Hava kirliliği her ne kadar 13. yüzyılda İngiltere’de kanun çıkmasına sebep olmuş eski bir olgu olsa da, özellikle buharlı makinanın icadı ve akabinde endüstrileşmenin hızla gerçekleştiği dönemde insanoğlunun maruz kaldığı önemli sorunlardan biridir.  Deprem hadisesinde olduğu gibi çevre ile ilgili hassasiyetler de konuyla ilgili olumsuzluklar meydana geldiğinde artmaktadır. Halbuki, kirlilik belirleninceye kadar o kirleticilere çoktan maruz kalmışızdır bile.

Son günlerde Volkswagen otomobil firmasının azot oksit (NO_x) emisyonlarını düşük göstermek için bazı dizel modellerine ek yazılım yüklediği EPA (ABD Çevre Koruma Ajansı) tarafından ilan edilince şirketin CEO’su durumu kabul edip görevinden istifa etmişti.

Durumu daha iyi anlamak adına emisyonların tarihsel boyutlarına bakmakta fayda var. NO_x bakımından araçlar yaklaşık olarak 2,3 g/km emisyona sahiptiler (Wark vd., 1998). 1996 yılında ABD’de bu kirleticinin limit değeri 1950 yılındaki emisyonunun yaklaşık %10’una düşürülmüştür.

Temel olarak NO_x emisyonları neden kaynaklanmaktadır ve etkileri nelerdir?

Esas olarak NO_x yüksek sıcaklıkta havada bulunan azotun oksijen ile tepkimeye girmesinden kaynaklanmaktadır. Motorlu taşıtlarda itici kuvvet piston içerisinde yakıtın yakılması ile gerçekleşmektedir. Yanma işlemindeki oksijen ise havadan sağlanmaktadır. Atmosferin ise yaklaşık olarak %78’inin azot ve %21’inin oksijenden oluştuğu düşünüldüğünde havanın kendisinin kaynağı oluşturduğu görülmektedir. Bunun yanında azot oksit oluşum miktarı yanma sıcaklığı, hava/yakıt oranı gibi parametreler ile doğrudan ilişkilidir. Örnek olarak sıcaklıkla oluşan NO emisyonunun ilişkisi Şekil 1’de görülmektedir.

Şekil 1. Sıcaklık ve NO emisyonu ilişkisi (Wark vd., 1998)

Yanma sıcaklığı arttıkça oluşan NO miktarının da arttığı Şekil 1’deki grafikten gözlemlenmektedir. Aynı durum hava/yakıt oranı için de mevcuttur. Her ne kadar tam yanmanın sağlanması ve CO emisyonlarının azalması için fazla hava kullanmak gerekli ise de, bunun dezavantajı yüksek NO_x emisyonları olarak karşımıza çıkmaktadır.

Üzerinde durulması gereken önemli konulardan biri bu emisyonların önemlidir ve etkilerinin ne olduğudur. NO_x’ler atmosfere verildikten sonra yerel ve bölgesel ölçekte etkilere sahip olmaktadır. Yüksek sıcaklıkta NO olarak salınan bileşik atmosferik şartlarda büyük oranda NO₂’ye dönüşmektedir. Oluşan bu ürün ise aşağıdaki reaksiyonları takip etmektedir:

Denklemler özetlenecek olursa, güneş ışığı altında (380nm dalga boyunda) NO₂ parçalanmakta ve neticede NO ile oksijen radikali (O·) oluşmaktadır. Oluşan bu monoatomik oksijen reaktif olup üçüncü bir molekül varlığında oksijen molekülü ile birleşip troposfer seviyesinde ozon oluşumuna yol açmaktadır. Güneş ışığının etkisi azaldığında troposferik ozon, azot monoksit ile tepkimeye girerek azot dioksit ve oksijen molekülüne dönüşmektedir. Yani süreç dinamiktir ve güneş ışığına bağlıdır. Bunların haricinde motorlu taşıtların yoğun olduğu şehirlerde çeşitli organik bileşiklerin devreye girmesiyle ve bunların karmaşık bir dizi reaksiyonlar dönüşümleri sonucunda özellikle sabah saatlerinde fotokimyasal duman oluşumu gerçekleşmektedir. Güneş doğduktan kısa bir süre sonra şehir üzerinde görünen kahverengimsi tabaka bu sebepten ötürü ortaya çıkmaktadır.

Bunun da ötesinde NO_x’ler asit yağmuru oluşumuna sebep olmaktadır. Nitrik asit (HNO₃) oluşumunda nitrat radikali önemli bir kaynak oluşturmaktadır (Finlayson-Pitts ve Pitts, 1993). Aşağıdaki reaksiyonlar ile nitrik asit oluşumu gerçekleşmektedir.

Oluşan bu asit ise ıslak (asit yağmuru) ya da kuru birikim mekanizmaları ile yere inmektedir. Tabi bunların yer seviyesine inmeden önce atmosferde de bir miktar taşınabildiği düşünüldüğünde oluşan asit moleküllerinin sadece ortaya çıktığı noktayı değil etrafındaki yerleri de etkileyeceği muhtemeldir. Bu sebepten ötürü asit yağmurları, hava kirliliğinin bölgesel etkisi olarak değerlendirilmektedir.

Şu ana kadar yazıda NO_x’lerin direk etkilerinden ziyade atmosfere salındıktan sonra gerçekleşen bir dizi reaksiyonlardan bahsettik. Çünkü bu kirleticilerin sadece salındığı zaman sağlık ve çevre üzerinde oluşturduğu etkiler bir bütünün parçası olupEPA NO_x’lerin etkilerini azaltmak için ilerleyen yıllarda sürekli olarak emisyonların azaltılması yönünde NO_x limit değerlerini değiştirmiştir.

Bu aşamadan sonra akla başka bir soru daha gelmektedir. Tek sorun NO_x’ler mi?

Diğer önemli kirletici: Partiküler Madde

Dizel araçlar kentsel alanlarda ince partiküler madde ve NOx’in önemli kaynaklarından sayılmaktadır (Ning vd., 2012). Trafik kaynaklı partiküler madde emisyonları farklı tip yakıt kullanan araçlar bazında incelendiğinde şu sonuçlara varılmıştır; dizel ile çalışan araçlardan kaynaklanan partiküler maddeler 20-130 nm ebatları mertebesindedir (Morawska vd., 1998; Kittelson, 1998). Benzin kullanan araçlardan ise 20-60 nm arasındaki partiküllerin kaynaklandığı görülmüştür (Kittelson, 1998). Bu bilgilerden dizel araçların benzinli araçlara nispetle daha fazla partikül madde kirliliği oluşturduğu ifade edilebilir. Partiküler maddenin de çeşitli araştırmalarda özellikle solunum yolu üzerinde olumsuz birçok etkisinin olduğu şu ana kadar yapılan çalışmaların sonucunda gözlemlenmiştir. Bilhassa diğer bazı kirleticiler ile birlikte bulunduğunda sinerjistik etki oluşturarak iki kirleticinin ayrı ayrı oluşturduğu etkiden daha fazla etki oluşturduğu bilinmektedir.

Bununla birlikte, dizel araçlarda partikül maddeyi kontrol etmek amacıyla partikül filtresi kullanılırken özellikle ağır vasıtalarda NO_x’leri azaltmak amacıyla amonyak enjeksiyonu gibi çeşitli uygulamalar mevcuttur (SCR-SNCR). Ama şu da unutulmamadır ki, partiküller gazdan partiküle dönüşüm mekanizmaları ile atmosferde de oluşabilmektedir.

Sonuç ve Yorumlar

Her ticari firmanın nihai hedefi doğal olarak kâr etmektir. Bunu gerçekleştirebilmek amacıyla diğer firmalar ile rekabete girmesi ve ayakta kalması şarttır. Çevreye duyulan saygı firmanın prestiji açısından önemlidir. Fakat sadece çevreye minimum zarar verilmesi hiçbir firmanın ana hedefi değildir. Ana hedef kullanılan teknoloji ile maksimum verimi elde etmek, bunu yaparken de çevreye en az zarar vermektir. Hal böyle olunca firmalar çeşitli hile yollarına başvurarak rakiplerinin önüne geçmeye çalışabilmektedir.

Bundan sonrası için yapılması gereken nihai olarak elektrik enerjisini kullanan araçlara geçmektir. Bu dönüşüm işlemi gerçekleşinceye kadar da bilhassa dizel yakıtlı araçlarda NO_x emisyonlarını azaltmak için Ar-Ge çalışmaları yaparak uygun metotları geliştirmek gerekmektedir.

Kaynaklar

Finlayson-Pitts, B.J., Pitts, J.N., (1993), Atmospheric chemistry of tropospheric ozone formation: scientific and regulatory implications, JAWMA, 43, 1091-1100.

Kittelson, D.B., (1998), Engines and nonaparticles: a review, Journal of Aerosol Science, 29, 575-588.

Morawska, L., Bofinger, N.D., Kocis, L., Nwankwoala, A., (1998), Submicrometer and supermicrometer particles from diesel vehicle emissions, Environmental Science and Technology, 32, 2033-2042.

Ning, Z., Wubulihairen, M., Yang, F., (2012), PM, NOx and butane emissions from on-road vehicle fleets in Hong Kong and their implications on emission control policy, Atmospheric Environment, 61, 265-274.

Wark, K., Warner, C.F., Davis, W.T., (1998), Air Pollution Its Origin and Control, 3rd Edition, Addison Wesley Longman.

 

 

Dr. S. Levent KUZU

Yıldız Teknik Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü