ÇEVRE VE ŞEHİRCİLİK BAKANLIĞI Çevre Yönetimi Genel Müdürlüğü DEPO GAZININ TOPLANMASI VE DEĞERLENDİRİLMESİ Demet ERDOĞAN Çevre ve Şehircilik Uzmanı ANTALYA, 2012
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
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.
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
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.
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 0,0 198719921997200220072012201720222027203220372042 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 2.000,0 1.500,0 1.000,0 500,0 Year CH4 recovery CH4 oxidation CH4 emission
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.
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) 1600 150 İçten yanmalı motor (>800 kw) 1200 130 Gaz türbini (> 3 MW) 1000 90 Mikrotürbin (< 1MW) 3800 260
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) 400 40 Boru hattı / kondensat yönetimi /km 230000 İhmal edilebilir
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 0,27 800 0,22 2000 0,18 4000 0,16 8000 0,13
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
Veri Girişi ve Hesaplamalar
Veri Girişi ve Hesaplamalar
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)
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
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%) 20 15 10 5 0 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060 2065 25 Unmanaged (MCF=0,8, Year CH4 recovery Ox=0%, CH4 rec=0%) oxidation CH4 emission 20 15 10 5 0 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060 2065 Year CH4 recovery CH4 oxidation CH4 emission
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 (0.08-0.20) 0.15 (0.08-0.20) 0.15 (0.08-0.20) 0.15 (0.08-0.20) Garden 0.20 (0.18-0.22) 0.20 (0.18-0.22) 0.20 (0.18-0.22) 0.20 (0.18-0.22) Paper 0.40 (0.36-0.45) 0.40 (0.36-0.45) 0.40 (0.36-0.45) 0.40 (0.36-0.45) Wood and straw 0.43 (0.39-0.46) 0.43 (0.39-0.46) 0.43 (0.39-0.46) 0.43 (0.39-0.46) Textiles 0.24 (0.20-0.40) 0.24 (0.20-0.40) 0.24 (0.20-0.40) 0.24 (0.20-0.40) Disposable nappies 0.24 (0.18-0.32) 0.24 (0.18-0.32) 0.24 (0.18-0.32) 0.24 (0.18-0.32) Bulk MSW 0.21 (0.12-0.28) 0.18 (0.12-0.28) 0.17 (0.12-0.28) 0.19 (0.12-0.28) Sewage sludge 0.05 (0.04-0.05) 0.05 (0.04-0.05) 0.05 (0.04-0.05) 0.05 (0.04-0.05) Industrial waste 0.15 (0-0.54) 0.15 (0-0.54) 0.15 (0-0.54) 0.15 (0-0.54)
MCF ve DOC
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 0,040 0.03 0.05 0,060 0.05 0.07 0,045 0.04 0.06 0,070 0.06 0.085 Wood, straw 0,020 0.01 0.03 0,030 0.02 0.04 0,025 0.02 0.04 0,035 0.03 0.05 Moderate Other putresc 0,050 0.04 0.06 0,100 0.06 0.10 0,065 0.05 0.08 0,170 0.15 0.20 Garden, park Bulk MSW 0,050 0.04 0.06 0,090 0.08 0.10 0,065 0.05 0.08 0,170 0.15 0.20 Industrial 0,050 0.04 0.06 0,090 0.08 0.10 0,065 0.05 0.08 0,170 0.15 0.20 Rapid Food, sewage 0,060 0.05 0.08 0,185 0.10 0.20 0,085 0.07 0.10 0,400 0.17 0.70 sludge MAT mean annual temperature MAP mean annual precipitation PET potential evapotranspiration
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
Metan Oksitlenmesi
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
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 0,0 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060 2065 Y ear 4,0 2,0 0,0 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060 2065 Y ear L F G recovery L F G generation C H4 recovery C H4 oxidation C H4 emission
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.
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
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.
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 1981-2011 2012-2013 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 75.000 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.
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 0,0 1987 1992 1997 2002 2007 2012 2017 2022 2027 2032 2037 2042 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
Rehabilite edilmiş saha/ Mersin
TEŞEKKÜRLER 30