Geri Dön

Life cycle assessment of electric vehicles and internal combustion engine vehicles: Future prospects

Elektrikli ve içten yanmalı motorlu araçların yaşam döngü değerlendirmesi: Gelecek beklentiler

PDF İndir

  1. Tez No: 951260
  2. Yazar: SERRA SELİN ÖVEZ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. OSMAN ATİLLA ARIKAN, PROF. DR. FEHMİ GÖRKEM ÜÇTUĞ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  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: 106

Özet

Ulaşım sektörü, küresel sera gazı emisyonlarına önemli bir katkı sağlamakta olup, toplam birincil enerji tüketiminin yaklaşık %20'sini ve CO₂ emisyonlarının %23'ünü oluşturmaktadır. Avrupa Birliği'nde, özellikle karayolu taşımacılığı, hava kirliliğinde büyük bir rol oynamaktadır. Elektrikli araçların (EA) artan popülaritesine rağmen, ulaşım sektöründeki emisyonlar 2005 yılından bu yana büyük ölçüde değişim göstermemiştir. Türkiye'de ise EA kullanımı hızla artmış, 2012'de sıfır olan EA sayısı 2023 yılı itibariyle 81.900'e ulaşmıştır. Ancak, EA'ların çevresel etkileri, büyük ölçüde bu araçların şarj edildiği elektriğin kaynağına bağlıdır. Türkiye'nin elektrik şebekesine yenilenebilir enerji kaynaklarının entegrasyonu arttıkça, EA'ların çevresel etkilerinin iyileşmesi de beklenmektedir. Bu geçişin yakından takip edilmesi ve uyumunun sağlanması, gelecekteki politikalar ve kararlar için önemli rol oynamaktadır. Bu tez, EA'ların uzun vadeli çevresel etkilerinin, içten yanmalı motorlu araçlarla (İYMA) karşılaştırmalı olarak değerlendirilmesindeki eksikliği gidermeyi hedeflemekte ve özellikle Türkiye'nin 2020'den 2050'ye kadar değişen elektrik üretim dağılımını ele almaktadır. Hem EA hem de İYMA için kapsamlı bir yaşam döngüsü değerlendirmesi (YDD) gerçekleştirilmiştir ve çevresel etkiler, özellikle küresel ısınma potansiyeli, asidifikasyon potansiyeli, ötrofikasyon potansiyeli, ozon tabakasının incelmesi potansiyeli, fotokimyasal duman oluşum potansiyeli ve insan toksisitesi potansiyeli gibi kritik faktörler incelenmiştir. Bu araştırma, Türkiye'de EA adaptasyonunun gelecekteki sürdürülebilirliği hakkında önemli bilgiler sunmayı ve politika yapıcılar, araştırmacılar ve endüstri paydaşları için değerli veriler sağlamayı hedeflemektedir. YDD, her iki aracın çevresel etkilerini yaşam döngüsü boyunca kapsamlı bir şekilde analiz edebilen CCaLC aracıyla yapılmıştır. Türkiye'nin elektrik üretim dağılımı, 1990'dan bu yana önemli ölçüde değişmiştir. 2000'li yıllarda doğal gaz, baskın enerji kaynağıyken kömür ve hidroelektrik de önemli rol oynamaya devam etmekteydi. Ancak son yıllarda, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı, özellikle rüzgar, güneş ve jeotermal, politika teşvikleri ve teknoloji maliyetlerindeki düşüşlerin etkisiyle hızlı bir şekilde yaygınlaşmıştır. Bu geçiş, EA'ların çevresel etkilerinin azaltılması için kritik bir faktör haline gelmektedir. EA'lar, minimum egzoz emisyonuna sahip olsalar da, üretim esnasındaki dolaylı emisyonlar ve kullanılan elektrikten kaynaklı emisyonlar insan sağlığını ve ekolojik dengeyi etkilemektedir. Buna rağmen, EA'lar, özellikle yenilenebilir veya yenilenebilir enerjiyle çalıştıklarında, sera gazı emisyonlarını azaltma anlamında büyük bir potansiyel sunmaktadır. YDD, ürünlerin çevresel etkilerini incelemede kullanılan, ham madde çıkarımından atığa kadar tüm aşamaların incelenebildiği ve günümüzde yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. YDD metodolojisi, dört temel aşamadan oluşur: hedef ve kapsam tanımlaması, envanter analizi, etki değerlendirmesi ve yorumlama. Bu tez çalışması için hedef, Türkiye'deki EA'lar ve İYMA'ların çevresel etkilerini tam yaşam döngüsü boyunca değerlendirmektir; bu, ham madde çıkarımı, üretim, kullanım ve bertaraf aşamalarını kapsamaktadır. Sistem sınırları, tüm ilgili süreçlerin dahil edilmesini sağlayan“beşikten mezara”yaklaşımına göre tanımlanmıştır. İlk bulgular, elektrikli araçların üretim aşamasının, özellikle batarya üretiminin yoğun enerji ihtiyacı nedeniyle daha yüksek çevresel etkilere sahip olduğunu göstermektedir. Ancak, kullanım aşamasında, Türkiye'nin elektrik şebekesinin daha temiz hale gelmesiyle, EA'ların İYMA'lara göre daha düşük çevresel etkilere sahip olması beklenmektedir. Her iki araç türü için de en büyük çevresel etki, ham madde temini aşamasından kaynaklanmakta, özellikle değerli metal çıkarımı ve yakıt üretimi bu aşamada önemli bir rol oynamaktadır. Kullanım aşaması ise, enerji tüketimi nedeniyle çevresel etkiyi artıran bir faktördür. Uluslararası çalışmalar, EA'ların yaşam döngüsü etkilerinin, yenilenebilir enerji kaynaklarının artmasıyla zamanla iyileştiğini, özellikle daha temiz elektrik şebekelerine sahip ülkelerde bu etkinin belirgin olduğunu göstermektedir. Bu çalışmada,“beşikten mezara”yaklaşımı kullanılarak bir yaşam döngüsü envanteri geliştirilmiştir; bu envanterler ham madde üretimi, araç üretimi ve montajı, taşıma, kullanım ve bertaraf aşamalarını kapsamaktadır. Fonksiyonel birim, aracın yaşam süresi boyunca kat ettiği mesafe, kilometre cinsinden ifade edilmiştir. YDD modelinin varsayımları arasında sedan tipindeki araçlar yer almakta olup, İYMA'ların ömrü 20 yıl ve 400.000 km, EA'ların ömrü ise 15 yıl ve 300.000 km olarak kabul edilmiştir. Her iki araç türünün yıllık kullanım mesafesi 20.000 km olarak varsayılmıştır. İYMA 100 km başına 5,6 litre yakıt tüketirken EA 100 km başına 10 kWh enerji tüketmektedir. Türkiye'nin ortalama geri dönüşüm oranı olan %7'de göz önünde bulundurulmuştur. Çalışma, çevresel etkileri değerlendirmek için CML 2001 metodolojisini kullanmakta olup, altı farklı etki kategorisi üzerinde yoğunlaşmaktadır. Altı etki kategorisi için yapılan değerlendirme, EA ile İYMA arasında önemli farklar olduğunu ortaya koymaktadır. 2020 yılında, EA yaklaşık 40.000 kg CO₂ eşdeğeri salımı yaparken, İYMA 90.000 kg CO₂ eşdeğeri salımı yapmaktadır. Bu da EA'ların karbon emisyonlarında önemli bir azalma olduğunu göstermektedir. Zamanla, her iki araç türü de küresel ısınma potansiyelinde bir azalma yaşasa da, EA özellikle yenilenebilir enerji entegrasyonunun artmasıyla daha büyük bir azalma göstermektedir. Asidifikasyon potansiyeli açısından, EA 2020 yılında İYMA'lara göre biraz daha yüksek bir etkiye sahipken, 2050 yılına gelindiğinde daha temiz üretim yöntemleri ve yenilenebilir enerji kullanımıyla EA'ların etkisinin İYMA'lara göre daha fazla azalması beklenmektedir. Ötrafikasyon potansiyeli, EA'larda 70 ile 90 kg PO₄ eşdeğeri arasında değişirken, İYMA 25 kg PO₄ eşdeğeri ile sabit kalmaktadır. Ozon tabakasının incelme potansiyeli açısından ise, her iki araç türü benzer etkilere sahip olmasına rağmen, EA kullanım aşamasında küçük bir azalma göstermektedir. Fotokimyasal duman oluşumu potansiyeli açısından ise, EA özellikle kullanım aşamasında önemli bir azalma sergilemekte, İYMA ise ham madde çıkarımı nedeniyle daha fazla duman oluşumuna neden olmaktadır. Son olarak, EA insan toksisitesi potansiyelinde zamanla bir azalma göstermiş olsa da, batarya üretiminin çevresel etkisi nedeniyle hâlâ İYMA'lara göre daha yüksek bir toksisite potansiyeline sahiptirler. Çalışmada, 54 katılımcıdan alınan uzman geri bildirimiyle altı çevresel etki kategorisi için ağırlıklar belirlenmiş ve bu ağırlıklar her araç türü için tek bir puan oluşturulmasında kullanılmıştır. Anket sonuçları, katılımcıların %28'inin araç sahibi olmadığını, %72'sinin ise araç sahibi olduğunu, araç sahiplerinin %64'ünün İYMA'ya, %6'sının hibrit EA'ya ve %2'sinin EA'ya sahip olduğunu göstermektedir. Küresel ısınma potansiyeli, %67 ile en yüksek önceliği alırken, asidifikasyon, ötrafikasyon ve ozon tabakasının incelmesi potansiyeli çeşitli ağırlık kategorilerinde daha az oy almıştır. Belirlenen ağırlıklar sırasıyla: Küresel ısınma potansiyeli (0,25), asidifikasyon potansiyeli (0,16), ötrafikasyon potansiyeli (0,09), ozon tabakasının incelmesi potansiyeli (0,17), fotokimyasal duman oluşumu potansiyeli (0,16) ve insan toksisitesi potansiyeli (0,17) olarak belirlenmiştir ve her etki kategorisinin farklı öncelikleri yansıttığı görülmektedir. 2020'de İYMA'ların çevresel etkisi, EA'lara göre %20 daha yüksekken, bu fark 2050'ye kadar %28'e kadar artmaktadır. Bu, anket sonuçlarına göre, EA'ların zamanla daha çevre dostu bir alternatif haline geldiğini göstermektedir. Ancak, aynı ağırlıklar eşit kabul edildiğinde ise, 2020'deki çevresel etkiler arasındaki fark %8,7, 2050'de ise %17,7 olarak hesaplanmıştır. Bu durumda, çevresel etkilerin eşit ağırlıklarla değerlendirilmesi, her iki araç türü arasındaki farkın daha az belirgin olduğunu ancak çevresel etkilerin ağırlıklı olarak değerlendirilmesinin daha doğru bir sürdürülebilirlik değerlendirmesi sağladığını göstermektedir. Çalışma ayrıca, uzun araç ömrü ve tekerlek kullanımı gibi etmenlerin her iki araç türünün çevresel performansı üzerindeki etkilerini inceleyen bir duyarlılık analizini de içermektedir. Araç kullanım aşamasındaki enerji tüketiminin her iki araç türü için de çevresel etkilerin en büyük faktörü olduğu bulunmuştur. EA'lar için enerji tüketimi, yaşam süresinin uzatılması senaryosunda küresel ısınma potansiyeli değişiminin %95'ini oluştururken, İYMA'lar için bu oran %35'tir. 2020'deki yenilenebilir olmayan enerjiye bağımlılık, EA'lar için 2050'ye göre daha büyük bir etkiye sahiptir. Çünkü 2050'de yenilenebilir enerji daha önemli bir rol oynamaktadır. Tekerlek kullanımı da çevresel etkiye katkı sağlamakta ancak bunun etkisi enerji tüketiminden daha düşük kalmaktadır. Sonuç olarak, bu çalışma, EA'ların özellikle karbon emisyonları ve hava kalitesi açısından çevresel etkileri önemli ölçüde azaltma potansiyeline sahip olduğunu vurgulamaktadır. Bununla birlikte, batarya üretimi, geri dönüşüm ve enerji üretim kaynaklarının yönetimi gibi alanlarda daha fazla yenilik ve geliştirme yapılması gerektiği de ortaya çıkmıştır. Türkiye'nin elektrik şebekesine yenilenebilir enerji entegrasyonu, EA'ların çevresel faydalarını artıracak önemli bir faktör olacaktır. Bu çalışma, Türkiye'de EA yaygınlığının sürdürülebilirliği hakkında önemli değerlendirmeler sağlamakta olup, politika yapıcılar ve endüstri paydaşları için değerli bir öngörü sunmaktadır.

Özet (Çeviri)

The transportation sector is a major contributor to global greenhouse gas emissions, accounting for around 20% of primary energy consumption and 23% of CO2 emissions, with road transport playing a critical role in air pollution, particularly in the European Union. As the world increasingly turns its attention to climate change, electric vehicles (EVs) are emerging as a potentially cleaner alternative to internal combustion engine vehicles (ICEVs). However, despite the growing popularity of EVs, emissions from the transport sector have remained largely unchanged since 2005. In Türkiye, the adoption of EVs has experienced a surge, with the number of electric vehicles increasing from zero in 2012 to 81,900 in 2023. However, the environmental benefits of EVs heavily depend on the electricity used to charge them. As Türkiye continues to integrate renewable energy sources into its grid, the environmental footprint of EVs is expected to decrease. This shift, however, must be carefully tracked to guide future policies and decisions. This thesis addresses the gap in evaluating the long-term environmental impacts of EVs compared to ICEVs, specifically focusing on Türkiye's changing electricity generation mix from 2020 to 2050. The study will conduct a detailed Life Cycle Assessment (LCA) of both EVs and ICEVs, assessing key environmental factors such as global warming potential (GWP), acidification potential (AP), eutrophication potential (EP), ozone layer depletion potential (OLDP), photochemical smog potential (PSP) and human toxicity potential (HTP). The research aims to provide insights into the future sustainability of EV adoption in Türkiye and offer valuable data for policymakers, researchers, and industry stakeholders. The LCA will be performed using the CCaLC tool, which allows for a comprehensive analysis of each vehicle's environmental impact throughout its life cycle. Türkiye's electricity generation mix has evolved significantly since 1990. In the 2000s, natural gas became the dominant energy source, while coal and hydropower continued to play substantial roles. However, renewable energy sources, including wind, solar, and geothermal, have rapidly expanded due to favorable policies and falling technology costs. This shift to renewables is essential for reducing the environmental impact of EVs, as a cleaner electricity grid will enhance the benefits of EV adoption. Although EVs have zero tailpipe emissions and offer high energy efficiency, challenges such as indirect emissions during production and emissions from electricity used to affect air quality and human health. Despite these challenges, EVs offer significant promise for reducing greenhouse gas emissions, particularly when powered by renewable or low-carbon electricity. LCA is a valuable tool for understanding the full environmental impact of products by examining all stages, from raw material extraction to disposal. LCA has been instrumental in reshaping public perception of various products, such as biofuels, which were initially considered green but later found to have significant environmental drawbacks. The LCA methodology follows four key stages: goal and scope definition, inventory analysis, impact assessment, and interpretation. For this study, the goal is to assess the environmental impact of EVs and ICEVs in Türkiye, considering the full life cycle, including raw material extraction, production, use, and disposal. System boundaries are defined using the cradle-to-grave approach, ensuring that all relevant processes are included, while negligible ones are excluded. The initial findings indicate that the production phase of EVs generates a higher environmental impact compared to other stages of the life cycle, particularly due to the energy-intensive nature of battery manufacturing. However, in the use phase, EVs are expected to outperform ICEVs as Türkiye's electricity grid becomes cleaner. For both vehicle types, the largest environmental impact stems from raw material supply, particularly the production of tires and fuel. The usage phase, driven by energy consumption, is also a significant contributor. International studies, have shown that the life cycle impacts of EVs improve over time as renewable energy sources increase, especially in countries with cleaner grids. This study developed a life cycle inventory based on a“cradle-to-grave”approach, encompassing raw material production, vehicle manufacturing and assembly, transportation, usage, and disposal phases. The functional unit is expressed in terms of the distance traveled per kilometer over the vehicle's lifespan. Assumptions for the LCA model include a sedan vehicle type, with a 20-year lifespan and 400,000 km for ICEVs, and a 15-year lifespan and 300,000 km for EVs. Both vehicle types are assumed to be driven 20,000 km annually. ICEVs consume 5.6 liters of fuel per 100 km, while EVs use 10 kWh per 100 km, and a 7% recycling rate is assumed based on Türkiye's average. The study utilizes the CML 2001 methodology to assess environmental impacts, focusing on six categories. The analysis across six impact categories reveals notable differences between EVs and ICEVs. In 2020, EVs emitted approximately 40,000 kg CO₂ eq, compared to 90,000 kg CO₂ eq for ICEVs, showing a substantial reduction in carbon emissions for EVs. Over time, both vehicle types see a reduction in GWP, with EVs benefiting more as renewable energy integration grows. Regarding AP, EVs showed a slightly higher value than ICEVs in 2020 but are expected to improve by 2050 as cleaner production methods and renewable energy use increase. For EP, EVs have a significant advantage, with values ranging from 70 to 90 kg PO₄ eq, while ICEVs maintained a steady 25 kg PO₄ eq, indicating EVs' superior potential in reducing nutrient pollution. Although the OLDP was similar for both vehicle types, EVs showed a slight edge, with a marginal decline in ozone-depleting substances during their use phase. For PSP, EVs exhibited a notable reduction, particularly during the use phase, while ICEVs contributed more to smog due to raw material extraction. Finally, while EVs demonstrated a gradual reduction in human toxicity potential, they still had a higher toxicity potential compared to ICEVs, mainly due to the environmental impact of battery production and the need for improved battery recycling. Expert opinion was gathered through a survey of 54 participants, who were asked to assign weights to six environmental impact categories. The results were used to create a unified score for each vehicle type, offering a balanced evaluation of their environmental effects. The survey revealed that 28% of participants did not own a vehicle, while 72% were vehicle owners, with 64% owning ICEVs, 6% owning HEVs, and 2% owning EVs. GWP received the highest priority, with 67% of respondents, while AP, EP, and OLDP received fewer votes across various weight categories. The assigned weights were as follows: GWP (0.25), AP (0.16), EP (0.09), OLDP (0.17), PSP (0.16), and HTP (0.17), reflecting the varying importance given to each impact category. In 2020, the overall normalized impact of ICEVs was 20% higher than that of EVs, and this difference increased to 28% by 2050 according to the survey results. This suggests that when impacts are weighted based on survey responses, EVs become a more environmentally friendly alternative over time. When equal impact weights were applied, the difference in overall normalized impact between EVs and ICEVs was 8.7% in 2020, increasing to 17.7% by 2050. However, in this case, the overall difference was less pronounced, underscoring the importance of considering weighted environmental impacts for a more accurate sustainability assessment of both vehicle types. The study also included a sensitivity analysis, examining the effects of longer vehicle lifetimes and tire usage on the environmental performance of both vehicle types. It was found that energy consumption during the use phase had the largest environmental impact for both vehicle types. For EVs, energy consumption during use accounted for about 95% of the GWP change in the lifetime scenario, while for ICEVs, it was 35%. The reliance on non-renewable energy in 2020 had a more significant impact for EVs compared to 2050, when renewable energy is expected to play a larger role in electricity generation. Tire usage also contributed to the environmental impact, though its effect was smaller than that of energy consumption. In conclusion, the study underscores the potential of EVs to significantly reduce environmental impacts, particularly in terms of carbon emissions and air quality. However, the findings also highlight the need for further improvements in battery production, recycling, and energy production source management to minimize the overall environmental impact. Integrating renewable energy into Türkiye's electricity grid will be a critical factor in enhancing the environmental benefits of EVs. The study provides key insights into the sustainability of EV adoption in Türkiye, offering valuable guidance for policymakers and industry stakeholders in the transition to a cleaner transportation sector.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    560891

    Türkiye'deki otomobil filosunun elektrikli araçlarla değiştirilmesinin çevresel etkilerinin incelenmesi

    Investigation of the environmental impacts of changing the electric vehicles car fleet in Turkey

    EDA BAŞPINAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Çevre MühendisliğiZonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜR ZEYDAN

  2. Tez No

    683109

    Lityum hava pillerde enerji depolama ve yaşam döngüsü analizi

    Energy storage and life-cycle assessment in lithium air batteries

    AHSEN AKBULUT ULUDAĞ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Çevre MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİYE SUNA ERSES YAY

  3. Tez No

    677216

    Techno-economic investigation of alternative propulsion systems for tugboats

    Römorkörler için alternatif sevk sistemlerinin tekno-ekonomik incelenmesi

    ÖMER EMRE KARAÇAY

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OSMAN AZMİ ÖZSOYSAL

  4. Tez No

    356013

    Evaluating the LCA of two buildings with close embodied energy which have different functions

    Farklı işlevlere sahip olan iki binanın üç tür duvar kullanarak yaşam döngüsünün değerlendirilmesi

    POOYA PAKMEHR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Mimarlıkİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUSTAFA ERKAN KARAGÜLER

  5. Tez No

    865523

    Enerji depolama için grafen tabanlı üç boyutlu elektrot malzeme uygulamaları

    Graphene-based three-dimensional electrode material applications for energy storage

    DENİZ KURUAHMET

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    EnerjiSakarya Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET OĞUZ GÜLER

Geri Dön