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

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

1. 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).
2. EMISIA. COPERT version 5.8.1—Release notes. Selanik: EMISIA SA, 2024. https://copert.emisia.com/copert/versions/ (Erişim: 30 Haziran 2025).
3. 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.
4. European Environment Agency. COPERT III: Computer programme to calculate emissions from road transport. Kopenhag: EEA, 2000.
5. Refahiye Kaymakamlığı. Coğrafi yapı. Refahiye; 2025. https://www.refahiye.gov.tr/cografi-yapi (Erişim: 1 Temmuz 2025).
6. Meteoroloji Genel Müdürlüğü. İllere ait mevsim normalleri (1991–2020): Erzincan. Ankara: MGM, 2024. https://www.mgm.gov.tr (Erişim: 1 Temmuz 2025).
7. 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.
8. 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.

9. 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.
10. Karayolları Genel Müdürlüğü. 2007 yılı idare faaliyet raporu. Ankara: KGM, 2008.
11. AlpTransit Gotthard AG. Annual mobility and sustainability report 2016. Luzern: AlpTransit, 2017.
12. Boriboonsomsin K, Barth M. Impacts of road grade on fuel consumption and carbon dioxide emissions. Transp Res Rec, 2009; 2139:21–30.
13. 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.
14. 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.
15. 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.
16. 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.
17. 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.
18. 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.
19. 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.
20. Bardal KG, Mathisen TA. Winter problems on mountain passes—Implications for cost-benefit analysis. Transp Res A: Policy Pract, 2015; 74:59–72.
21. 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.
22. Republic of Türkiye, Ministry of Environment and Urbanization. Informative Inventory Report (IIR) 2021: Road transport chapter. Ankara: MoEU, 2021.
23. 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.
24. 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.
25. 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).
26. 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.
27. Karayolları Genel Müdürlüğü. 2024 yılı 16. Bölge devlet yolları trafik hacim haritası. Erzurum: KGM, 2025.
28. Türkiye İstatistik Kurumu. Motorlu kara taşıtları 2024 yıllık istatistikleri [veri kümesi]. Ankara: TÜİK, 2025. https://data.tuik.gov.tr (Erişim: 2 Temmuz 2025).
29. Türkiye İstatistik Kurumu. Motorlu kara taşıtları Mayıs 2025 haber bülteni (54041). Ankara: TÜİK, 2025.
30. European Environment Agency. EMEP/EEA air-pollutant emission inventory guidebook 2023 – 1.A.3.b Road transport. Lüksemburg: EU Publications, 2024.
31. Intergovernmental Panel on Climate Change. 2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories, vol 2: Energy, ch 3 Mobile combustion. Cenevre: IPCC, 2006.
32. Weatherspark. Refahiye, Türkiye – Yıllık ortalama hava durumu ve iklim. 2024. https://weatherspark.com (Erişim: 1 Temmuz 2025).
33. Doviz.com. Erzincan akaryakıt fiyatları (5 Temmuz 2025). 2025. https://www.doviz.com/akaryakit-fiyatlari/erzincan (Erişim: 5 Temmuz 2025).
34. Ulaştırma ve Altyapı Bakanlığı. Türkiye karayolu ulaştırma ana planı nihai raporu: Ekonomik parametreler bölümü. Ankara: UAB, 2023.
35. European Commission. EU ETS market report Q1 2025. Brüksel: DG Climate Action, 2025.
36. 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).
37. Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu. Petrol piyasası sektör raporu 2024: Fiyat hareketleri bölümü. Ankara: EPDK, 2025. https://www.epdk.gov.tr (Erişim: 2 Temmuz 2025).
38. 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).
39. 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.
40. Karayolları Genel Müdürlüğü. 2023 kış bakım ve kar mücadelesi raporu. Ankara: KGM, 2024.
41. 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).
42. 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.
43. 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).
44. Akar Ş, Arabacı E. Effects of valve overlap, lift, and duration on spark ıgnition engine performance. IJASTECH. 2025;9(2):218-29.
45. 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.
46. 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.
47. 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.
48. 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.
49. Yiğit Y, Karabatak M. Akıllı şehirler ve trafik güvenliği için sürüş kontrolü uygulaması. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2023;35(2):761-70.
50. 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.
51. 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.
52. 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.
53. 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.
54. Petroutsatou K, Maravas A, Saramourtsis A. A life-cycle model for estimating road tunnel cost. Tunn. Undergr. Space Technol. 2021;111:103858.