanında oksitlenen metanın (OX) yüzdesini girin (hücred42) Her bir yıl için LFG toplama verimliliğini J sütununa girin

16 Mg CH4/year Mg CH4/year MCF ve DOC Em (t) = {[ x (1945, t) M x * DOC x * f * k x * e kx*(t-x) * F * 16/12 * MCF] rec(t)} * (1-ox) MCF = DOCx = atığın biriktirildiği yılda aerobik bozunum için düzeltme faktörü atıktaki organik (teorik olarak) bozunabilir karbon oranı 25 Managed (MCF=1, Ox=10%, rec=60%) Unmanaged (MCF=0,8, Year CH4 recovery Ox=0%, CH4 rec=0%) oxidation CH4 emission Year CH4 recovery CH4 oxidation CH4 emission

17 MCF ve DOC DOC-değeri atık türüne bağlıdır ve bölgeye göre değişebilir. IPCC rehber ilkelerine göre Türkiye Güney Avrupa Bölgesi ndedir. Northern-Europe Eastern Europe Southern Europe Western Europe Food waste 0.15 ( ) 0.15 ( ) 0.15 ( ) 0.15 ( ) Garden 0.20 ( ) 0.20 ( ) 0.20 ( ) 0.20 ( ) Paper 0.40 ( ) 0.40 ( ) 0.40 ( ) 0.40 ( ) Wood and straw 0.43 ( ) 0.43 ( ) 0.43 ( ) 0.43 ( ) Textiles 0.24 ( ) 0.24 ( ) 0.24 ( ) 0.24 ( ) Disposable nappies 0.24 ( ) 0.24 ( ) 0.24 ( ) 0.24 ( ) Bulk MSW 0.21 ( ) 0.18 ( ) 0.17 ( ) 0.19 ( ) Sewage sludge 0.05 ( ) 0.05 ( ) 0.05 ( ) 0.05 ( ) Industrial waste 0.15 (0-0.54) 0.15 (0-0.54) 0.15 (0-0.54) 0.15 (0-0.54)

18 MCF ve DOC

19 k; Reaksiyon Hız Sabiti Em (t) = {[ x (1945, t) M x * DOC x * f * k x * e kx*(t-x) * F * 16/12 * MCF] rec(t)} * (1-ox) k = ln(2)/t1/2= ln(2)/t1/2 k değeri atık türüne ve iklim bölgesine göre değişir k (reaction rate constant) Climate zone Degradability Type of waste Boreal & temperate (MAT<20 C) Tropical (MAT>20 C) Dry (MAP/PET<1) Wet (MAP/PET>1) MAP<1000mm MAP>1000mm Default Range Default Range Default Range Default Range Slow Paper, textile 0, , , , Wood, straw 0, , , , Moderate Other putresc 0, , , , Garden, park Bulk MSW 0, , , , Industrial 0, , , , Rapid Food, sewage 0, , , , sludge MAT mean annual temperature MAP mean annual precipitation PET potential evapotranspiration

20 Metan Oksitlenmesi Metanın bakteriler yoluyla oksidasyonunu optimize etmek için, özgün kimyasal özelliklere (ph, tuz), yeterli organik maddeye ve özgün fiziksel özellikler sahip katman Waste body Air Landfill gas Clean gas Humic top layer Methane oxidation layer Gas distribution layer Uygulamada, kullanılan madde (organik madde, ph, tuz), tabaka kalınlığı, yerel iklim (su varlığı, çatlaklar), vb büyük değişikliklere neden olur. IPCC- varsayılanlar: Kapatılmamış/ yönetilmeyen=> oksidasyon olmaz Oksitleyici madde ile kapatılmış ve yönetilen=> %10 oksidasyon (Geçici) örtü olarak hangi maddeler kullanılır? Toprak => %10 önerilir Kaya=> %0 önerilir

21 Metan Oksitlenmesi

22 Toplama Oranı IPCC-varsayılan= yönetilen atıklar için 0,2 Önerilen; - Toprak örtü ile< 1,0 m: 0,4-0,6 - Toprak örtü ile> 1,0 m: 0,5-0,7 - İşletme sonrasında geçirimsizlik: 0,8-0,95

23 m3/h of L F G Mg C H4/year Sonuçlar L F G generation and recovery Methane recovery, oxidation and emis s ion 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 1,5 1,0 0,5 0, Y ear 4,0 2,0 0, Y ear L F G recovery L F G generation C H4 recovery C H4 oxidation C H4 emission

24 Maliyet Etkinliği Önerilen < 5,-/ton CO 2 eq = kabul edilebilir > 15,-/ton CO 2 eq = aşırı yüksek > 5,- ve < 15,-/ton CO 2 eq = gri alan Maliyet etkinliğinde gri alan aşağıdakilere bağlıdır: Metan emisyon azaltımına biçilen değer Yerel koku sorunu Gaz kaçağı olasılığı İşleticinin mali durumu.

25 Depo gazı kullanımı Doğrudan kullanılan LFG: 4,5 kwht/m 3 Elektrik üretimi: 1,3-1,8 kwhe/m 3 Elektrik üretimi+ ısı yalıtımı: 4,0 kwhe+t/m 3

26 Örnek Uygulama (Depo gazı üretilmesi ve toplanması) Hesaplamalar, IPCC standartlarına ve matematiğe dayanan Basit Çöp Gazı Üretim ve Emisyon Modeli kullanılarak yapılmıştır. Depo gazı toplama tesisinin kurulacağı alan belirlenir. Yeşil daire içine alınmış alanların depo gazı toplama için potansiyel olarak uygun olduğu değerlendirilmektedir.

27 Örnek Uygulama (Depo gazı üretilmesi ve toplanması) Depo gazı üretim ve toplama modellemesi için yapılan varsayımlar; Sadece depo sahasındaki 1 ve 2 no.lu alanlar depo gazı toplamaya uygundur; İşletme dönemi döneminde saha rehabilitasyon çalışmaları gerçekleştirilecektir. Atık üzerine toprak örtü (1 m) uygulaması yapılacaktır. Sahanın faaliyete geçişinden beri depolanan atık miktarının her yıl artmış olduğu varsayılarak, atık kabulüyle ilgili geçmişe yönelik bilgiler mevcut olmadığından depo gazı üretimi hesaplamalarında ortalama miktar ton/yıl olarak varsayılmaktadır. Alternatif olarak, gaz üretim tahminleri 1981 ve 2011 yılları arasındaki nüfus artışı esas alınarak da yapılabilir. Evsel katı atıklar ile birlikte bahçe/park atıkları ve ticari/kurumsal atıklar da depolanmaktadır. Atığın Bozunabilir Organik Karbon (DOC) içeriği 0,17 dir (ıslak ağırlık esasında) İklim verilerine dayalı reaksiyon oranı sabiti (k-değeri) 0,06 dır. Metan Düzeltme Faktörü (MCF) 0.75 dir. %60 lık bir depo gazı toplama verimliliği varsayılmaktadır. Depo gazı toplama işlemi 2014 yılında başlayacaktır.

28 m3/h of LFG Örnek Uygulama (Depo gazı üretilmesi ve toplanması) Basit Depo Gazı Üretim ve Emisyon Modeli sonuçlarına göre depo gazı üretim eğrisi, tahmini depo gazı toplama oranları; 792 m 3 /h 900,0 800,0 700,0 421 m 3 /h 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0, LFG recovery Yıl LFG generation MCF = 0,7, toplama verimliliği = 0,5; 2014 için depo gazı toplama oranı = 328 m 3 /h; MCF = 0,8, toplama verimliliği = 0,7; 2014 için depo gazı toplama oranı = 524 m 3 /h

29 Rehabilite edilmiş saha/ Mersin

30 TEŞEKKÜRLER 30