Ünite 5: Sanayide Enerji Tasarrufu ve Çevre Üzerine Etkisi

Sanayide Enerji Yoğunluğu

Enerjinin nasıl kullanıldığının bir göstergesi de enerji yoğunluğu değerleridir. Enerji yoğunluğu, yıllık gayrisafi milli hasıla başına, yıllık olarak tüketilen birincil enerji miktarı olarak tanımlanmaktadır. Bu anlamda enerji yoğunluğu tüm dünyada kullanılan ve kabul gören bir göstergedir. Bu gösterge; ekonomik çıktı, enerji verimliliğindeki ve yakıt kullanımındaki değişimleri de ifade etmektedir. Genel olarak 1000 $ hasıla başına tüketilen TEP (ton petrol eşdeğeri) miktarı, uluslararası literatürde enerji yoğunluğu olarak tanımlanmaktadır. Bir ülkenin enerji yoğunluğu, o ülkenin enerjiyi verimli ya da verimsiz kullandığının da bir ölçüsüdür. Bir ülkenin enerji yoğunluğu ne kadar düşükse o ülkede birim hasıla başına harcanan enerji o kadar düşüktür. Bu da enerjinin doğru ve verimli kullanıldığı anlamına gelmektedir. Enerji yoğunluğunun düşüklüğü aynı zamanda aynı miktar enerji ile daha yüksek katma değer üretildiğinin de göstergesidir.

Sanayide Enerji Verimliliğini Artırma Yöntemleri

Sanayide enerji tasarrufu sağlamak ve sanayinin çevre üzerindeki etkilerini azaltmak için sanayide enerji verimliliğini artırmak gerekmektedir. Sanayide enerji verimliliğinin artırılması amacıyla çıkarılan yönetmelik (sanayi kuruluşlarının enerji tüketiminde verimliliğin artırılması için alacakları önlemler hakkındaki yönetmelik) sanayide enerjinin daha verimli kullanılması amacıyla önemli bir adım olarak kabul edilmektedir. Toplam enerji tüketimindeki sanayinin payının giderek artması bu alanda alınabilecek tasarruf önlemlerinin anlamlarını daha da artırmaktadır. Bu açıdan bakıldığında sanayi sektörü ciddi bir tasarruf potansiyeline sahiptir. Deneyimler göstermiştir ki basit önlemler alınmasıyla, % 10~20 civarındaki enerji tasarrufunun geri ödemesi kısa vadede olabilmektedir. Enerjinin verimli kullanılmasına yönelik olarak sanayide uygulanabilecek yirmi üç önlem sayfa 80 Tablo 5.4’te görülmektedir.

Enerji Tasarrufu Planlaması

Sanayide enerji tasarrufu planlanırken, öncelikle enerji tasarrufu yapılacak tesisin enerji analizinin yapılması gerekmektedir. Bu amaçla giren enerjinin nerelerde, hangi miktarlarda ve hangi yüzdelerle dağıtıldığı hesaplanmalıdır. Yapılan bu hesaplama sonucunda enerji bilançosunu şematik olarak gösteren Sankey diyagramının çizilmesi gerekmektedir.

Enerji tasarrufuna yönelik olarak yapılabilecek ana çalışma başlıkları olarak şunlar belirtilebilir:

• Elektrik enerjisi,
• Isı enerjisi,
• Mekanik enerji,
• Proses enerjisi,
• Madde geri kazanımı.

Elektrik Enerjisi Tasarrufu Çalışmaları

Sanayide kullanılan elektrik enerjisinin en büyük bölümü elektrik motorları tarafından tüketilir. Bu bakımdan elektrik motorlarının bakımlarının yapılması, elektrik motorlarının seçiminin optimum tasarım değerlerinde yapılması ve optimum şartlarda çalıştırılması gerekmektedir.

Isı Enerjisi Tasarrufu Çalışmaları

Isı enerjisinin yoğun kullanıldığı sanayi tesislerinde, ısıl enerji gereksinimi tüketim yerlerine göre farklılık göstermektedir. Prosesin durumuna göre kızgın buhar, doymuş buhar ya da sıcak su kullanılabilmektedir. Bu anlamda ısı enerjisinin üretiminden dağıtımına ve kullanımına kadar üç aşamada enerji tasarrufu çalışması yapmak mümkündür.

Mekanik Enerji Tasarrufu Çalışmaları

Sanayide mekanik enerji tasarrufunun yapılabileceği başlıca alanlar; pompalar, vantilatörler ve basınçlı hava devreleridir. Pompalar, sanayi tesislerinde çok sayıda kullanılan mekanik elemanlardan birisidir. Tesisatta kullanılan sirkülasyon pompaları düşük güçlü olsalar da sürekli olarak çalıştıklarından toplamda tükettikleri elektrik enerjisi yüksektir.

Proses Enerjisi Tasarrufu Çalışmaları

Proses enerjisinden tasarrufta, proses sonunda atılan atık ısıdan yararlanma çalışmaları anlaşılmaktadır. Atık ısıdan yararlanma çalışmalarında şu başlıklar ortaya çıkmaktadır:

• Isı boruları,
• Sıvı akışkanlı indirekt ısı değiştiricileri,
• Gaz kullanan ısı değiştiricileri,
• Döner tip rejeneratörler,
• Levha tip ısı değiştiricileri,
• Ekonomizörler,
• Atık ısı kazanları,
• Isı pompaları.

Madde Geri Kazanımı

Madde geri kazanımı kavramı ile sanayi tesislerindeki çeşitli atık ve proses sularının fiziksel, kimyasal ve biyolojik arıtmadan sonra tekrar kullanılması anlaşılmaktadır. Madde geri kazanımı, enerji tasarrufunun yanı sıra çevre kirliliği açısından da çok önemlidir. Çünkü prosesten atılan ve geri kazanılacak maddelerin çoğu aynı zamanda çevre kirleticidir.

Çeşitli Sanayi Sektörlerindeki Enerji Tasarrufuna Yönelik Örnek Çalışmalar

Sanayi sektörlerindeki enerji tasarrufuna yönelik çalışmalar irdelenirken öncelikle enerjiyi yoğun kullanan sektörler ön plana alınarak tüm sanayi sektörlerinde benzer çalışmalar yapılmalıdır. Bu bölümde enerjiyi yoğun olarak kullanan demirçelik, çimento, cam, tekstil ve kağıt sektörlerinde enerji tasarrufuna yönelik öneriler ve bazı çalışma örnekleri verilmiştir.

Çimento Sanayinde Enerji Tasarrufu Çalışmaları

Çimento endüstrisinde enerjiye ödenen bedel, toplam giderler içerisinde yaklaşık % 50’lik bir oranla en yüksek paya sahiptir. Çimento endüstrisinde yakıt tüketimini ve buna ödenen bedeli azaltmak için alternatif yakıtlar üzerinde de çalışmalar yapılmaktadır. Düşük kalorili kömürler, araba lastikleri, tehlikeli madde atıkları, bitümli şist, hatta şehir çöpleri bile alternatif yakıt olarak kullanılabilmektedir. Çimento üretim prosesi değişik formlardaki yanabilir atıkların enerjisini kullanabilen nadir sektörlerden birisidir.

Demir-Çelik Sanayinde Enerji Tasarrufu Çalışmaları

Demir-çelik endüstrisi hemen hemen her ülkenin temel endüstrisi olarak yoğun enerjiyi harcayan bir koldur. Entegre bir demir-çelik endüstrisinde üretimin her kademesindeki enerji harcamaları % 30~35 mertebesindedir. Genel ülke sanayisi içerisinde demirçelik sanayi tek başına önemli bir miktarda enerjiyi kullanmaktadır. Buna göre tasarruf tedbirlerinin öncelikle bu gibi enerji yoğun sektörlerde başlatılmasının gereği açık olarak ortadadır. Enerji tasarrufu için demir-çelik üretimi sürecindeki her bir ekipmanın atık ısısının geri kazanılması reaksiyon ve ısı transfer verimliliğinin artırılması gerekmektedir.

Cam Sanayinde Enerji Tasarrufu Çalışmaları

Cam endüstrisi enerji yoğun sektörler grubundadır. Cam sanayinde enerji giderleri, toplam giderler içinde ilk sıradadır. Cam sanayisinde enerji ekonomisi amacıyla başlıca şu yollar önerilmektedir:

• Fırın izolasyonu,
• Bacadan atılan atık sıcak gazdan yararlanma,
  • Atık ısı kazanı kullanımı,
  • Bina ısıtılması ve sıcak su elde edilmesi,
  • Elektrik enerjisi üretilmesi,
• Yakma havasının ön ısıtılması,
• Oksijenle zenginleştirilmiş hava kullanımı,

Tekstil Sanayinde Enerji Tasarrufu Çalışmaları

Türkiye’de tekstil sanayi, son yıllarda büyük bir gelişme göstermiştir. Başlangıçta tekstil sektörünün temel amacı yalnızca üretim yapabilmekti. Değişen dünya koşullarıyla daha kaliteli ve daha fazla üretim yapmak önem kazandı. Aynı alanda üretim yapan şirketlerin artmasıyla maliyetleri düşürmenin önemi de ortaya çıktı. Maliyetlerin düşürülmesi için yapılacak çalışmaların başında da enerjinin yoğun kullanılması nedeniyle enerji giderlerinin azaltılması gelir. Bu amaçla bir kilogram kumaş için harcanan su, elektrik ve ısı miktarının azaltılmasına yönelik çalışmalar yapılmıştır. Isı geri kazanımı çalışmaları, Türkiye’nin gelişen sanayi sektörünün mevcut enerji dar boğazından çıkışı için iyi bir çözüm olmasının yanı sıra çevreye de katkısı olan sonuçlar ortaya çıkaracaktır. Tekstil endüstrisinin en çok ihtiyaç duyduğu enerji, ısı enerjisidir. Ürünün ne olduğuna bağlı olarak istenen sıcaklık ve ısıl değerler değişmektedir.

Çeşitli Sanayi Sektörlerinde Enerji Tasarrufu Örnekleri

Bir kâğıt fabrikasında, atık sıcak gaz bir atık ısı kazanında kullanılmaktadır. Bunun sonucunda 57 bar basınçta 40 ton/h kapasiteli 475°C’de buhar elde edilmiştir. Bu yolla kazanılan enerji yaklaşık 1000000 kJ olup yakıt eşdeğeri 28 kg fuel-oil/h’tir. Bir gıda fabrikasında arpa kurutulması sırasında atılan ısı enerjisinden yararlanılarak % 30 enerji tasarrufu sağlanmıştır. Bir kimyasal tesiste 19 bar basınç 20 ton/h buhar üreten bir buhar kazanının atık gazından yararlanılarak besleme suyunun ısıtılması gerçekleştirilmiştir. Bu uygulamada besleme suyunun sıcaklığı iki kademede 105°C’den 165°C’ye yükseltilmiş, buhar üretiminde % 10’luk bir artış meydana gelmiştir. Bir otomobil fabrikasında kurutucudan atılan havanın ısısını geri kazanabilmek üzere bir çalışma yapılmıştır. Bu çalışmada atık ısı ile otomobil fabrikasında boya bandındaki bir otomobil parçasını kurutulması için gerekli buhar elde edilmiştir.

Sanayideki Enerji Tasarrufunun Çevre Üzerindeki Etkileri

Ülkemizdeki sanayi sektörünün enerji tüketimi, 1970 yılında 4 milyon TEP seviyesinden büyük bir artışla 1993 yılında 16,5 milyon TEP seviyesine, 2014 yılında 49,7 TEP seviyesine ulaşmıştır. Ülkemizde doğalgaz tüketiminde de büyük bir artış görülmüştür. 1970 yıllarında hiç tüketilmeyen doğalgaz 1993 yılında 2 milyar m ³ tüketilmiş, 2012 yılında ise bu miktar 40 milyar m ³ ’e ulaşmıştır. Ardından alınan önlemler ve yenilenebilir enerji kaynaklarına verilen önem arttırılarak bu tüketim hızı kontrol altına alınmaya çalışılmıştır. 2013 yılında doğalgaz tüketimi 36 milyar m ³ seviyesine gerilemiş olsa da, enerji ihtiyacı zamanla hızla artmasından dolayı 2014 yılında tekrar bu tüketim 40 milyar m ³ seviyesine çıkmıştır. Benzer şekilde elektrik enerjisi tüketiminde de 1970’den günümüze ciddi bir artış ortaya çıkmıştır. 1970 yılında 4,6 TWh olan tüketim 1993 yılında 32,9 TWh değerine, 2014 yılında 264,1 TWh değerine çıkmıştır. Elektrik enerjisi tüketiminin 2024 yılında yaklaşık 400 TWh civarına ulaşması beklenmektedir. Bu rakamlardan da görülmektedir ki sanayideki enerji tüketimi ciddi bir artış eğilimi göstermektedir. Enerji kullanımı sonuç olarak çevreye olan salınımların da gittikçe artmasını ortaya çıkarmaktadır. Enerji tasarrufu çalışmalarının artması, enerjiye ödenen paranın azaltılmasının yanı sıra çevre üzerindeki etkilerde de olumlu katkı sağlayacaktır. Enerji tasarrufunun yanı sıra kullanılan yakıtın cinsi de çevre üzerindeki etkileri değiştirmektedir. 1970’li yıllarda sanayi sektöründe 6 numaralı fuel-oil, linyit ve kok yoğun olarak kullanılırken son yıllarda doğalgaz ağırlıklı olarak kullanılmaya başlanmıştır. Fuel-oil, linyit ve koktan doğalgaza geçiş emisyonların azalmasına neden olduğundan çevre üzerinde olumlu bir etki bırakmaktadır.

Doğal Ortamda Çevrimler ve Doğal Emisyonlar

Doğada genel olarak bilinen 5 doğal çevrim vardır. Bunlar; su, karbon, azot, kükürt ve oksijendir. Bunların içinde en önemlisi su çevrimidir. Okyanus, ırmak ve göl suları güneşin etkisiyle buharlaşıp yağışlarla yeniden geriye dönerler. Yeryüzünde bulunan suyun bir kısmı yüzeyde akar diğer bir kısmı ise toprağın içine süzülür. Akarsular, ırmak ve gölleri oluşturur. Yüzeydeki suyun büyük bir kısmı yeniden okyanusa dönerken kalan kısmı buharlaşarak doğrudan atmosfere gider.

Karbon çevrimi, dünya kütlesinin 3 milyonda birine eşdeğer bir miktar ile ilgilenir. En önemli bölümü okyanuslarda özellikle de derin tabakalarda bulunur.

Azot çevrimi için başlıca stok; atmosfer, deniz kabuğu ve tortulu kayalardadır. Azot çevrimi temel olarak biyolojik tespit ve atmosferde tutma işlemlerini içermektedir.

Kükürt çevrimi genel olarak tortulu kayalarda bulunan bir stoğu kapsamaktadır. Kükürt çevrimi üç akımla nitelendirilmektedir. Bunlar; bakteri emisyonları, deniz tuzlarının uçuşması ve yanardağların püskürtmesidir.

Oksijen çevrimi, oksijenin başlıca üç organik olmayan bileşimini içermektedir. Bunlar; su, oksijen ve karbondioksittir. Bu üç kimyasal madde de yeryüzünde bol miktarda bulunmaktadır.

Sanayide Karbondioksit Emisyonu

2005 yılı verilerine göre atmosfere 30 milyar ton karbondioksit atılmaktadır. Gerekli önlemler alınmazsa 2030 yılında bu değer 43 milyar ton/yıl’a çıkacaktır. Dünyada 2004-2034 yılları arasında yıllık karbondioksit emisyonu % 1,8 oranında; OECD dışı ülkelerde ise % 2,6 artış göstermesi beklenmektedir. 2004 yılı verilerine göre global enerjinin % 26’sının endüstride kullanıldığı ve karbondioksit emisyonunun % 18,5’inin endüstriden kaynaklandığı göz önüne alınırsa, endüstride gerek enerji tasarrufu ile gerekse başka yollarla enerji yoğunluğunu düşürecek çalışmaların önemi daha da fazla ortaya çıkmaktadır. 2006 yılı verilerine göre dünyada sera etkisi yaratan çevre sorunlarının % 46’sı enerji tüketiminden, % 24’ü sanayi faaliyetlerinden, % 18’i ormansızlaşmadan, % 9’u tarımdan, % 32’si ise diğer kaynaklardan yaratılan emisyonlar nedeniyle oluşmaktadır. Bu sonuca göre dünyadaki çevre sorunlarının en önemli kaynağı enerji tüketimi ve enerji üretimi sitemlerinde kullanılan yakıt türüne de bağlı olarak ortaya çıkan sera gazı emisyonlarındaki artıştandır.

Çevreyi Koruyan Çözümler

Enerjinin rasyonel kullanımı, diğer bir deyişle enerjinin daha iyi yönetimi ile enerji tüketiminin kontrol altına alınması anlaşılmaktadır. Tüketimin azaltılması veya bunun sonucu olarak artışın önüne geçilmesi ile enerji kullanılabilirliği açısından olduğu kadar çevre açısından da bir iyileşme ortaya çıkmaktadır. Rasyonel enerji kullanımı yoluyla tasarruf edilen her enerji miktarına, üretilmeyen ve dolayısıyla çevreyi bozan etkileri ile uğraşılması gerekmeyen bir enerji olarak da bakılabilir. Enerji tasarrufu, gelişmekte olan ülkelerin daha çok dikkat etmesi gereken bir konu olup sanayinin yanı sıra pek çok alanda göz önüne alınabilecektir.

Temiz enerji tekniklerinden yararlanılması, enerji tasarrufu ve çevre açısından yeni olanaklar ortaya çıkarabilmektedir. Bu alanda, yakma sistemlerinin geliştirilmesi ile, SO ₂ ve NO _x emisyonlarını azaltılmasına olanak veren düşük ısıtma sistemlerinin geliştirilmesinden söz edilebilir.

Kirletici maddeleri ayıran veya zararlarını önleyen tekniklerin uygulanması, çevre açısından önemli katkılar verebilmektedir.

Fosil yakıtlardan daha az kirlilik yaratan yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmek, bu alandaki en önemli hedeflerden birisidir. Özellikle emisyonların azaltılması ve sınırlı kaynağı olan fosil yakıtların kullanılmaması anlamında alternatif enerji kaynaklarının kullanımı gelecek açısından ümit bağlanan en önemli çıkış kapısı olarak ortaya çıkmaktadır.

Sanayiden Kaynaklanan Hava Kirliliğinin Önlenmesinde Dikkate Alınacak Bazı Noktalar

• Yer seçiminin uygunluğu , çevre açısından önemli noktalardan birisidir. Sanayi kuruluşlarının yer seçiminde genellikle ekonomik kriterler göz önüne alınmaktadır. Sanayi kuruluşları yer seçimini yaparken çevreye uyum ve kirlilik kontrolü açısından değerlendirmelere gereken önemi vermeyebilmektedirler. Bu konudaki eksikliğin giderilmesi için uygulanmakta olan Çevresel Etki Değerlendirme (ÇED) çalışmalarının uygulanmasına etkin bir şekilde devam edilmesi yararlı olacaktır. ÇED, belirli bir proje veya gelişmenin, çevre üzerindeki önemli etkilerinin belirlendiği bir süreçtir.
• Eski teknolojilerin terk edilmesi ve teknoloji kullanım hatalarının ortadan kaldırılması , enerji ekonomisi ve sonuçta da çevre kirliliği açısından oldukça önemlidir. Ülkemizde eskimiş tesislerin teknolojik düzeylerini yükseltecek proje çalışmalarına yoğunluk verilmelidir. Yararlı ömürlerini tamamlamış tesislerin kullanılmaya devam edilmesi özellikle yakma tesislerinde görülmektedir. Yakma sistemlerindeki yeni gelişmeler sonucu yeni sistemler daha verimlidir, dolayısıyla da çevreye olan etkileri daha azdır.
• Hava kirliliğini kontrol eden cihazların kullanılması, çevreye verilecek zararlı etkiler açısından büyük önem taşımaktadır. Özellikle çevreye partikül kirliliği yaratan çimento sektörü gibi tesislerde filtre kullanımı ve bunun sürekli olarak kontrol edilmesi büyük önem arz etmektedir.
• Kükürt oksit emisyonlarına karşı çeşitli yollarla önlem alınması, çevre açısından önemli sonuçlar ortaya çıkaracaktır. Kükürtoksit emisyonlarını azaltacak başlıca önlemler olarak şunlardan söz edilebilir:
  • Düşük kükürtlü yakıt kullanımı,
  • Ağır fuel-oilin desülfürizasyonu,
  • Baca gazı desülfürizasyonu.
• Azotoksit (NO _x ) emisyonlarının azaltılması için, özelikle yakma teknolojisinde yeni gelişmeler ortaya çıkarılmıştır. Yakıt iyileştirme teknolojileri kapsamında yakıttan azot giderilmesi teknolojisi, yeni geliştirilmekte olup, ağır fuel-oilden kükürtün uzaklaştırıldığı desülfürizasyon teknolojisine benzemektedir. NO _x emisyonunu kontrol eden temel prensipler şunlardır:
  • Düşük azot içeren yakıt kullanımı,
  • Yanma sırasında oksijen yoğunluğunun düşürülmesi,
  • Yanma gazının yüksek sıcaklılarda kalma süresinin kısaltılması,
  • Yanma sıcaklığının düşürülerek ideal sıcaklıkla eşdeğer hale getirilmesi.