SOLID WASTE TO ENERGY: A TECHNICAL AND ECONOMIC STUDY FOR INTEGRATED ENERGY PRODUCTION – THE CASE OF HAKKARI, TÜRKİYE

Abstract

This study evaluates waste management practices globally and in Türkiye, with a focus on energy recovery and production. The study includes calculations of solid waste production in Hakkari, the potential volume of landfill gas that can be produced at the facility, and the expected amount of gas that can be recovered for energy purposes. Hakkari's future population was estimated using the Provincial Bank method, and annual waste production was obtained based on daily averages per capita from this method. The LandGEM model was used to estimate landfill gas production. Subsequently, the potential electricity production that could be obtained from the internal combustion of the recovered gas was calculated. The analysis also presents the distribution of cost components for the energy production facility. According to LandGEM model estimates, landfill gas production is expected to increase from approximately 974527 m³/year in 2024 to 21360099 m³/year in 2050. This gas could support power generation capacity increasing from 0.16 MW in 2024 to 3.64 MW by 2050 using internal combustion engines. The findings demonstrate that the installation of such system is technically feasible and can play an important role in reducing greenhouse gas emissions and support Türkiye’s energy targets and waste management policies.

Keywords

• Solid Waste
• Waste-to-Energy
• Energy Recovery
• Waste Management

References

1. M. C. Coşkuner, “Evsel Atıktan Enerji Üretimi: Gaziantep Örneği,” M.S. thesis, Enerji Enstitüsü, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2015.
2. J. L. Holechek, H. M. Geli, M. N. Sawalhah, and R. Valdez, “A global assessment: Can renewable energy replace fossil fuels by 2050,” Sustainability, vol. 14, no. 8, p. 4792, 2022.
3. İ. Mete, “Yenilenebilir Enerji Sistemleri,” M.S. thesis, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Antalya Bilim Üniversitesi, Antalya, Türkiye, 2022.
4. International Energy Agency (IEA), “The global energy crisis is steering the world toward renewable energy,” 2023. [Online]. Available: https://temizenerji.org/2022/10/28/uluslararasi-enerji-ajansi-kuresel-enerji-krizi-dunyayi-yenilenebilir-enerjiye-yonlendiriyor/. [Accessed: Oct. 28, 2023].
5. Y. Demir, “Türkiye’de yenilenebilir enerji tüketimi ekonomik büyümeye katkı sağlar mı?,” Doğuş Üniversitesi Dergisi, vol. 24, pp. 271–281, 2023.
6. Energy Market Regulatory Authority, Electricity Market Sector Report. Ankara, Türkiye, 2023.
7. M. Yücesoy, “Mardin İlinde Katı Atık Yönetim Planı,” M.S. thesis, Fen Bilimleri Enstitüsü, Çukurova Üniversitesi, Adana, Türkiye, 2022.
8. H. Palabıyık and D. Altunbaş, Kentsel Katı Atık Yönetimi. İstanbul, Türkiye: Beta Basım Yayım, 2004, pp. 104–105. Turkish Statistical Institute, “2018 Municipal Waste Statistics.” [Online]. Available: https://data.tuik.gov.tr/Bulten/Index?p=Belediye-Atik-Istatistikleri-2018. [Accessed: Nov. 15, 2019].

9. Turkish Statistical Institute, “2020 Municipal Waste Statistics.” [Online]. Available: https://data.tuik.gov.tr/Bulten/Index?p=Atik-Istatistikleri-2020. [Accessed: Dec. 11, 2021].
10. N. Sezgin, H. K. Özcan, K. Varınca, and M. Borat, “Katı atık depo gazından elektrik üretiminin Türkiye’de uygulanabilirliğine iki örnek: İstanbul ve Bursa tesisleri,” Yıldız Teknik Üniversitesi Dergisi, vol. 3, pp. 89–96, 2003.
11. F. Saltabaş and M. A. Yalçın, “Depo gazından enerji üretimi,” Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, vol. 8, no. 1, pp. 44–47, 2004.
12. E. D. Güven, “Ege Bölgesi’nde kentsel katı atık üretimi ve atığın metan gazı enerji potansiyelinin belirlenmesi,” Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, vol. 21, pp. 311–322, 2019.
13. D. Öztürk and A. Özgüven, “Katı atık depo alanlarında bulunan atıklardan biyogaz enerjisi üretme potansiyelinin değerlendirilmesi: Van ili örneği,” Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, vol. 26, no. 1, pp. 160–170, 2022.
14. R. Ahmed, “Evaluation and Prediction of Energy Potential of Landfill Mined Solid Waste,” Ph.D. dissertation, The University of Texas, Arlington, TX, USA, 2019.
15. I. R. Istrate, J. L. Galvez-Martos, D. Vázquez, G. Guillén-Gosálbez, and J. Dufour, “Prospective analysis of the optimal capacity, economics and carbon footprint of energy recovery from municipal solid waste incineration,” Resources, Conservation and Recycling, vol. 193, p. 106943, 2023.
16. J. F. Zhang et al., “Regeneration of high-performance materials for electrochemical energy storage from assorted solid waste: A review,” Journal of Cleaner Production, p. 137628, 2023.
17. J. M. Fernández-Gonzalez, A. L. Grindlay, F. Serrano-Bernardo, M. I. Rodríguez-Rojas, and M. Zamorano, “Economic and environmental review of Waste-to-Energy systems for municipal solid waste management in medium and small municipalities,” Waste Management, vol. 67, pp. 360–374, 2017.
18. X. G. Zhao, G. W. Jiang, A. Li, and L. Wang, “Economic analysis of waste-to-energy industry in China,” Waste Management, vol. 48, pp. 604–618, 2016.
19. M. Tolay, A. Waterschoot, and L. S. Angrill, “Yenilenebilir enerji için biyokütle,” in Proc. Elektrik Elektronik Mühendisliği Kongresi (EEMKON 2015), İstanbul, Türkiye, 2015.
20. B. Baran, “Türkiye'nin endüstriyel elektrik tüketimine yönelik depolama gazı enerji depolama,” Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, vol. 11, pp. 84–91, 2022.
21. Hakkâri Valiliği, “Hakkâri ili tarihçe ve coğrafi yapı.” [Online]. Available: http://www.hakkari.gov.tr/tarihce-ve-cografi-yapi. [Accessed: Jul. 15, 2023].
22. Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu, Elektrik Piyasası Sektör Raporu. Ankara, Türkiye, 2021.
23. Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu, Elektrik Piyasası Sektör Raporu. Ankara, Türkiye, 2022.
24. İ. İnan, İ. Akbulut, and E. Aslan, “Enerji sorununun çözümünde yenilenemez ve yenilenebilir enerji kaynaklarının yeri ve önemi,” Türk Dünyası Araştırmaları, vol. 120, no. 237, pp. 11–40, 2018.
25. PDEUCC, Hakkari Province 2022 Environmental Status Report. Hakkari, Türkiye, 2022.
26. PDEUCC, Hakkari Province 2018 Environmental Status Report. Hakkari, Türkiye, 2018.
27. G. Gürel, “Katı Atıklardan Enerji Elde Edilmesi ve Samsun Katı Atık Tesisinin İncelenmesi,” Uzmanlık Tezi, İller Bankası Anonim Şirketi, Türkiye, 2015.
28. Hakkâri Belediyeleri ve İl Özel İdaresi Katı Atık Yönetim Birliği, Katı Atık Bertaraf Tesisleri Çevresel Etki Değerlendirmesi (ÇED) Raporu. Hakkari, Türkiye, 2019.
29. H. B. Barut and E. İrtem, “İnşaat mühendisliğinde kullanılan nüfus tahmin yöntemlerinin Türkiye nüfus sayım sonuçlarına göre irdelenmesi,” ab.org.tr, 2023.
30. A. Işık, “Katı Atık Bertaraf Tesislerinde Organik Atıklardan Açığa Çıkan Depo Gazı ile Enerji Elde Edilmesi,” M.S. thesis, Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye, 2014.
31. S. Chandra and R. Ganguly, “Assessment of landfill gases by LandGEM and energy recovery potential from municipal solid waste of Kanpur city, India,” Heliyon, vol. 9, no. 4, p. e15187, 2023.
32. B. Şahin, “Türkiye’de Depo Gazından Enerji Eldesi ve Adana İli Örneği,” M.S. thesis, Fen Bilimleri Enstitüsü, Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Nevşehir, Türkiye, 2021.
33. Z. Arslan, “Erzurum Katı Atık Düzenli Depolama Sahasındaki Depo Gazı Verimliliğinin LandGEM Modeli Kullanılarak İncelenmesi,” M.S. thesis, Fen Bilimleri Enstitüsü, Atatürk Üniversitesi, Erzurum, Türkiye, 2022.
34. U.S. Environmental Protection Agency (USEPA), LandGEM Gas Emissions Model Version 3.02. Research Triangle Park, NC, USA: Office of Research Laboratory and Clean Air Technology Center, 2005.
35. Jenbacher, “Official website.” [Online]. Available: https://www.jenbacher.com/en. [Accessed: Oct. 12, 2023].
36. Republic of Türkiye Ministry of Energy and Natural Resources, “Electricity Production and Consumption Emission Factors.” [Online]. Available: https://enerji.gov.tr/evced-cevre-ve-iklim-elektrik-uretim-tuketim-emisyon-faktorleri. [Accessed: Oct. 15, 2023].
37. M. Camci, Ö. Aksoy, and S. P. Göztok, “Thermodynamic analysis of an ice cream production process integrated with ground heat exchangers in hot climate regions,” Thermal Science and Engineering Progress, p. 104037, 2025.
38. M. Melikoglu, “Forecasting of municipal solid waste generation in Türkiye and techno-economic-environmental assessment of electricity generation via incineration till 2032,” Next Sustainability, vol. 5, p. 100092, 2025.
39. D. C. Manheim, N. Yeşiller, J. L. Hanson, and D. R. Blake, “Climate impacts of landfill gas emissions: Analysis for 20-year and 100-year time horizons,” Waste Management, vol. 186, pp. 318–330, 2024.