Kompozit yakıt tankları üretim ve kullanım süreçlerinin yaşam döngüsü değerlendirmesi

Abstract

Bu tez, filament sarım yöntemiyle üretilen karbon fiber sargılı ve termoplastik astara sahip kompozit yakıt tanklarının üretim süreçlerini ve kullanım aşamalarını, Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi (YDD) metodolojisi ile inceleyerek çevresel performanslarını değerlendirmektedir. Çalışma, doğalgaz depolama amacıyla geliştirilen 20 farklı prototip modelin çevresel etkilerini inceleyerek, en uygun modelin şehir içi otobüs senaryosunda kullanımını ele almıştır. Bulgular, kullanılan malzemeler ve üretim süreçlerinin çevresel etkilerini net bir şekilde ortaya koymuştur. Karbon fiber üretiminde yüksek enerji tüketimi ve fosil kaynakların, özellikle kömür ve ham petrolün kullanımı ön plana çıkmaktadır. Ayrıca, kürleme ve astar üretim süreçlerinin de çevresel etkiler üzerinde önemli bir rolü olduğu belirlenmiştir. 12 litrelik tank prototipleri arasında en iyi sonuçları veren A11 modelinin 270 bar basınç dayanımına ve düşük çevresel etkilere sahip olduğu tespit edilmiştir. Bu modelin geliştirilmesi gerektiği belirlenmiştir. 63 litrelik B9 prototip modeli ise 535 bar basınca dayanarak ve küresel ısınma potansiyeli (GWP) 328,86 kg CO₂ eşdeğeri ile optimal performans sergileyen model olarak seçilmiş ve otobüs senaryosu için tercih edilmiştir. Şehir içi otobüs senaryosunda, GWP'nin %78,17’sinin otobüsün operasyonel emisyonlarından kaynaklandığı bulunmuştur. Otobüs parçalarının üretimi, GWP'ye %19,16 katkı sağlarken, kompozit tankların çevresel etkisi ise %2,42’dir. Çelik tanklar yerine kompozit yakıt tanklarının kullanımı, tank ağırlığında %66,8 ve araç ağırlığında %5,97 oranında düşüş ile yakıt tüketimi ve operasyonel emisyonlarda olumlu etkiler oluşturma potansiyeli taşır. Sonuç olarak, kompozit yakıt tankları, sundukları hafiflik ve düşük çevresel etkilerle sürdürülebilir ulaşım için etkili ve çevre dostu bir alternatif olarak öne çıkmaktadır.

This thesis examines the environmental performance of composite fuel tanks with carbon fiber winding and a thermoplastic liner, produced using the filament winding method, through the Life Cycle Assessment (LCA) methodology. The study evaluates the environmental impacts of 20 different prototype models developed for natural gas storage and discusses the most suitable model for use in an urban bus scenario. The findings clearly reveal the environmental impacts of the materials and manufacturing processes employed. High energy consumption in carbon fiber production and the use of fossil resources, particularly coal and crude oil, are prominent. Additionally, the curing and liner production processes were found to play a significant role in the environmental impacts. Among the 12-liter tank prototypes, the A11 model, which demonstrated the best performance, was identified for its 270-bar pressure resistance and low environmental impact. It was concluded that this model requires further development. The 63-liter B9 prototype model, which withstands 535-bar pressure and exhibits optimal performance with a Global Warming Potential (GWP) of 328.86 kg CO₂ eq, was selected and preferred for the bus scenario. The study found that 78.17% of the GWP emissions in the urban bus scenario originated from the bus’s operational emissions. The production of bus parts contributed 19.16% to the GWP, while the environmental impact of the composite tanks was only 2.42%. The use of composite fuel tanks instead of steel tanks has the potential to reduce tank weight by 66.8% and vehicle weight by 5.97%, resulting in positive effects on fuel consumption and operational emissions. Therefore, composite fuel tanks stand out as an effective and environmentally friendly alternative for sustainable transportation, offering advantages such as lighter weight and lower environmental impact.