Emission, Fuel Consumption and Economic Analysis of Level Tunnel Proposed to Replace the Sakaltutan Pass

Yıl 2025, Cilt: 37 Sayı: 2, 919 - 933, 30.09.2025

Oğuz Kürşat Demirci

https://doi.org/10.35234/fumbd.1739008

Öz

This study quantitatively assesses the environmental and economic implications of replacing the 13 km Sakaltutan Pass on Turkey’s D-100/E-80 corridor with a proposed 11.1 km, zero-gradient tunnel. Using the This study quantitatively evaluates the environmental and economic effects of replacing the 13-km Sakaltutan Pass on the D-100/E-80 corridor with an 11.1-km, zero-gradient tunnel. Using COPERT 5.8.1 for a 5196-vehicle fleet, we apply speed, grade, cold-start and climate multipliers; assess ±15% expanded uncertainty; and run 10000-iteration Monte Carlo simulations. The tunnel scenario reduces fuel use by 5041 L day-1 (−34%) and CO2 by 12.9 t day-1 (≈4700 t yr-1); NOx falls by 23%, and PM by 37%. Aggregate travel time declines by 211 h day-1, yielding ≈108 million TL yr-1 in economic benefits, rising to ≈126.8 million TL yr-1 when carbon valuation is included. The probability of net savings is 99.4%. Benchmarking against comparable tunnel LCAs indicates construction-phase embodied emissions on the order of 105 t CO2-eq, implying a carbon payback of ≈10–20 years. Including capital expenditure, the simple payback ranges ≈24–39 years, depending on CAPEX. The gains are especially pronounced for heavy-duty vehicles. Overall, the tunnel emerges as a robust option with substantial operational emission and time savings and clear long-term climate and economic value.

Anahtar Kelimeler

Sakaltutan Tunnel , COPERT 5 , fuel consumption , exhaust emissions , economic analysis

Sakaltutan Geçidi Yerine Önerilen Eğimsiz Tünelin Emisyon, Yakıt Tüketimi ve Ekonomik Analizi

Öz

Bu çalışma, D-100/E-80 üzerindeki 13 km’lik Sakaltutan Geçidi yerine 11,1 km, %0 eğimli bir tünelin çevresel ve ekonomik etkilerini nicel olarak değerlendirmektedir. COPERT 5.8.1 ile 5196 araçlık filo için hız, eğim, soğuk başlatma ve iklim çarpanları kullanılmış; ±%15 genişletilmiş belirsizlik ve 10000 yinelemeli Monte Carlo analizi uygulanmıştır. Tünel senaryosu yakıt tüketimini günde 5041 L (−%34) ve CO2’yi 12,9 t gün-1 (≈4700 t yıl-1) azaltır; NOx emisyonunda −%23, PM’de −%37 düşüş sağlar. Toplam yolculuk süresi 211 saat gün-1 azalır ve ekonomik fayda ≈108 milyon TL yıl-1’dır; karbonun parasal değeri eklendiğinde toplam ≈126,8 milyon TL yıl-1’a çıkar. Net tasarruf olasılığı %99,4’tür. Benzer tünel LCA’larıyla karşılaştırılan yapım aşaması gömülü emisyonları 105 t CO2-eş. mertebesindedir; karbon geri ödeme süresi ≈10–20 yıl olarak öngörülür. Yatırım gideri dâhil basit geri ödeme, varsayılan yatırım gideri (CAPEX)’e bağlı olarak ≈24–39 yıl aralığındadır. Sonuçlar, özellikle ağır hizmet araçları kaynaklı kazanımların belirgin olduğunu ve tünelin iklim/ekonomi açısından güçlü bir seçenek sunduğunu göstermektedir.

Anahtar Kelimeler

Sakaltutan Tüneli , COPERT 5 , yakıt tüketimi , egzoz emisyonları , ekonomik analiz

Kaynakça

• European Commission Joint Research Centre. COPERT: Computer model to calculate emissions from road transport. Brüksel: EC JRC, 2025. https://web.jrc.ec.europa.eu/policy-model-inventory/explore/models/model-copert/ (Erişim: 30 Haziran 2025).
• EMISIA. COPERT version 5.8.1—Release notes. Selanik: EMISIA SA, 2024. https://copert.emisia.com/copert/versions/ (Erişim: 30 Haziran 2025).
• Loulizi A, Karakasis E, André M, Vacca A. Road grade estimation based on large-scale fuel consumption data. Transp Res Part D 2022; 105: 103209.
• European Environment Agency. COPERT III: Computer programme to calculate emissions from road transport. Kopenhag: EEA, 2000.
• Refahiye Kaymakamlığı. Coğrafi yapı. Refahiye; 2025. https://www.refahiye.gov.tr/cografi-yapi (Erişim: 1 Temmuz 2025).
• Meteoroloji Genel Müdürlüğü. İllere ait mevsim normalleri (1991–2020): Erzincan. Ankara: MGM, 2024. https://www.mgm.gov.tr (Erişim: 1 Temmuz 2025).
• Clark NN, Zhai H, Frey HC. Impacts of road grade on fuel consumption and carbon-dioxide emissions of heavy-duty trucks. Transp Res Rec 2009; 2139(1): 21-30.
• Ahn K, Rakha H, Trani A. Quantifying the coupling relationship of road grade impacting vehicular emissions. J Transp Eng Part A: Syst 2023; 149(6): 04023025.
• Ferreira H, Rodrigues CM, Pinho C. Impact of road geometry on vehicle energy consumption and CO₂ emissions: an energy-efficiency rating methodology. Energies 2020; 13(1): 119.
• Karayolları Genel Müdürlüğü. 2007 yılı idare faaliyet raporu. Ankara: KGM, 2008.
• AlpTransit Gotthard AG. Annual mobility and sustainability report 2016. Luzern: AlpTransit, 2017.
• Boriboonsomsin K, Barth M. Impacts of road grade on fuel consumption and carbon dioxide emissions. Transp Res Rec, 2009; 2139:21–30.
• Wyatt DW, Li H, Tate JE. The impact of road grade on carbon dioxide (CO₂) emission of a passenger vehicle in real-world driving. Transp Res D, 2014; 32:160–170.
• Lopp S, Wood E, Duran A. Evaluating the impact of road grade on simulated commercial vehicle fuel economy using real-world drive cycles. SAE Tech Pap, 2015-01-2739, 2015.
• Zhang W, Lu J, Xu P, Zhang Y. Moving towards sustainability: Road grades and on-road emissions of heavy-duty vehicles—a case study. Sustainability, 2015; 7(9):12644–12671.
• Dallmann TR, Kirchstetter TW, DeMartini SJ, Harley RA. Quantifying on-road emissions from gasoline-powered motor vehicles: Accounting fort he presence of medium-and heavy-duty diesel trucks. Environ Sci Technol, 2013; 47:13873–13881.
• Smit R, Kingston P, Wainwright DH, Tooker R. A tunnel study to validate motor vehicle emission prediction software in Australia. Atmos Environ, 2017; 151:188–199.
• Grieshop AP, Lipsky EM, Pekney NJ, Takahama S, Robinson AL. Fine particle emission factors from vehicles in a highway tunnel: Effects of fleet composition and season. Atmos Environ, 2006; 40:287–298.
• Wang X, Khlystov A, Ho KF, Campbell D, Chow JC, Kohl SD, Watson JG, Lee, SCF et al. Real-World Vehicle Emissions Characterization for the Shing Mun Tunnel in Hong Kong and Fort McHenry Tunnel in the United States. Res Rep Health Eff Inst. 2019;199:5-52.
• Bardal KG, Mathisen TA. Winter problems on mountain passes—Implications for cost-benefit analysis. Transp Res A: Policy Pract, 2015; 74:59–72.
• Jacobsen JKS, Leiren MD, Saarinen J. Natural hazard experiences and adaptations: A study of winter climate-induced road closures in Norway. Norsk Geogr Tidsskr, 2016; 70(5):292–305.
• Republic of Türkiye, Ministry of Environment and Urbanization. Informative Inventory Report (IIR) 2021: Road transport chapter. Ankara: MoEU, 2021.
• Özen M, Tüydeş Yaman H. Türkiye’de şehirlerarası yük trafiği CO₂ emisyonlarının tahmini. Süleyman Demirel Üniv Fen Bilim Enst Derg, 2013; 17(3): 56-64.
• Kafadar M. The investigation of sensitivity of COPERT estimated road transport emissions on air quality via wrf/cmaq modeling system over İstanbul. Master Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, 2015.
• U.S. Department of Energy. Average fuel consumption at increasing road grades (AFDC Data Set 10601). Washington DC: DOE, 2023. https://afdc.energy.gov/data/10601 (Erişim: 1 Temmuz 2025).
• Shaikh AA, He T, Deng F, Luo Z, Zhao J, Zhang Z, Liu H. Altitude-dependent gaseous emissions from freight trucks along the China-Pakistan Economic Corridor in Pakistan, Environ Sci Ecotechnol, 2023;14:100226.
• Karayolları Genel Müdürlüğü. 2024 yılı 16. Bölge devlet yolları trafik hacim haritası. Erzurum: KGM, 2025.
• Türkiye İstatistik Kurumu. Motorlu kara taşıtları 2024 yıllık istatistikleri [veri kümesi]. Ankara: TÜİK, 2025. https://data.tuik.gov.tr (Erişim: 2 Temmuz 2025).
• Türkiye İstatistik Kurumu. Motorlu kara taşıtları Mayıs 2025 haber bülteni (54041). Ankara: TÜİK, 2025.
• European Environment Agency. EMEP/EEA air-pollutant emission inventory guidebook 2023 – 1.A.3.b Road transport. Lüksemburg: EU Publications, 2024.
• Intergovernmental Panel on Climate Change. 2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories, vol 2: Energy, ch 3 Mobile combustion. Cenevre: IPCC, 2006.
• Weatherspark. Refahiye, Türkiye – Yıllık ortalama hava durumu ve iklim. 2024. https://weatherspark.com (Erişim: 1 Temmuz 2025).
• Doviz.com. Erzincan akaryakıt fiyatları (5 Temmuz 2025). 2025. https://www.doviz.com/akaryakit-fiyatlari/erzincan (Erişim: 5 Temmuz 2025).
• Ulaştırma ve Altyapı Bakanlığı. Türkiye karayolu ulaştırma ana planı nihai raporu: Ekonomik parametreler bölümü. Ankara: UAB, 2023.
• European Commission. EU ETS market report Q1 2025. Brüksel: DG Climate Action, 2025.
• Türkiye Cumhuriyet Merkez Bankası. USD/TRY satış kuru—Günlük ortalamalar, 1 Ocak 2024–31 Aralık 2024 [veri kümesi]. Ankara: TCMB, 2025. https://evds2.tcmb.gov.tr (Erişim: 2 Temmuz 2025).
• Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu. Petrol piyasası sektör raporu 2024: Fiyat hareketleri bölümü. Ankara: EPDK, 2025. https://www.epdk.gov.tr (Erişim: 2 Temmuz 2025).
• Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu. Petrol ve LPG piyasaları aylık fiyatlandırma raporları (2024 ortalamaları). Ankara: EPDK, 2025. https://www.epdk.gov.tr (Erişim: 2 Temmuz 2025).
• U.S. Environmental Protection Agency. Exhaust emission rates for heavy-duty on-road vehicles in MOVES3 (EPA 420-R-20-018). Washington DC: EPA, 2020.
• Karayolları Genel Müdürlüğü. 2023 kış bakım ve kar mücadelesi raporu. Ankara: KGM, 2024.
• T.C. Ulaştırma ve Altyapı Bakanlığı. 2053 Ulaştırma ve Lojistik Ana Planı: Sürdürülebilir Ulaşım ve İklim Eylemi bölümü (Rev. ed.). Ankara: UAB, 2022. https://www.uab.gov.tr/uploads/pages/bakanlik-yayinlari/2053-ulastirma-ve-lojistik-ana-plani-rev.pdf (Erişim: 2 Temmuz 2025).
• Uçar M, Kocagul M, Tanyeri B, Fırat M. Dizel motorlarda benzin ve atık araç lastiklerinden elde edilen pirolitik yağın dizel yakıt ile karışımlarının araştırılması. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2024;36(1):97-104.
• Demirci OK, Cinar C, Kocakulak T. Investigation of the combined use of diesel and CNG fuels on an HCCI engine using response surface methodology (RSM). Scientia Iranica, 2024; (in press).
• Akar Ş, Arabacı E. Effects of valve overlap, lift, and duration on spark ıgnition engine performance. IJASTECH. 2025;9(2):218-29.
• Calam A, Aydoğan B. İzopropanol ve heptan karışım yakıtları kullanımının bir HCCI motorda performans yanma ve emisyon karakteristiklerinin deneysel incelenmesi. GUJS Part C. Aralık 2019;7(4):818-33.
• Demirci OK, Çınar C. HCCI-DI bir motorda doğal gaz kullanımının performans ve egzoz emisyonlarına etkisinin incelenmesi. GUJS Part C. Haziran 2019;7(2):317-30.
• Bayındırlı C, Erol D, Çelik M, Gülcan HE. Exergy and sustainability analysis of different proportions reduced graphene oxide and graphite nanoparticles in a CI engine. IJASTECH. 2025;9(2):208-17.
• Dam QT, Haidar F, Mama N, Chennapall SJ. Modeling and simulation of an ınternal combustion engine using hydrogen: A MATLAB implementation approach. Eng. Pers. 2024;3(3):108-18.
• Yiğit Y, Karabatak M. Akıllı şehirler ve trafik güvenliği için sürüş kontrolü uygulaması. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2023;35(2):761-70.
• Miliutenko S, Åkerman J, Björklund A. Energy use and greenhouse gas emissions during the life cycle stages of a road tunnel – the Swedish Case Norra Länken. Eur J Transp Infrastruct Res. 2012;12(1):39-62.
• Huang L, Bohne RA, Bruland A, Jakobsen PD, Lohne J. Life cycle assessment of a Norwegian road tunnel. Int J Life Cycle Assess. 2015;20:174–184.
• Liu T, Zhu H, Shen Y, Li T, Liu A. Embodied carbon assessment on road tunnels using integrated digital model: Methodology and case-study insights. Tunn Undergr Space Technol. 2024;143:105485.
• Peñaloza GA, Vignisdottir HR, Kristensen T, Ramsnes E. Greenhouse gas emission reduction potential in road tunnels – Can we reach the European Union goals with existing materials and technologies?. Tunn. Undergr. Space Technol. 2024;153:106011.
• Petroutsatou K, Maravas A, Saramourtsis A. A life-cycle model for estimating road tunnel cost. Tunn. Undergr. Space Technol. 2021;111:103858.