Ultra düşük sülfürlü dizel yakıtın gemilerden salınan partikül madde ve gaz emisyonlarına olan etkilerinin deneysel olarak incelenmesi

Gemi kaynaklı egzoz gazı emisyonları, kirletici kaynakların başlıcalarından biri olarak kabul edilmektedir. Dizel makineler vasıtasıyla sevk edilen gemilerden salınan emisyonlar, başta karbondioksit (CO2), karbonmonoksit (CO), sülfür oksitler (SOx), azot oksitler (NOx), uçucu organic bileşikler (VOC), yanmamış hidrokarbonlar (HC) ve partikül maddeleri (PM) içermektedir. CO, VOC, NOx, ve partiküller makine teknolojisine bağlı olarak açığa çıkar. Egzoz gazları gemi bacasından atmosfere salındığında, ortam havasıyla etkileşime girerek seyrelir. Bu seyrelme işlemi esnasında aktif kimyasal bileşenler kısmen dönüşerek, kara ve deniz yüzeylerine çökerler. Sonuç olarak bu emisyonlar küresel ısınma, asitleşme ve hava kalitesinin bozulması gibi olumsuz çevresel etkilere yol açarlar. Taşınan yük ve mesafe başına gemilerin yaydığı emisyon değerleri göz önüne alındığında, deniz taşımacılığı, kara ve hava taşımacılığına göre en temiz taşımacılık şekli olmaktadır. Fakat, gemi başına düşen emisyon değerleri oldukça yüksektir. Bir büyük konteyner gemisi yılda 50 milyon otomobile eşdeğer emisyon yayabilmektedir. Türk Denizleri ve Boğazlarındaki gemi trafiği, son 50 yıl içerisinde önemli oranda artmıştır. İstanbul Boğazı'ndan yılda yaklaşık 50.000 geminin, yerleşim yerlerine 50 m mesafeden geçtiği düşünüldüğünde, İstanbul'da hem çevre hem de insan sağlığı gemi emisyonlarının olumsuz etkileri nedeni ile risk altındadır. Bu, ülkemizdeki deniz taşımacılığının hava kirliliğine olan etkisinin artması anlamına gelmektedir. Deniz taşımacılığının hava kirliliğini artırması nedeniyle gemi emisyonları ve çevreye olan etkileri, araştırmacılar için önemli bir çalışma alanı olmuştur. Deniz taşımacılığının önemli bir uluslararası ticaret yöntemi haline gelmesiyle, zamanla artan emisyonların kontrolü amacıyla birçok küresel ölçekli anlaşmalar yapılması gerekmiştir. Bu konuda, Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO) tarafından denizcilikte sürdürülebilir bir gelişme sağlayabilmek amacıyla Denizlerin Gemiler Tarafından Kirletilmesinin Önlenmesine Ait Uluslararası Sözleşmesi (MARPOL) kabul edilmiştir. Gemi Kaynaklı Hava Kirliliğinin Önlenmesi Tüzüğü, Sözleşme Ek VI'da yer almaktadır. MARPOL Ek VI tüm gemiler ile sabit ve yüzer sondaj platformlarına uygulanmakta ve gemi kaynaklı SOx ve NOx salımları için limitler koymakta, ozon tabakasını inceltici maddelerin kasıtlı salımını yasaklamaktadır. MARPOL Ek VI daha kısıtlı SOx ve NOx kontrolü için, Emisyon Kontrol Alanı (ECA) ilanına imkan tanımaktadır. 2008 yılında MARPOL büyük oranda yeniden düzenlenmiş ve egzoz emisyonları için yeni kurallar getirilmiştir. Yeniden düzenlenen MARPOL Ek VI, 1 Temmuz 2010 tarihinde yürürlüğe girmiştir. Yeniden düzenlenen MARPOL Ek VI'da, egzoz emisyon limit değerlerinde önemli değişiklikler olmuştur. Temel değişiklik, SOx ve NOx emisyonlarına kademeli değişim getirilmesidir. Türkiye MARPOL Ek VI sözleşmesine Şubat 2014 tarihinde taraf olmuştur. Türkiye'nin MARPOL VI'ya taraf olmasıyla birlikte gemi kaynaklı emisyonların incelenmesi, gemi üzerinden ölçümlerin yapılması, oluşum mekanizmalarının tespit edilmesi önem kazanmıştır. Bu çalışmada Marmara Denizi'nde araç ve yolcu taşımacılığı yapan bir feribottan yayılan egzoz gazı emisyonları ve partikül maddeler deneysel olarak ölçülmüştür. Çalışmanın başlıca amacı, ultra düşük sülfürlü dizel yakıtın partikül madde ve egzoz gazı emisyonlarına olan etkilerini incelemektir. Bu amaçla, Marmara Denizi'nde seyir yapan bir feribottan yayılan NOx, SOx, CO2, CO, HC ve PM emisyonları ölçülmüş ve ultra düşük sülfürlü dizel yakıtın emisyonlara etkileri tespit edilmiştir. Değişik sülfür içerikli yakıtlar ile ultra düşük sülfürlü dizel yakıtın emisyon sonuçları karşılaştırılmıştır. Liman operasyonu, manevra ve seyir durumu gibi farklı işletme şartlarının emisyonlara etkisi belirlenmiştir. Ağırlıklı emisyon faktörleri IMO NOx Teknik Dokümanı'na göre hesaplanmıştır. Ana makine için CO, CO2, HC ve PM ağırlıklı emisyon faktörleri sırasıyla 0,67 g/kWh, 611,14 g/kWh, 0,623 g/kWh ve 0,079 g/kWh olarak belirlenmiştir. Yardımcı makine için NOx, SO2, CO, CO2 ve HC emisyonları için ağırlıklı emisyon değerleri sırasıyla 13,01 g/kWh, 0,11 g/kWh, 2,19 g/kWh, 641,69 g/kWh ve 1,31 g/kWh olarak elde edilmiştir. Ana makine için ağırlıklı emisyon değerleri teorik hesaplarda kullanılan emisyon faktörleri ile karşılaştırılmıştır. Ultra düşük sülfürlü dizel yakıta siklik ve alifatik amino asit bileşiklerin hidrokarbon çözeltisi olan bir katkı maddesi eklenerek, katkı maddesinin emisyonlara olan etkisi belirlenmiştir. Katkı maddesinin NOx emisyonlarına çok büyük bir etkisinin olmadığı görülmüş olup, SO2, CO, HC ve PM emisyonlarında belli bir azalma gözlenmiştir. CO2 emisyonları ise %25 ve %75 makine yüklerinde azalırken, %50 ve %100 makine yüklerinde az da olsa artmıştır. Egzoz gazı emisyonlarından partikül maddeler boyutlarına göre sınıflarına ayrılmış, taramalı elektron mikroskobu ile görüntüleri incelenmiş ve enerji dağılımlı X ışını spektroskopisi ile elementel analizi yapılarak partiküllerin içeriği belirlenmiştir. Taramalı elektron mikroskobunda partiküllerin geometrisi genellikle küresel olarak gözlenmiştir. SEM/EDS analizleri sonucunda partiküller içerisinde 13 tane element bulunmuştur. Partiküller içerisinde en fazla bulunan element karbondur. 2,5 µm'den küçük partiküllerde %56, 10 µm'den büyük partiküllerde ise %61 oranında karbon bulunmuştur. Daha sonra demir ve vanadyum elementleri en fazla bulunmaktadır. Partiküller içerisindeki sülfür miktarı ise 2,5 µm'den küçük partiküller için %5 ve 10 µm'den büyük partiküller için %4'tür.