Sanayide sıfır karbondioksit salınımı için model geliştirilmesi ve otomotiv üretim endüstrisine uygulanması

Abstract

Bu çalışmanın hedefi endüstriyel üretim faaliyetlerinin çevresel açıdan sürdürülebilirliğinin sağlanması için bir model geliştirilmesidir. Geliştirilen modelde enerji kaynaklı karbondioksit salınımının sıfırlanması amaçlanmış, bu amaç için bir çalışma standardı önerilmiş ve strateji oluşturulmuştur. Model geliştirmede otomotiv endüstrisindeki gelişmiş metotlardan faydalanılmıştır. Tüm endüstriyel tesislere uyarlanabilir genel bir yaklaşım geliştirilmesi ve otomotivin endüstrideki rol model özelliği sayesinde bu çalışmadaki yaklaşımın tüm endüstriyel branşlara yaygınlaştırılması amaçlanmıştır. Modelin ve çalışmaların anlaşılırlığının arttırılması için bir üretim tesisinin yapısı ve yapılabilecek çalışmalarla ilgili örneklere yer verilmiştir. Enerji üzerine yapılan çalışmalarda, sistemlerin enerji sarfiyatlarının mali eşdeğerlerinin ve önerilen iyileştirmelerin geri ödeme sürelerinin hesaplanmasından yola çıkan yaklaşımlar yaygındır. Literatürde yer alan enerji çalışmalarının çoğunluğunun aksine bu çalışmadaki yaklaşım maliyet odaklı değil; karbondioksit salınımı odaklıdır. Endüstriyel faaliyetlerin ihtiyacı için üretilmiş olan her birim enerjinin bir karbondioksit salınımı eşdeğeri olmasından hareketle, `kWh` gibi enerji birimleri üzerinden yapılan çalışmalar, karar aşamasında yatırım geri ödemelerine göre değil; karbondioksit salınım eşdeğerlerine göre çevresel etkilerine göre değerlendirilecektir. Dolayısı ile endüstri kaynaklı karbondioksit salınımının çözümü de tıpkı enerjinin finansal boyutlarında olduğu gibi, enerji hakkında uzmanlık ve teknik çalışmalar gerektirir. Öte yandan, yaklaşımın maliyet yerine karbondioksit salınımı merkezli olması, karar aşamasında farklı tercihler doğuracaktır. Bu çalışmanın enerji üzerine yürütülen faaliyetlerin birçoğundan ayrıldığı kısım burasıdır.Terminolojideki en yaygın kullanılan adıyla `yalın`, süreçlerdeki israfları ortadan kaldırmayı hedef alan bir sistem, metodoloji veya felsefe olarak tanımlanabilir [1]. Bu yaklaşım, çıkış noktası itibariyle üretim odaklıdır ve en geniş kullanımına da bu alanda ulaşmıştır. Bu nedenle `yalın üretim` olarak bilinirliği yüksektir. Öte yandan ancak yalın yaklaşımın özümsenmesi ile bunun ne bir sektöre ne de bir iş bölümüne sığdırılamayacağı anlaşılabilir. 20'nci yüzyılda ortaya çıkan ve halen günümüz yaşamını şekillendirmekte olan bu devrimsel yaklaşım, günümüzde her iş kolunun her branşına; bunun da ötesinde günlük yaşamımıza dahi ilham kaynağı olabilecek felsefi bir yaklaşım olarak ele alınmalıdır. Devam eden süreçte geliştirilen teknikler, alt metodolojiler ve metotlar ile çok sayıda uygulama ortaya çıkmıştır. Bu sayede yalın, bu yöntemlerin tamamını kapsayan genel bir sistem tanımı halini almıştır. Bu tez çalışmasında, günümüzdeki iş süreçlerinde yaygın bir şekilde kullanılan yalın yaklaşımın enerji yönetimi ile birleştirilmesi; bu sayede enerji kullanımından kaynaklanan çevresel etkilerin minimize edilmesi amaçlanmıştır. Örnek bir endüstriyel tesis analiz edilmiş, tesisin şartları ile tezin önerdiği yaklaşım entegre edilmiştir. Oluşturulan modelin yaygınlaştırılması ile çevresel açıdan sürdürülebilir endüstriyel faaliyet doğasının mümkün kılınması amaçlanmıştır.Tezin ilk bölümünde, çalışmanın arkasındaki motivasyon açıklanmıştır. Mevcut endüstriyel faaliyetlerin çevresel açıdan sürdürülebilir olmadığına değinilmiştir. Olumsuz etkenlerin etkili bir şekilde ortadan kaldırılmasına ilişkin nasıl bir yaklaşım benimsenmesi gerektiği ifade edilmiştir.Çalışmanın ikinci bölümünde çevresel bozulmalar hakkındaki araştırmalar yer almaktadır. Ana problem en temel hatlarıyla belirlendikten sonra parçalara ayrılacak ve çalışmaya esas olan karbondioksit salınımı etkeni mercek altına alınacaktır. Bu etkende bugüne kadar yakalanan trendler ve iklimsel değişikliğin ulaştığı noktalar değerlendirilecektir. Üçüncü bölümde enerji, sanayi ve karbondioksit hakkında temel bilgiler verilmiştir. Bu unsurların birbirleri arasındaki ilişkiler incelenmiştir. Dördüncü bölümde bu çalışmanın metodolojisi ifade edilecektir. Üretim süreçlerindeki israflar ve bu israfların enerji sistemlerindeki karşılıkları tanımlanacaktır. Yalın sistemlerin çoğunda kullanılan problem çözme yöntemi ve yöntemin bu çalışmaya uyarlaması açıklanacaktır. Problem çözmenin yol haritasının ifade edilmesinin yanı sıra, her adımda nasıl çalışmaların yapılabileceği konusunda da açıklamalar yapılacak, örnekler verilecektir. Beşinci bölüm, geliştirilen yaklaşımın örnek bir tesis üzerindeki uygulamaları hakkındadır. Bu tesisteki enerji tüketimi kaynaklı karbon salınımı bir problem olarak tanımlanacak ve metodolojinin önerdiği şekilde bir süreç oluşturulacaktır. Bu bölümün amacı, buraya kadar anlatılan kısımlarla ilgili örnek uygulamaların ve etkilerinin gösterilmesidir. Burada ifade edilen uygulamalar farklı endüstri kolları için farklı konular da olabilir fakat önemli olan yaklaşımın her faaliyete uygulanabilir olmasıdır.Altıncı ve son bölümde ise tartışma ve genel değerlendirmeler yer almaktadır.

The goal of this study is to develop a model for environmental sustainability of industrial activities. Elimination of energy-related carbon dioxide emissions is aimed by the developed model. A work standard has been suggested and a strategy has been established for the target. Inspired by the advanced working methods of the automotive industry while development of the model. It is also aimed that to put forward an approach can be applied any industrial facility and to disseminate it to all branches of the industry with the help of role model identity of the automotive industry. Information about the facilites and examples of possible studies are given in order to increase the comprehensibility of the model and the works.Financial equivalents of energy consumptions and return of investment calculations are widespread approaches of energy studies. Despite most of the energy studies, the approach of this study focuses on carbon dioxide emissions but financial equivalents of energy. Every unit of energy has an equivalent of carbon dioxide emissions. Thus, it is easy to establish a connection with industrial energy demand and carbon dioxide emission. From this point of view, studies on energy units such as `kWh` will not be evaluated by their return of investments but carbon dioxide emission equivalents and environmental effects.The solution of the industrial activity related the carbon dioxide emission requires the expertise and technical studies about the energy. The complexity and the scope of works do not have big differences whether work on carbon dioxide emission or cost reduction activities about energy. On the other hand, carbon dioxide emission focussed approach will cause different preferences in the decision phase rather than the cost-focused approach. This is the part where this work is separated from many of the studies carried out on energy.`Lean` can be defined as a system, methodology or philosophy aimed to eliminate wastes in processes by its most commonly usage in the terminology. This approach is production oriented by its creation point and has reached widespread usage in this area. Therefore it also known as `lean production`. However, it can be seen that, lean cannot be restricted to any sector or a division of business if the philosophy is fully understood. This revolutionary approach, which emerged in the 20th century and is still shaping today's life, can be adopted to every branch of business; furthermore, it should be considered as a philosophical approach that can inspire even our daily lives. Developed techniques, sub-methodologies and methods have emerged in the ongoing process. In this way, lean has become a general system definition covering all of these practices.This study aims to minimize the environmental impacts caused by energy use by combining the lean approach with energy management. An industrial facility was analyzed and the approach proposed by this study applied on the facility. Finally, it is aimed to make possible the naturally sustainable industrial activities by expanding the model to every industry.The motivation behind the study has been expressed in section 1. It has been mentioned that existing industrial activities are not environmentally sustainable. There is also brief information about the strengths, weaknesses, opportunities and threads about the ways of getting to the solution. Financial pressures, competition in the market and irresposibility are emerged as main negative impacts. However, environmental awareness of the community can be assumed as the major opportunity to change the way business work. It is also mentioned that what kind of approach should be adopted to effective elimination of the negative factors.In the second section of the study, researches about environmental detorioration are included. After the main problem is determined by the most basic lines, it is focused on the carbon dioxide emission factor which is the basis of the study. Trends and climatic changes are showed about the issue. Trends about the earth surface temperature, sea level and carbon dioxide concentration in the atmosphere has demonstrated by using reliable sources of relevant constitutions. The greenhouse effect is picturized as one of the main root cause of the climatic change and one of the main result of the greenhouse gas emissions. Distribution of the greenhouse gas emissions is represented as declared in the Kyoto Protocol. Besides, the validity problems of the Kyoto Protocol reviewed.In the third section, basic information about energy, industry and carbon dioxide is given. The relations between these elements were examined. World's energy demand and carbon dioxide emission trends are showed and the relation between industrialization investigated. The historical process of industrial evolutions summarized and future projections are shared. It can also be seen in this chapter that the world's energy demand and carbon dioxide emissions are tripled in the past 50 years. Energy consumption distribution between industry, transportation, household, finance and agriculture is pictured. Industrial effect on the energy consumption sembolized as the focus point of this study. Electricity production and fossil fuel consumptions are investigated with the aspect of the environmental effects. Electricity usage from the national grid and burning of natural gas are taken as the two dimensions of the facility's environmental effect. Commonly used key performance indicators (KPI) are mentioned.In the fourth section, the methodology of this study is expressed. Plan, check, control, act (PDCA) cycle is confirmed as an underlying approach. Additionally, the role of the standardization is emphasized as a key point of sustainable improvements. Demand reduction, efficiency increase and renewable conversion are presented as a three steps of the long-term project. Wastes in production processes and their responses in energy systems defined to understand the improvement points on the first two steps of the project. Moreover, the problem solving method used in the lean production systems will be explained and adopted to this study. In addition to expressing the road map of problem solving, explanations will be given on how each step can be carried out.The fifth chapter is about the practices of the developed approach on a sample facility. Energy consumption-induced carbon emissions from the facility is defined as a problem and a solution processes are created as suggested by the methodology. The <purpose of this section is to show the sample practices and effects of the described projects. The practices expressed here may differ for the other industries, but the important point is that the approach is applicable to every industrial facility. Production line of the facility is introduced and sub-facilities are presented. Major energy consumers are indicated. Energy consumption breakdown of the facilities is clarified and key performance indicators are shared. Environmental effects of the energy consumptions are calculated. Energy consumption characteristic of the facility is brought out by the regression analysis. Steps of the analyses are defined step by step. Then, the results of the analysis commented with r-square tests. Target setting is defined as the next step of the solution after the energy consumption related carbon dioxide emission identified as a problem and its breakdown showed previously. Key points of the target setting process are clarified. Prioritization is taken as the fourth step of the solution method. Strategical prioritization for energy related works is put forward. Prioritization is followed by planning stage as the fifth step. After that, sample applications are given in the next step. Major applications of zero carbon dioxide emission target are explained in the application stage.In sixth and the last chapter, discussion and general evaluations are included. Key points of the whole thesis are reviewed briefly. Long term projections evaluated and comments added by considering possible scenarios. It is also indicated that the results or targets may vary according to the energy intensity of the industries.