The Contribution of Industrial Point Emissions on Air Pollution: A Case Study for Kayseri Province

Abstract

In this study, the contribution of power plants belonging to industrial power generation facilities in Kayseri City Center to air pollution was investigated. For this reason, in the five-year period between 2015-2019 in Kayseri Province, besides the natural gas used in the industry, the emission amounts have been revealed with the data obtained from the power plants that use coal for industrial energy supply. The contributions of these sources to air pollution are also evaluated on an annual basis with the data of the National Air Quality Monitoring Network. In addition, the relationship between emission amounts and pollutant concentrations on an annual basis was examined using the Pearson correlation. The emission amounts calculated for the total PM (particulate matter), SO2 and NOx parameters during the five-year period, 2015-2019, are 1,540 tons, 500 tons and 10,328 tons, respectively. As a result of the emission amounts (tons/year) calculated for the PM, SO2 and NOx parameters, the emission rates of the three pollutants are 14%, 4% and 82%, respectively. When the contribution of coal used in power plants in industries and natural gas used in industry to air pollution in Kayseri is compared, it is seen that coal makes the highest contribution with 89% of PM 97% of SO2 and 62% of NOx. It was concluded that the decrease in PM10 concentrations and the increase in NOx concentrations from 2015 to 2019 may be associated with the increase in natural gas use in the city. The use of industrial natural gas and coal could not be associated with the change in SO2 concentrations. It has been found that the NOx emission amounts originating from the use of coal for energy production in industrial facilities have a high correlation with the NOx concentration. In future studies, the contribution of each point source to air pollution can be determined by determining the use of domestic coal and natural gas.

Keywords

• Point Source
• Natural Gas
• Coal
• Emission
• Industry

Sanayi Kaynaklı Noktasal Emisyonların Hava Kalitesine Katkısı: Kayseri İli Örneği

Abstract

Bu çalışmada Kayseri İl Merkezinde endüstriyel amaçlı enerji üretim tesislerine ait enerji santrallerinin hava kirliliğine katkısı araştırılmıştır. Bu nedenle, Kayseri İli’nde 2015-2019 yılları arasındaki 5 (beş) yıllık dönemde sanayide kullanılan doğalgazın yanı sıra, endüstriyel enerji temini için kömür kullanan santrallerden alınan verilerle emisyon miktarları ortaya çıkarılmıştır. Bu kaynakların, hava kirliliğine katkıları da Ulusal Hava Kalitesi İzleme Ağı verileriyle yıllık bazda ayrıca değerlendirilmiştir. Ayrıca, emisyon miktarları ile kirletici konsantrasyonlarının yıllık bazdaki birbiriyle ilişkisi Pearson korelasyonu ile incelenmiştir. Çalışma süresi olan 2015-2019 yıllarını kapsayan 5 yıllık süre zarfında toplam PM (partiküler madde), SO2 ve NOx parametreleri için hesaplanan emisyon miktarları sırasıyla; 1.540 ton, 500 ton ve 10.328 ton şeklindedir. PM, SO2 ve NOx parametreleri için hesaplanan emisyon miktarları (ton/yıl) sonucunda üç kirleticinin emisyon yüzdeleri sırası ile %14, %4 ve %82 şeklindedir. Endüstrilerde enerji santrallerinde kullanılan kömür ile sanayide kullanılan doğalgazın Kayseri İli hava kirliliğine katkısı karşılaştırıldığında, bu parametrelere, PM %89, SO2 %97 ve NOx %62 ile en fazla katkıyı kömürün yaptığı görülmüştür. 2015 yılından 2019 yılına doğru gerçekleşen PM10 konsantrasyonlarında azalma ve NOx konsantrasyonlarındaki artışın, kentte doğalgaz kullanımının artması ile ilişkili olabileceği, endüstriyel doğalgaz ve kömür kullanımı ile SO2 konsantrasyonlarındaki değişimin ilişkilendirilemediği sonucuna varılmıştır. Sanayi tesislerinde enerji eldesi için kömür kullanımı kaynaklı NOx emisyon miktarlarının NOx konsantrasyonu ile yüksek korelasyona sahip olduğu bulunmuştur. Sonraki çalışmalarda evsel kaynaklı kömür ve doğalgaz kullanımının da belirlenmesiyle her bir noktasal kaynağın hava kirliliğine katkısı belirlenebilir.

Keywords

• Noktasal Kaynak
• Doğalgaz
• Kömür
• Emisyon
• Endüstri

References

1. Abd Rani N.L., Azid A., Khalit S.I., Juahir H., Samsudin M.S., (2018), Air pollution index trend analysis in Malaysia, 2010-15, Polish Journal of Environmental Studies, 27(2), 801-807.
2. Askarova A.S., Messerle V.E., Ustimenko A.B., Bolegenova S.A., Maximov V.Y., Yergalieva A.B., (2016), Reduction of noxious substance emissions at the pulverized fuel combustion in the combustor of the BKZ-160 boiler of the Almaty heat electropower station using the “Overfire Air” technology, Thermophysics and Aeromechanics, 23(1), 125-134.
3. CITEPA (1992), Corinair Inventory-Default emission factors handbook, 2nd Edition, Centre Interprofessional Technique de la Pollution Atmospherique, CEC-DGXI, Paris.
4. Çetin M., Demirci O.K., (2016), Erzincan’da doğal gaz kullanımının hava kalitesine etkisi, Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 9(1), 8-18.
5. Çukurluoğlu S., Besim T., (2015), Denizli Organize Sanayi Bölgesi Yakıt Kaynaklı Emisyon Envanteri, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 21(6), 248-253.
6. Dadaşer Çelik F., Azgın, Ş.T., (2020), Forecasting of Primary Air Pollutions: Emission Inventory Sample from Turkey, Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 6(1), 66-75.
7. Dadaşer Çelik F., Kırmacı, H.K., (2011), Kayseri İli Kent Merkezinde Kükürtdioksit ve Partiküler Madde Değerlerindeki Değişimlerin İncelenmesi: 1990-2007, Ekoloji Dergisi, 20(79), 83-92.
8. EIA (2020), Natural gas explained, https://www.eia.gov/energyexplained/natural-gas/use-of-natural-gas.php, [Erişim 10 Ocak 2022].

9. Elbir T., Müezzinoğlu A., (2004), Estimation of emission strengths of primary air pollutants in the city of Izmir, Turkey, Atmospheric Environment, 38 (2004), 1851–1857.
10. EPA (1996), Air Emissions Factors and Quantification: Chapter 1: external combustion sources, AP 42, Fifth edition, Volume I, Environmental Protection Agency, https://www3.epa.gov/ttnchie1/ap42/ch01/, [Erişim 23 Eylül 2017].
11. EPA (1998), Air Emissions Factors and Quantification: Chapter 1: external combustion sources, Environmental Protection Agency, Volume 1, https://www3.epa.gov/ttnchie1/ap42/ch01/, [Erişim 14 Ağustos 2018].
12. Guttikunda S.K., Nishadh K.A., Jawahar P., (2019), Air pollution knowledge assessments (APnA) for 20 Indian cities, Urban Climate, 27, 124-141.
13. İnandı T, Canciğer Eltaş M., Kerman B., (2017), Türkiye’de Havadaki PM10 ve SO2 Düzeyindeki Değişimler, 2005-2015, Türkiye Klinikleri, J Med Sci 2018, 38(3), 209-217.
14. Kartal T., (2018), Ulusaldan yerele Türkiye'de iklim değişikliği politikaları ve uygulamaları: Kayseri örneği, Yüksek Lisans Tezi, Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Nevşehir.
15. Kawashima A.B., Martins L.D., Abou Rafee S.A., Rudke A.P., de Morais M.V., Martins J.A., (2020), Development of a spatialized atmospheric emission inventory for the main industrial sources in Brazil, Environmental Science and Pollution, 27, 35941–35951.
16. Morcalı M.H., Akan D.S., (2017), Kahramanmaraş hava kirliliği kaynaklarının izlenmesi ve belirlenmesi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 20(2), 105-115.
17. Normann F., Andersson K., Leckner B., Johnsson F. (2008), High-temperature reduction of nitrogen oxides in oxy-fuel combustion. Fuel, 87(17-18), 3579-3585.
18. Oǧulata R.T., (2002), Sectoral energy consumption in Turkey, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 6(5), 471-480.
19. Pachón J.E., Galvis B., Lombana O., Carmona L.G., Fajardo S., Rincón A., Henderson B., (2018), Development and evaluation of a comprehensive atmospheric emission inventory for air quality modeling in the megacity of Bogotá, Atmosphere, 9(2), 49, doi: 10.3390/atmos9020049.
20. URL-1 (2020), World Air Quality Report, https://www.iqair.com/world-air-quality-report, [Erişim 12 Kasım 2021].
21. URL-2 (2021), Kayseri İli Temiz Hava Eylem Planı 2015-2019, http://dozplayer.biz.tr/10112502-T-C-cevre-ve-sehircilik-bakanliği-kayseri-cevre-ve-sehircilik-il-mudurlugu-html, [Erişim 20 Nisan 2021].
22. URL-3 (2021), BOTAŞ Genel Müdürlüğü, http://www.botas.gov.tr/, [Erişim 20 Eylül 2021].
23. URL-4 (2021), Ulusal Hava Kalitesi İzleme Ağı (2015-2019), http://www.havaizleme.gov.tr, [Erişim 29 Eylül 2021].
24. URL-5 (2021), Kayseri İli Temiz Hava Eylem Planı 2014-2019, http://dozplayer.biz.tr/10112502-T-C-cevre-ve-sehircilik-bakanliği-kayseri-cevre-ve-sehircilik-il-mudurlugu-html, [Erişim 15 Nisan 2021].
25. USEPA (1995), Compilation of air pollutant emission factors, Vol. I. Stationary point and area sources, Rep.AP-42. Fifth Edition, US Environmental Protection Agency, Research Triangle Park, NC.
26. Yue T., Zhang X., Wang C., Zuo P., Tong Y., Gao J., Gao X., (2018), Environmental impacts of the revised emission standard for air pollutants for boilers during the heating season in Beijing, China, Aerosol and Air Quality Research, 18(11), 2853-2864.