Geri Dön

National inventory of N2O emissions from agriculture and waste sectors: Emission estimation and uncertainty analysis

Tarım ve atik sektörleri için ulusal N2O emisyon envanteri: Emisyon hesaplamasi ve belirsizlik analizi

PDF İndir

  1. Tez No: 518088
  2. Yazar: MELTEM TAŞKIN ÇETİNKAYA
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. BURÇAK KAYNAK TEZEL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2018
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 127

Özet

Dünya'nın atmosferinde bulunan bazı gazlar güneşten gelen ve yeryüzünden yansıyan kızıl ötesi ışınları tekrar dünya yüzeyine yansıtması nedeniyle dünya sıcaklığının artmasına neden olmaktadır ve bu ısınmaya neden olan etkiye sera etkisi, gazlara ise sera gazları denilmektedir. Dünya'nın ısısının artması ise iklim değişikliğine neden olmaktadır. İklim değişikliği 18. yüzyılda endüstri devrimi ile birlikte belirgin olmaya başlamıştır. Endüstri devriminden günümüze gelindiğinde Dünya'nın ortalama sıcaklığında her geçen sene bir miktar artış gözlemlenmektedir. Küresel ısınmayı ve iklim değişikliğini önlemek ve/veya en aza indirgemek için uluslararası kuruluşlar çaba sarf etmektedir. Bu konuda devletlerin katılımı ile çeşitli anlaşmalar imzalanmıştır. İlk iklim değişikliği anlaşması Birleşmiş Milletler İklim değişikliği Çerçeve Sözleşmesi Rio de Jenerio kentinde 1992 yılında ülkelerin katılımıyla gerçekleşmiştir. Bu anlaşmanın temel amacı iklim değişikliğine karşı küresel bir tepki oluşturmaktır. 2004 yılında Türkiye de anlaşmayı imzalamıştır. Daha sona yine Birleşmiş Milletler tarafından Kyoto protokolü imzalanmıştır. Anlaşmalar arasındaki fark Kyoto protokünde hukuki işlem ve süreçlerin önü açılmıştır. Bu amaçlar ile ilgili en son imzalanan anlaşma Paris İklim Değişikliği anlaşması olup 195 ülke tarafından imzalanmıştır. Anlaşmanın önemli bir hedefi küresel sıcaklık artışının yüzyılın sonuna kadar 2 derecenin altında tutulması sağlamaktır. Atmosferde birçok sera gazı çeşidi bulunmaktadır ve ısı tutma kapasiteleri birbirinden farklıdır. Bütün sera gaları, kendilerinin CO2'ye oranla ısı tutma kabiliyetlerini nitelendiren bir küresel ısınma potansiyeline sahiptir. Örneğin nitrosoksit 298 eşdeğer karbondioksit iken metan 24 eşdeğer karbondioksit olarak hesaplanmıştır. Başlıca sera gazları karbondioksit (CO2), metan (CH4), nitros oksit (N2O), ozon (O3), su buharı (H2O), kloroflorokarbon (CFCs), perflorokarbon (PFCs), sülfür hekzaflorür (SF6). İklim değişikliğine etkisi olan sera gazlarını ülkeler miktar olarak salınımı hesaplamaktadırlar. Bunun için kendilerine ait emisyon envanterleri oluşturmaktadırlar. Sera gazları hesaplanırken Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli (IPCC) hesaplama yöntemi kullanılmaktadır. Ayrıca bazı emisyon hesaplama yazılımları mevcuttur. Ülkeler bu program ve/veya yöntemleri geliştirerek kendi hesaplama yöntemlerini de oluşturduğu görülmektedir. IPCC nin hesaplama yönteminde Kademe 1, Kademe 2 ve Kademe 3 olarak ayrılmaktadır. Kademe 1'de giriş verileri ülkeye özgü bazı parameter ve emisyon faktörleri ile IPCC nin belirlediği varsayılan değer kullanılmaktadır. Kademe 2'de ise veriler ve emisyon faktörü de hesaplanan ülke verilerine özgü değerler kullanılır. Kademe 3'de ise daha karmaşık yapılar ve modeler kullanılır. Hesaplama yapıldıktan sonra belirsizlik analizi yapılarak elde edilen sonucun ne kadar tutarlı olduğu ölçülür. Bu kapsamda emisyon belirsizliğinde genellikle Monte Carlo metodolojisi kullanılarak hesap yapılır. Monte Carlo yöntemi girdilerin olasılık dağılımlarını kullanarak rassal değişim yöntemi ile iterasyon yaparak sonuç verisi için olasılık dağılım fonksiyonu oluşturmasıdır. Bu çalışmada sera gazlarından N2O emisyonu hesaplanmıştır ve belirsizlik analizi yapılmıştır. Türkiye'de tarımsal topraklar ve atık sektöründen oluşan N2O emisyonları hesaplanmıştır. IPCC nin hesaplama yöntemi kullanılmıştır. Hesaplama yapılırken IPCC, Türkiye İstatistik Kurumu, T.C. Gıda Tarım ve Hayvancılık Bakanlığı gibi kurumların yayınladığı veriler, daha önce yapılan çalışmalar ve bazı makalelerden veriler temin edilmiştir. N2O emisyonu, yönetilen topraklar başlığı altında tarımdan ve gübre yönetiminden ve anızların yakılmasından kaynaklanan emisyonlar olmak üzere üçe ayrılır. Atık sektörü ise atıksu arıtma tesisleri, kompostlar ve atıkların açıkta yakılması olarak ayrıca hesaplanmıştır. Bu sözü edilen emisyon kaynakları doğrudan emisyon kaynaklarıdır. Dolaylı emisyon kaynakları ise bu proseslerde üretilen emisyonun atmosferde depolanma, toprakta yüzeysel akış ve yıkanma yoluyla emisyon kaynağını oluşturabilmektedir. Bu çalışmada 2011 ve 2015 yılları arası hem dolaylı hem de doğrudan emisyon kaynakları hesaplanmıştır. Hesaplanan değerler, Birleşmiş Milletler Gıda ve Tarım Örgütü (FAO) ve Türkiye İstatistik Kurumu (TURKSTAT) ile kıyaslanmıştır. Elde edilen sonuçlarda 2011 yılında tarımsal kaynaklı emisyonların sonucu FAO, TURKSTAT ve yapılan çalışmada sırasıyla 54.44, 64.55, 66.79 Gg N2O/yıl bulunmuştur. Gübre yönetimi kaynaklı emisyon hesaplamasında ise sırasıyla 0.47, 8.68, 9.11 Gg N2O/yıl bulunmuştur. Aradaki farkın yüksek olması seçilen gübre yönetimi sistemlerinden kaynaklı olduğu tahmin edilmektedir. Anız yakılması (tarım artıkları) sonuçları kıyaslandığında ise sırasıyla 0.25, 0.28, 0.29 Gg N2O/yıl olmuştur. Bu parametrede üç sonuç kendi içinde tutarlı olduğu görülmektedir. Atık sektöründe ise karşılaştırma TURKSTAT ile yapılmıştır. TURKSTAT ve yapılan çalışmada bulunan 2011 yılı atıksu arıtma tesisi, kompost ve atıkların yakılması sonucu oluşan emisyon miktarları; sırasıyla atıksu arıtma tesisi için 6.25, 5.34 Gg N2O/yıl, kompost kaynaklı emisyon miktarı 0.04 ve 0.04 Gg N2O/yıl atıkların yakılması ile oluşan emisyon miktarı ise sırasıyla 0.01 ve 0.01 Gg N2O/yıl hesaplanmıştır. Toplam atık sektörü kaynaklı emisyon miktarı TURKSTAT hesaplanan değer 6.30 ve bu çalışmada hesaplanan değer 5.39 Gg N2O/yıl olmuştur. 2015 yılı toplam elde edilen değerler incelendiğinde yönetilen topraklar (tarımsal topraklar + gübre yönetimi + anız yakılması) hesaplandığında FAO 67.15, TURKSTAT 87.59 ve yapılan çalışmada 88.05 Gg N2O/yıl bulunmuştur. Atık sektörü kaynaklı (atıksu arıtma tesisi + kompost + atıkların yakılması) emisyonların 2015 yılı için TURKSTAT 6.84, bu çalışmada elde edilen değer ise 7.04 Gg N2O/yıl olarak hesaplanmıştır. Aradaki fark atıksu emisyonlarının sonuçları farklılığından kaynaklanmaktadır. Genel olarak sonuçlar karşılaştırıldığında çalışma sonucu elde edilen değerler TURKSTAT verileri ile fark %3'ün altında olmaktadır. Öte yandan, FAO verilerine göre, farklılıkların daha da büyümesi ve yaklaşık %30-35 oranı arasında farklı sonuç verdiği görülmüştür. Verilerde FAO ve TURKSTAT karşılaştırıldığında sonuçlar arasında fark bulunmuştur. Bu farklılığın nedeni yukarıda sözü edilen gübre yönetimi hesaplanmasında ortaya çıkan farklı giriş verileri nedeniyle olduğu düşünülmektedir. Hesaplamalarda Türkiye'de oluşan tarımsal kaynaklı ve atık sektörü kaynaklı doğrudan ve dolaylı emisyonların toplam değerleri hesaplanmıştır. Ayrıca hesaplanan değerler Türkiye'nin şehirleri için ayrı ayrı emisyon kırılımları için hesaplanarak harita üzerinde emisyon miktarları gösterilmiştir. Toplam doğrudan ve dolaylı emisyon miktarları 2011 yılı için 116,21 Gg N2O/yıl aynı zamanda 34629,07 CO2 eşdeğeri/yıl'dır. 2012 yılı 125,05 Gg N2O/yıl ve 37263,92 CO2 eşdeğeri/yıl, 2013 yılı değerleri 128,56 Gg N2O/yıl ve 38311,22 CO2 eşdeğeri/yıl'dır. 2014 yılı için hesaplanan değerler 128,81 Gg N2O/yıl ve 38385,46 CO2 eşdeğeri/yıl'dır. 2015 yılı için hesaplanan emisyon miktarları ise 130,27 Gg N2O/yıl ve 38819,16 CO2 eşdeğeri/yıl'dır. 2011 yılı şehirler için hesaplanan emisyon miktarlarına bakıldığında toplam doğrudan en çok emisyon miktarına sahip olan iller Konya, Ankara and Şanlıurfa dır. Hesaplanan değerleri ise sırasıyla 5141, 3843 ve 2476 ton/yıl dır. 2011 yılı için hesaplanan dolaylı emisyon kaynaklı miktarlara bakıldığında, Konya, Ankara ve Erzurum en çok dolaylı N2O emisyonuna sahip olan illerdir. Sırasıyla 1531, 968 ve 791 ton/yıl dır. 2015 yılı şehirler için hesaplanan emisyon miktarlarına bakıldığında toplam doğrudan en çok emisyon miktarına sahip olan iller Konya, Ankara and Şanlıurfa dır. Hesaplanan değerleri ise sırasıyla 6420, 4271 ve 3239 ton/yıl dır. 2011 yılı ile kıyaslandığında %25, %11 ve %16 emisyon artışı görülmektedir. 2015 yılı için hesaplanan dolaylı emisyon kaynaklı miktarlara bakıldığında, Konya, Ankara ve Erzurum en çok dolaylı N2O emisyonuna sahip olan illerdir. Sırasıyla 1614, 914 ve 755 ton/yıl dır. 2011 yılı ile kıyaslandığında 5%, -5% and -4% emisyon miktarında değişim görülmektedir. Önceki araştırma çalışmalarında kullanılan @RISK programı ile Monte Carlo yöntemi kullanılarak belirsizlik analizi yapılmıştır. Yapılan belirsizlik analizi sonuçlarına bakıldığında toplam emisyon değerinin ortalaması ve %95 güven aralığı sonuçları bulunmuştur. Ortalama değer 98,04 Gg N2O/yıl, %95 güven aralığı değerleri ise 31,40 ve 230,39 Gg N2O/yıl dır. Gübre yönetimi kaynaklı emisyon belirsizliğinde ise 14,38 Gg N2O/yıl %95 güven aralığı değerleri ise 3,62 ve 35,78 Gg N2O/yıl dır. Atık sektörü kaynaklı emisyon değeri 7,29 Gg N2O/yıl %95 güven aralığı değerleri ise 2,01 ve 15,75 Gg N2O/yıl olarak hesaplanmıştır. Toplam N2O emisyonlarında %95 güven aralığı değerleri -68% ve 135%'tir. Hesaplanan belirsizlik değerleri İngiltere ve Finlandiya için yayınlanan makaleler ile kıyaslandığında % 95 güven aralığında N2O emisyon tahmininde belirsizlik değeri (%-68, %135) İngiltere için (%-59, %124), Finlandiya için (%-52, %70) olarak hesaplanmıştır. Finlandiya'nın belirsizliğinin düşük olmasının nedeni kendi emisyon faktörünü kullanarak Kademe 2 ile hesaplama yapılmasının sonucudur. İngiltere ve bu çalışmada Kademe 1 kullanılarak belirlenmiş emisyon faktörü kullanılmıştır. Hesaplamanın ardından yapılan hassasiyet analizi Spearman rank korelasyon katsayısının sonucu emisyon faktörlerinin, elde edilen sonucu en fazla etkileyen parametre olduğu ortaya çıkmıştır. EF1“azot girdilerinden N2O emisyonları için emisyon faktörü”ve EF1fr“çeltik alanlarının azot girdilerinden N2O emisyonları için emisyon faktörü”olup Spearman rank korelasyon katsayıları sırasıyla 0,72 ve 0,54'tür. Diğer etkili parametre“1000 kg hayvan başına günlük azot atılımı”dır.

Özet (Çeviri)

One of the factors that make greenhouse gases important is that its contribution to climate change. They can absorb energy from infrared (IR) radiation and gas molecules are gained extra energy thereafter, molecules give up energy by emitting another infrared photon. This process causes trapping heat in the atmosphere. The increase in the temperature of the Earth causes climate change. Climate change began to become evident in the 18th century with the industrial revolution. When it comes day by day from the industrial revolution, a slight increase is observed every year in the average temperature of the world. International organizations are striving to prevent global warming and climate change and/or to reduce the most. Various agreements have been signed with the participation of the states. The first climate change agreement The United Nations Framework Convention on Climate Change was held in Rio de Janeiro in 1992 with the participation of countries. The primary aim of this deal is to create a global response to climate change. Turkey had also signed the agreement in 2004. The United Nations subsequently signed the Kyoto Protocol. The difference between the treaties is that the legal procedures and processes are opened in the Kyoto Protocol. The latest agreement on these aims is the Paris Climate Change Agreement, signed by 195 countries. An important goal of the agreement is to ensure that global temperature increases are kept below 2 degrees until the end of the century. There are many types of greenhouse gases in the atmosphere and the heat holding capacities are different from each other. All greenhouse gases have a global warming potential that characterizes their ability to hold heat concerning CO2. For example, nitrous oxide is 298 equivalents of carbon dioxide while methane is calculated as 24 equivalents of carbon dioxide. The primary greenhouse gases are carbon dioxide (CO2), methane (CH4), nitrous oxide (N2O), ozone (O3), water vapor (H2O), chlorofluorocarbons (CFCs), perfluorocarbons (PFCs), sulfur hexafluoride (SF6). Countries calculate national greenhouse gas emission inventories, which are estimated to understand the effects of climate change. In addition, international agreements are being made with the participation of governments to prevent climate change. When calculating emissions of greenhouse gases, the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) has a guideline for the calculation method. There is also some software available. It seems that countries have also developed their own programs and/or methods to develop calculation methods for national emission calculations. In the calculation method of IPCC, Tier 1, Tier 2 and Tier 3 are separated for find out more representative results. In Tier 1, some parameters and input factors are country specific and emission factor are used as default values suggested by the IPCC. In Tier 2, the data and the emission factors that are used to calculate the national emissions are specific values. In Tier 3, more complex structures and models are used for emission calculations. After the calculation is made, the uncertainty analysis is performed to determine how certain the results are. In this context, emission uncertainty is usually calculated using the Monte Carlo methodology. The Monte Carlo method generates input and output probability distribution functions by iterating randomly using the probability distributions of the inputs. In this study, a greenhouse gas, N2O emissions were calculated and uncertainty analysis was performed. N2O emissions from managed soils, and waste sector were calculated for Turkey. The calculation method of IPCC Tier 1 was used. Uncertainty and sensitivity analysis were performed via @RISK programme. Emission factors, and input activity data had been obtained from previous studies, IPCC Guidelines, Turkey Statistical Institute. In addition, the data published by institutions such as the Ministry of Food, Agriculture and Livestock were also used. Indirect emission sources can produce emission in these processes by depositing in the atmosphere, leaching and runoff. In this study, both indirect and direct emission sources were calculated between 2011 and 2015. Calculated values of the United Nations Food and Agriculture Organization (FAO) and the Turkey Statistical Institute (TURKSTAT) were compared. The resulting from agricultural emissions were 54.44, 64.55, 66.79 Gg N2O/year for the FAO, TURKSTAT and our study respectively, in 2011. In the calculation of emissions from manure management, 0.47, 8.68, 9.11 Gg N2O/year were found respectively. It is estimated that the difference is high due to selected manure management systems. When the results of the burning of crop residue (agricultural waste) were compared, it was 0.25, 0.28, 0.29 Gg N2O/year respectively. Three results in this parameter appear to be consistent within themselves. In the waste sector, results compared with TURKSTAT data these were the amount of emissions resulting from the compost, wastewater treatment plant and compost. The amount of emissions from wastewater treatment plants were 6.25, 5.34 Gg N2O/year, the amount of emissions from compost 0.04 and 0.04 Gg N2O/year, respectively. The amount of emissions generated by open burning of waste were 0.01 and 0.01 Gg N2O/year, respectively. The amount of emission from the total waste sector was 6.30 Gg N2O/year in TURKSTAT and the calculated value in this study was 5.39 Gg N2O/year. When the total obtained values were examined in 2015, FAO 67.15, TURKSTAT 87.59 and 88.05 Gg N2O/year were found when managed soils (agricultural soils + manure management + open burning of crop residue) were calculated. Emissions from the waste sector (wastewater treatment plant + compost + open burning of waste) were calculated as TURKSTAT 6.84 for 2015 and 7.04 Gg N2O/year for this study. The difference arises from the difference in the results of wastewater emissions. In general, when the results are compared, the results obtained differences are less than 3% with the TURKSTAT data. On the other hand, according to the FAO data, it is seen that the differences have grown even more and have resulted in different results of about 30-35%. There was a difference between the results when FAO and TURKSTAT were compared. The reason for this difference is thought to be due to the different input data generated in the fertilizer management calculation mentioned above. In the calculations, the total values of direct and indirect emissions from agricultural and waste sector were calculated. Total direct and indirect emission amounts were 116.21 Gg N2O/year. In 2011, emission amounts are 34629.07 Gg CO2eq/year. The year of 2012 emissions amounts 125.05 Gg N2O/year and 37263.92 Gg CO2eq/year, the year 2013 values were 128.56 Gg N2O/year and 38311.22 Gg CO2eq/year. The values were 128.81 Gg N2O/year and 38385.46 Gg CO2eq/year for 2014. The calculated amounts of emissions were 130.27 Gg N2O/year and 38819.16 Gg CO2eq/year for 2015. The calculations made were compared to TURKSTAT and FAO data. In the estimated amounts of N2O emissions for the year 2011, the provinces with the highest total direct emissions were Konya, Ankara and Şanlıurfa. Calculated values were 5141, 3843 and 2476 tons/year, respectively. Konya, Ankara and Erzurum had the most indirect N2O emissions. Their calculated amounts were 1531, 968 and 791 tons/year in 2011, respectively. The amount of total emissions were calculated for cities in the year 2015, the highest direct emissions were from Konya, Ankara and Şanlıurfa. Calculated values were 6420, 4271 and 3239 N2O tons/year respectively. Compared with 2011, there were 25%, 11% and 16% increase in the emissions. Konya, Ankara and Erzurum had the most indirect N2O emissions of 1614, 914 and 755 tons/year in 2015, respectively. Compared to 2011, there were changes in the emissions of 5%, -5% and -4% respectively. When the total N2O emissions for 2015 were examined, FAO reported 67.151 TURKSTAT reported 87.592 and this study calculated 88.058 Gg N2O/year for managed soils (agricultural soils + manure management + open burning of agricultural residue). Emissions from the waste sector (wastewater treatment plant + compost + open burning of waste) were calculated as 7.049 Gg N2O/year for 2015. When compared with TURKSTAT estimation (6.843 Gg N2O/year), our emissions was slightly higher. Uncertainty analysis was performed using the Monte Carlo method with the @RISK program. Direct N2O emissions were estimated for managed soil, manure management, waste and total, with the uncertainty expressed as 95% confidence intervals. Total emission mean was 98.04 Gg N2O/yr with 95% confidence interval of (31.40-230.39). Emission from managed soil was 85.39 Gg N2O/yr with 95% confidence interval of (20.81-216.49). Emission from manure management was 14.38 Gg N2O/yr with 95% confidence interval of (3.62-35.78). Emission from waste sector was 7.29 Gg N2O/yr with 95% confidence interval of (2.01-15.75). 95% confidence interval for the total N2O emission estimate was given between -68% to 135%. According to the Spearman rank correlation coefficient for sensitivity analysis, emission factors were found as the most influencing inputs to emission calculations. These are EF1 emission factor for N2O emissions from N inputs and EF1fr the emission factor for N2O emissions from N inputs to flooded rice. Spearman rank correlation coefficients were 0.72 and 0.54 for EF1 and EF1fr, respectively. Another important parameter was the default N excretion rate (per 1000 kg animal mass).

Benzer Tezler

  1. Tez No

    451029

    Evsel atık su arıtma tesislerinden kaynaklanan sera gazı salımının tahmini

    Estimation of greenhouse gas emission from domestic wastewater treatment plants

    HAZAL GÜLHAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İZZET ÖZTÜRK

  2. Tez No

    389398

    Çevresel tesislerden kaynaklanan sera gazı emisyonlarının hesaplanması

    Greenhouse gases calculations from enviromental facilities

    MEHMET ERDOĞAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA SAİT YAZĞAN

  3. Tez No

    611530

    Development of electricity production from lignite and hard coal LCA processes for future national database of Turkey

    Türkiye'nin gelecek ulusal veri tabanı için linyit ve taşkömüründen elektrik üretimi YDD proseslerinin geliştirilmesi

    AYDIN MAMMADOV

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Çevre MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Çevre Bilimleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİLGÜN CILIZ

  4. Tez No

    323668

    Compilation of an industrial emission inventory for Turkey

    Türkiye için endüstriyel emisyon envanteri oluşturulması

    ÜMMÜGÜLSÜM ALYÜZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KADİR ALP

  5. Tez No

    392956

    Bir otomobil fabrikasında karbon envanterinin oluşturulması

    Carbon inventory study of an automobile manufacturing plant

    SELİM ERBİL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ

Geri Dön