Geri Dön

Environmental and economic assessment of zero waste management

Sıfır atık yönetiminin çevresel ve ekonomik sonuçlarının değerlendirilmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 858250
  2. Yazar: KADRİYE ELİF MAÇİN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. OSMAN ATİLLA ARIKAN, DOÇ. DR. ANDERS DAMGAARD
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 284

Özet

Katı atık üretimi, doğal kaynakların tükenmesi nedeniyle günümüzde önemli bir çevre sorunudur. Miktarı hızla artan atıkların yönetimi gün geçtikçe zorlaşmaktadır. Bu durum son yıllarda sıfır atık (SA) olarak adlandırılan yeni bir kavramın gelişmesine neden olmuştur. SA'nin temel amacı, atıkları maddenin yaşam sonu yerine bir ara aşama olarak ele alarak kaynakların korunmasıdır. SA için diğer bir yaklaşım, son yıllarda popüler olan“Düzenli depolama tesislerine (DDT) atık göndermeme veya SA gönderme veya atık saptırma”hedefidir. AB ülkeleri, 2035 yılına kadar belediye atıklarının en fazla %10'unu düzenli depolamaya göndermeyi ve geri dönüşüm oranını %50'den %65'e çıkartmayı hedeflemektedir. Kentsel katı atıklar'ın (KKA) daha iyi yönetimini kolaylaştırmak için bir dizi önlem alınmış ve tesisler kurulmuştur. DDT'ye SA gönderimine dair hedefler, Türkiye'de dahil olmak üzere dünya çapında önemli bir ilgi kazanmıştır. Türkiye'deki durum incelendiğinde 2003-2017 yılları arasında DDT sayısının 15'ten 87'ye çıktığı görülmektedir. Vahşi depolama sorununa çözüm olarak inşa edilen DDT'ler aslında atık hiyerarşisinde en alt sırada yer almaktadır. Türkiye yılda yaklaşık 31,5 milyon ton atık uretmektedir. Buna rağmen 2020 yılında atıkların %17'si hala belediye çöplüklerine gönderilirken, yalnızca %13,2' si geri dönüştürülmüştür. Türkiye, Sıfır Atık Yönetmeliği ile 2019 yılında yeni bir hedefi gündeme getirmiştir. 2019 yılında yayınlanan Sıfır Atık Yönetmeliği, Türkiye'de eğitim kurumları da dahil olmak üzere birçok kurum için SA uygulamalarına başlamayı zorunlu hale getirmiştir. Ülkedeki mevcut SA uygulamaları atıkların DDT'den uzaklaştırılması üzerine yoğunlaşmaktadır. Bertaraf tesislerine gönderilen atık miktarının azaltılması önemli olmakla beraber, bu gelişmenin ne gibi çevresel ve ekonomik değişimlere neden olduğu incelenmelidir. Bu tezin amacı, giderek artan şekilde uygulanan SA uygulamaları bağlamında atık yönetim senaryolarının çevresel ve ekonomik sonuçlarını değerlendirmektir. Ayrıca bu çalışma, KKA'ın sürdürülebilirliğini SA hedefi aracılığıyla çoklu ölçekte (İstanbul ve Ayazağa Kampüsü) değerlendirmektedir. Tez, kurumların malzeme akış analizi (MAA) ve yaşam döngüsü değerlendirmesi (YDD) araçlarını kullanarak hedefe yönelik bir atık yönetim stratejisi geliştirmelerine yardımcı olan bir çerçeve sunmaktadır. Çerçevenin sunulmasına ek olarak, birincil ve ikincil veriler kullanılarak kampüs ölçeğinde bir vaka çalışması yapılmıştır. Çerçeve, önceden veri bulunmadığını varsaymaktadır. Vaka çalışması, kampüsteki birincil verileri toplayarak başlamaktadır. İstanbul Teknik Üniversitesi'nin Ayazağa Yerleşkesi SA yönetim (2019) öncesi ve (2022) sonrasında birincil ve ikincil verileri toplamak üzere saha çalışamaları için (i) akademik (ii) idari (iii) konut/yurt ve (iv) kafeterya olmak üzere dört farklı gruba ayrılmıştır. Önce ilk saha çalışması yapılmış (atık karakterizasyonu ve geri dönüşüm potansiyelinin belirlenmesi) ve ardından yeni konteynerler yerleştirilmiştir. Öğrencilere ve kampüs personeline SA yönetimi uygulamaları kapsamında hem yüz yüze hem de online seminerlerle eğitimler verilmiştir. Daha sonra ikinci saha çalışması tamamlanmıştır. Vaka çalışmasının sonuçlarına göre, bölgelerde atık üretim oranı 0,045-0,190 kg/kişi/gün arasında değişmektedir ancak ikinci saha çalışmasında bu oran 0,011-0,117 kg/kişi/gün'e düşmüştür. İlk saha çalışmasında potansiyel geri dönüşüm oranı %76,3 iken ikinci çalışmada bu oran %68,2 olmuştur. Ayrıca MAA sonuçları, DDT sapmasının %29,8 ile ~%99-100 arasında değiştiğini göstermektedir. DDT'lere giden atık miktarı çok azalsa da yakma tesisinden çıkan kalıntıların veya küllerin bir kısmı yine de DDT'de bertaraf edilecektir. Ayrıca, atıkları düzenli depolama alanından başka yöne yönlendirmek her zaman döngüselliğe neden olmamaktadır veya SA hedeflerine yönelik sürdürülebilir tüketim ve halk davranışlarını doğrudan ele almamaktadır. Çalışmada önerilen atık çerçevesi, kampüs tabanlı ve hedef odaklı atık yönetim çalışmalarındaki potansiyel zorluklara önceden cevap vermeyi amaçlamaktadır. Diğer kurumlardan ve kampüslerinden gelecekte yapılacak vaka çalışmaları, bu metodolojinin doğrulanmasına ve geliştirilmesine yardımcı olacaktır. Ayazağa atık karakterizasyon sonuçlarına göre, SA yönetim sistemi kurma çalışmaları da atık oluşumunda azalma ve geri dönüşüm performansında artış sağlamıştır. Ancak, halk bilinçlendirme faaliyetlerini değerlendirmek için daha fazla çalışmaya ihtiyaç vardır. Çerçeve ve vaka çalışmalarına ek olarak, İTÜ Ayazağa kampüsü temel alınarak daha döngüsel ve karbondan arındırılmış bir ekonomi sağlamak için yılda 577 ton kaynağında ayrılmış gıda atığını fonksiyonel birim kabul eden bir vaka örneği geliştirilmiştir. YDD sürecesinde EASETECH programı kullanılmıştır. Anaerobik çürütme, kompostlaştırma, yakma ve düzenli depolama olmak üzere dört senaryo değerlendirilmiştir. Bunlardan yakma, en yüksek CO2 eşdeğeri tasarrufuna sahipken (- 192 kg CO2-eş/ton gıda atığı), kaynakların korunmasından ve döngüselliğinden uzak kalmıştır. Yakmanın tersine, anaerobik çürütme en yüksek döngüselliği ve en düşük toksisiteyi göstermiştir. Bu bulgulara dayanarak, ileriki araştırmalar için anaerobik çürütme senoryosu seçilmiştir. Anaerobik çürütme sisteminin iş modeli için gelirler, belediye ücretleri ve işletme maliyetleri dahil olmak üzere tüm ekonomik işlemler değerlendirilmilmiştir. Anaerobik çürütmeyi temel alan yeni ekonomik modelin döngüsel ekonomi stratejileriyle uyumlu olması ve önemli bir sosyal sonuç olarak paydaş işbirliğini teşvik etmesi beklenmektedir. Tez çalışması, İstanbul'un DDT'ye sıfır atık gönderimine dair hedeflerinin, 2050 yılına kadar karbon emisyonları üzerindeki etkisini hesaplamıştır. İstanbul'daki atık yönetiminin karbon emisyonları üzerine etkisini analiz etmek için MAA ve YDD'yi birleştiren yeni bir yaklaşım kullanılmıştır. Referans akış, 2020, 2035 ve 2050'de sırasıyla 7,4, 9,2 ve 11,2 milyon ton olarak öngörülen İstanbul'daki yıllık atık üretimi olarak kabul edilmiştir. Gelecekteki atık yönetim stratejileri arasında, gıda ve ambalaj atıklarının düzenli depolamaya yönlendirilmesi, depo gazı yakalamasının artırılması, geri dönüşüm oranlarının artırılması, anaerobik çürütme ve yakma tesislerinin kurulması yer almaktadır. Temel senaryo, 2020'den 2050'ye kadar düzenli depolama saptırmasında bir azalma (%15,5'ten %11,1'e) ve karbon emisyonlarında bir artışa (2,06 milyon ton CO2/FB'dan 3,68 milyon ton CO2/FB'ya) işaret etmektedir (FB: fonksiyonel birim). Net sıfıt hedefi için İstanbul Büükşehir Belediyesi tarafından geliştirilen iyileştirilmiş senaryo düzenli depolamaya gönderilen atıkların (DDT'den sapma %15,5 ila %78,0) ve karbon emisyonlarının azalmasına (2,06 milyon ton CO2/FB ila -1,38 milyon ton CO2/FB), neden olarak karbon emisyonları açısından net tasarruf sağlamaktadır. Ancak, MAA hesapları iyileştirilmiş senaryonun, sırasıyla 2035 ve 2050 yılları için konulan%60 ve %100 DDT'den atık saptırma hedeflerini karşılayamayacağını göstermektedir. Tüm gelecek senaryolarının net maliyeti (€/ton), 2035 (130€/ton) ve 2050 (160€/ton) olağan (temel) senaryolarından düşük net maliyete sahiptir. Doktora çalışmasında çevresel ve ekonomik değerlendirmelere ek olarak Çok Kriterli Karar Verme (ÇKKV) yönetimini içeren bir metodolojik çerçeve de önerilmiştir. Çünkü en uygun atık yönetim stratejilerini belirlemek için her düzeydeki paydaşın koordinasyonu gerekir. Atık yönetim sistemleri uzun ömürlü altyapı sistemlerinden oluşur; karar vericilerin atık bileşimini ve politika gerekliliklerini değiştirmeyi ve gelecekteki katı atıkların uygun maliyetli ve sürdürülebilir yönetimi için enerji sistemini değiştirmeyi proaktif bir şekilde planlamaları gerekir. Önerilen çerçeve içindeki göstergeler: anlamlı, içerik açısından açık, ölçeğe uygun, sağlam ve tekrarlanabilir, karşılaştırılabilir ve anlaşılırdır. Çalışmaya dahil edilen çevresel göstergeler, YDD çalışmalarında tipik olarak dikkate alınan göstergelerdir. ÇKKV çalışması için; döngüsellik, iklim değişikliği, partikül madde, karasal ötrofikasyon ve denizlerdeki ötrofikasyon çevresel alt göstergeler olarak seçilmiştir. Ekonomik sürdürülebilirlik değerlendirmesi için sermaye/yatırım maliyetleri, işletme maliyeti, vergiler ve gelirler dikkate alınmıştır. Sosyal göstergeler; ortaklık potansiyeli, iş yaratma, kentsel alan gereksinimi, halkın kabul edebilirliği ve halk sağlığıdır. Teknik göstergeler; esneklik, güvenilirlik ve nitelikli çalışan olmak üzere üç kategoride sınıflandırılmıştır. İstanbul'daki en uygun gıda yönetimi teknolojisini seçmek için önerilen çerçeve (AHP ve TOPSIS yöntemlerini) kullanılarak çeşitli atık yönetimi seçenekleri değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, KAA'ların organik kısmı için, çevresel, ekonomik, teknik ve sosyal açıdan en iyi seçenek olduğundan İstanbul'da anaerobik çürütme tesisi kurulması önerilmiştir. Sonuç olarak, İstanbul'daki KKA yönetiminin düzenli depolama ve düşük geri dönüşüm uygulamalarından oluşan modelden, yüksek geri dönüşüm, enerji geri kazanımlı yakma ve anaerobik çürütücü tesisinin kombinasyonunu içeren modele dönüşmesi önerilmektedir. Tüm bu gelişmeler, İstanbul'un döngüsel kentsel metabolizmaya dönüşmesine katkı sağlayacaktır. Geri dönüşüm oranlarını iyileştirmenin ve KAA yönetim emisyonlarını azaltmanın yanı sıra, atıktan elde edilen ikincil ürünlerin kalitesine de dikkat edilmelidir. Artan geri dönüşüm oranı, sistemde geri dönen ikincil malzeme miktarını artırarak döngüsel ekonomiye katkıda bulunacaktır. Fakat geri dönüşüm malzemelerinin miktarının ve kalitesinin iyileştirilmesi, halkın katılımına bağlıdır ve halkın farkındalığını artırmak, bu iyileştirmenin anahtarı olacaktır. Bu çalışma, atık yönetim emisyonları ile hedefe dayalı atık yönetim stratejileri arasında nicel ilişkiler kurarak, sürdürülebilir atık yönetim ve emisyonların ayrıştırılması için bilinçli karar vermenin önemini vurgulayarak mevcut literatüre katkıda bulunmaktadır. Tez, atık yönetim sisteminin mevcut bilgilerinin bir haritasını sunmuş, SA yönetim girişimlerinin başarısı için gerekli olan uygulamaları detaylandırmış ve emisyonların azaltılabilmesi için pratik ve esnek bir bağlam sunmuştur.

Özet (Çeviri)

The waste management (WM) approach for the protection of resources known as“zero waste”(ZW) has become popular in recent years. A number of measures have been taken and facilities have been installed to facilitate improved management of municipal solid waste (MSW). ZW to landfill targets have gained significant traction worldwide, including in Turkiye. The aim of this thesis is to assess the environmental and economic results of WM pathways within the context of an increasingly applied ZW approach.This study evaluates the sustainability of municipal solid WM through the ZW goal on multiple scales (Istanbul and Ayazağa Campus). The thesis provide a framework that enables institutions to develop a goal-oriented WM strategy using material flow analysis (MFA) and life cycle assessment (LCA). In addition to presenting the framework, a case study was conducted on a campus scale by using primary and secondary data. The framework assumes that no prior data is available, and the study will begin by collecting primary data on campus. For providing primary data; waste characterization and recycling potential of the Istanbul Technical University (Turkiye) Ayazağa Campus before (2019) and after (2022) the ZW management strategy the campus was divided into four distinctive groups, which are (i) academic (ii) administrative (iii) residential/dormitory and (iv) cafeteria. First, initial field study was conducted afterwards (for waste characterization and recycling potential), the new containers were placed. Students and campus personnel have been trained in within the scope of ZW management practices through both in-person and online seminars. The final phase of the study, the second field work, was completed. The results demonstrate that the waste generation rate in the pilot areas fluctuates between 0.045-0.190 kg/cap/day, but it decreases to 0.011-0.117 kg/cap/day in the second field study. The first field study had a potential recycling rate of 76.3%, but then it dropped to 68.2% in the second study. The MFA results indicate that landfill diversion ranges between 29.8% to ~99-100%, some residuals or ash from the incineration plant will still be disposed in landfill. Furthermore, simply diverting waste from landfill does not necessarily lead to circularity or directly address sustainable consumption and public attitudes towards ZW goals. The study framework aims to address potential challenges in campus-based, goal-oriented WM studies. Future case studies from other institutions and their campuses could help validate and improve this methodology. Based on the Ayazağa waste characterization results, the efforts to establish a ZW management system also led to a reduction in waste generation and increase in recycling performance. However, further studies are still required to assess the ZW's public awareness activities. In addition, a case example was developed based on ITU Ayazağa campus, Turkiye, with annual separated food waste of 577 tonne per year to provide a more circular and decarbonised economy. A LCA was conducted using the EASETECH software. Four scenarios were evaluated: anaerobic digestion, composting, incineration, and landfill. Of these, incineration resulted in the highest CO2-eq savings (-192 kg CO2-eq/tonne FW), but lacked decoupling and circularity of resources. Conversely, anaerobic digestion demonstrated the highest circularity and lowest toxicity. Based on these findings, anaerobic digestion was selected for further investigation. Economic transactions for the anaerobic digestion system's business models were analysed,including revenues, municipality fees and operating costs. The new economic model is expected to align with circular economy strategies and promote stakeholder collaboration as a significant social outcome. The thesis study attempted to understand whether Istanbul's ZW to landfill targets are sufficient to achieve carbon decoupling (i.e. to understand whether carbon emissions decrease as waste increases) by 2050. A novel approach combining MFA and LCA is employed to analyze WM decoupling in Istanbul.The reference flow is the annual waste production in Istanbul, projected at 7.4, 9.2, and 11.2 million tonnes in 2020, 2035, and 2050, respectively. Future WM strategies include landfill diversion of food and packaging waste, enhancing landfill gas capture, increasing recycling rates and establishing anaerobic degradation and incineration facilities. The baseline scenario indicates a decrease in landfill diversion (15.5% to 11.1%) and an increase in carbon emissions (2.06 million tonne CO2/FU to 3.68 million tonne CO2/FU) from 2020 to 2050. In contrast, the improved scenario exhibits a significant increase in landfill diversion (15.5% to 78.0%) and a reduction in carbon emissions (2.06 million tonne CO2/FU to -1.38 million tonne CO2/FU), resulting in a net saving. However, the improved scenario may not meet the 60% and 100% landfill diversion targets by 2035 and 2050, respectively. All future scenarios have lower net cost (€/ton) than the business-as-usual (BAU) 130€/ton for 2035. This is primarily due to the reduction in landfill cost and reveunes coming from AD and incineration plant. All future scenarios have lower net cost (€/ton) than the BAU 160€/ton for 2050. These consist primarily of waste from municipal waste recycling, energy recovery from AD facilities and incineration. In addition to the environmental and economic assessments the methodological multiple-criteria decision analysis (MCDM) framework was described in the PhD study. Because identifying optimal WM strategies requires coordination of every level of stakeholders. WM systems consist of long-lived infrastructure, decision-makers need to proactively plan for changing the composition of waste and policy requirements and an changing the energy system for cost-effective and sustainable management of future solid waste. The indicators have been identified based on the following requirements: meaningful, clear in content, appropriate in scale, robust and reproducible, comparable describe and understandable. The environmental indicators included in the study were those typically considered in LCA studies. For the MCDM study; circularity, climate change, particulate matter, eutrophication terrestrial and eutrophication marine were selected as environmental sub-indicators. Capital/investment costs, operation cost, public fee and revenue were considered for the economic sustainability assessment. Social indicators; considered within the decision-support framework wre classified into five sub-categories namely; partnership potential, job creation, urban space requirement, public acceptability and public health. Finally, technical indicators; were classified into three categories as, flexibility, reliability and qualified employee. A variety of WM options were assessed using (AHP and TOPSIS methods) suggested framework to select the most suitable food WM technology in Istanbul. In conclusion, the organic fraction of MSW can be processed by setting up an AD facility in Istanbul as it is the best option in terms of environmental, economic, technical and social aspects. As a result, MSW management in Istanbul changed from a simple model of combined landfilling and low recycling rate to in a combination of high recycling (MRFs), incineration with energy recovery and anaerobic digester facility. All of these improvements contribute transforming into a circular metabolism in Istanbul. As well as improving recycling rates and reducing municipal solid WM emissions, attention must also be paid to the quality of secondary products derived from waste. The enhanced recycling rate increases the amount of secondary material returned to the metabolic process, thereby contributing to the circular economy. Improving the quantity and quality of materials recycling relays on public involvement and improving public awareness will be key to this enhancement. This study contributes to the existing literature by establishing quantitative relationships between WM emissions and goal-based WM strategies, emphasizing the importance of informed decision-making to achieve sustainable WM and decoupling of emissions. The thesis provided a map of the current knowledge of the WM system, detailed the practices and abilities required for the success of ZW initiatives and presented a practical and flexible context.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    856536

    Simulation and life cycle assessment of combined bioheat and biopower plant using hungary oak (Quercus frainetto L.) coppices as a feedstock

    Macar meşesi (Quercus frainetto L.) baltalıklarını hammadde olarak kullanan birleşik biyoısı ve biyogüç santralinin simülasyonu ve yaşam döngüsü analizi

    FAHRİYE ENDA TOLON

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FİLİZ KARAOSMANOĞLU

  2. Tez No

    839901

    Kentsel geri dönüşüm atıkları üzerine bir çalışma ve ekonomik inceleme

    A study of urban recycling waste and economic investigation

    FATİH BAKIR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    İnşaat MühendisliğiHasan Kalyoncu Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ NURULLAH AKBULUT

  3. Tez No

    786999

    Elektrik sektöründe Edas ve Vikor yöntemi ile yeşil tedarikçi seçimi

    Green supplier selection with Edas and Vikor methods in the electricity industry

    ÖZLEM KARATAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Endüstri ve Endüstri MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ TİJEN ÖVER ÖZÇELİK

  4. Tez No

    75530

    Otomotiv sanayi ve kalite sistem gerekleri

    Başlık çevirisi yok

    FAHRİ KAHRAMAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALPASLAN FIĞLALI

  5. Tez No

    557211

    Sıfır atık yaklaşımının geri kazanılabilir atık kağıt miktarı ve kalitesine etkisi: Akdeniz Bölgesi ve Ege Bölgesi pilot örnek

    The effect of zero waste approach on the amount and quality of recyclable waste paper: Pilot example of Mediterranean Region and Aegean Region

    MEHMET SERDAR ÇETİNKAYA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Çevre MühendisliğiKahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ YAKUP CUCİ

Geri Dön