ÇEVRESEL ETKİLER

İlk kez motorlu bir uçak 17 Aralık 1903 tarihinde uçmuş, bu uçuş Wright Kardeşler tarafından yapılmıştır.

Havacılığın çevresel etkilerinin fark edilip bu konuda bir takım yönerge ve kuralların oluşturulmasına, 1970’li yıllara kadar gerçek anlamda başlandığı söylenemez. 1973’te ilk kez ABD’de EPA kısaltması ile bilinen Çevre Koruma Kurumu, ticari ve genel havacılıkta kullanılan uçak motorları için emisyon yönergeleri ilan etmiştir. Uluslararası bazda uçak motorlarından kaynaklanan emisyonların kontrolü için ise, Uluslararası Sivil Havacılık Teskilatı (ICAO) ancak 1981 yılında ilk emisyon standartlarını yayınlamaya ve uygulamaya baslayabilmiştir.

İnsan kulağının algıladığı her türlü basınç değişimi ses olarak tanımlanır. Hava içerisinde bir molekül, kendisinin hemen yanı başındaki başka bir molekülü herhangi bir nedenle (akıs, ısınma vb.) hareket ettirdiğinde bir basınç dalgası meydana gelir. Bu dalga hareketi, tıpkı domino taşları gibi bir molekülden diğer moleküle yayılarak enerjisini tüketene kadar hareketine devam eder. Bu yayılma hareketinin hızı, deniz seviyesinde ve standart atmosfer kosullarında 340 m/s’dir. Ses dalgası olarak tanımlanan bu yayılımın kaynaktan uzaklaştıkça şiddeti azalır. Ses, tıpkı bir gölete atılan çakıl taşının yarattığı dairesel dalgalar şeklinde taşınır, hareket eder. Ayrıca; yine aynı çakıl taşı ve gölet örneğinde olduğu gibi sesin yayılabilmesi için bir ortama, bir maddeye ihtiyacı bulunmaktadır. Buna göre, örneğin vakumda, sesin yayılabileceği bir madde olmadığı için sesten de bahsetmek mümkün olmaz.
Gürültü ise içerisinde yararlı bilgiler bulunmayan veya başka bir tanımla, duymak istemediğimiz seslere verdiğimiz isimdir. Açık kalan bir musluktan damlayan suyun, bir matkabın çalışırken çıkardığı ses veya bir jet motorunun meydana getirdiği seslerin tamamı gürültü olarak nitelendirilebilir. Dikkat edilirse; bir sesi gürültü olarak algılamak, ses kaynağının şiddetinin yanı sıra verdiği rahatsızlıkla da bağıntılıdır.

Günlük hayatımızda veya televizyonlarda ses ve gürültü ile ilgili kavramlar açıklanırken sıklıkla decibel birimi ile birlikte kullanıldığı görülmektedir. Ancak decibel teriminin anlamı sıklıkla karıştırılmaktadır. Decibel, fiziksel büyüklüklerden biri değildir. Yani sesin veya gürültünün mutlak değerini ölçmez. Bir oranın logaritmik ifadesi şeklinde açıklayabileceğimiz decibel’e özellikle güç ile ilgili değerlerde, iki farklı güç değeri arasındaki ilişkiyi gösteren bir terim olarak kullanımına rastlarız.

Pilotlar açısında bakıldığında, motor gürültüsü ciddi bir rahatsızlık kaynağı olarak görülmektedir. Özellikle yoğun veya uzun uçuslarda, birçok pilot değişen seviyelerde duyma kayıpları yaşadıklarını, özellikle bu uçuşlar sonrasında yorgunluk hissettiklerini ifade etmektedir. Bunların yanı sıra, özellikle yüksek motor gücü gerektiren uçuş fazlarında (kalkıs gibi) gürültü nedeniyle iletişimde zorluklar yaşandığı da sıklıkla dile getirilen problemlerdendir.

Genel havacılık uçaklarının faaliyet gösterdikleri havaalanlarında, uçakların sebep oldukları gürültüler, havaalanı çevresinde yaşayanlar üzerinde daha etkili olmaktadır. Diger bir deyişle, bu çevrede yaşayan bireylerin uçak gürültüsü algıları daha yüksek olmakta, bu da gürültüye yönelik şikayetlerin daha hassas ve daha çok sayıda oluşmasına neden olmaktadır.

Genel havacılık uçakları için kademeler aşağıdaki gibi tanımlanmıştır:  
• 1.kademe uçaklar: Herhangi bir gürültü limitine dahil olmayan eski uçaklar,  
• 2.kademe uçaklar: 1969’da yürürlüğe giren ilk gürültü limitlerine uyan uçaklar, 
• 3.kademe uçaklar: 1977’de yürürlüğe giren gürültü limitine uyan uçaklar (Bu uçaklardan jet motorlu olanlar için ilk üretim tarihi 1977 ile 2006 arasında, pervaneli olanlar için üretim tarihleri ise 1985 ile 2006 arasında olanlar kapsam dahilinde bulunmaktadır.), 
• 4.kademe uçaklar: İlk üretim tarihi 2006 yılı sonrası olan uçaklar. 

Günümüzde 3. ve 4. kademe uçaklar en az kısıtlamaya tabii olan uçaklardır. Özellikle Avrupa Birliği ülkelerinde gürültü ile ilgili kısıtlamalar her geçen zaman daha da sıkılaştırılmaktadır. Bu da bu bölgelerde bulunan havaalanlarında 2. kademe uçakların uçuş faaliyetlerini icra etmede gittikçe zorlanmalarına neden olmaktadır. Bunun yanında; Japonya ve Avusturalya gibi ülkelerde bu uçakların uçuslarına izin verilmezken, başka bazı ülkelerde bu uçaklar herhangi bir yönetmeliğe tabi tutulmamaktadır. Diğer bir deyişle, gürültü kısıtlamaları konusunda dünya genelinde ortak bir uyumdan söz edilmesi pek de mümkün değildir. Bu durum, daha alt seviyede, havaalanından havaalanına da değişiklikler gösterebilmektedir.

Havaalanının gürültü ölçümleri, on adet gürültü ölçüm istasyonu vasıtasıyla yapılmaktadır. Bu istasyonların ölçümleri sonucunda gürültü limitlerinin aşıldığı anlaşılan durumlarda kademeli şekilde yapılandırılan yaptırımlar uygulanmaktadır. Buna göre, bir veya birden fazla istasyonda gürültü limitinin ilk kez aşılması durumunda Yönetmelik gereğince uçağın sahibi, havayolu şirketi ve uçağın kendisi (kuyruk numarası) adına bir uyarı bülteni oluşturulur. Bu uyarı, oluşturulduğu tarih itibariyle üç yıl boyunca efektif olarak kayıtlarda görünür. Üç yıl içerisinde en fazla üç aşırı gürültü uyarısı daha aldığında uçak, havayolu ve uçağın sahibi üç yıl boyunca bu havaalanını kullanamaz. Eğer bu süre boyunca herhangi bir uyarı alınmazsa ilgili uçağa ait uyarı kaydı ortadan kalkar.

Bir uçağın belli başlı gürültü kaynakları, jet motorlu uçaklarda motor egzozundan çıkan gazlar ve motordaki dönen parçalar iken pervaneli uçaklarda pervanenin kendisi ve benzer şekilde dönen parçalar şeklinde yazılabilir. Jet motorlarında çok yüksek hızlarda dışarı atılan sıcak egzoz gazları en büyük gürültü kaynagını oluşturur. Bunun yanında; fan, kompresör ve türbin gibi dönen parçalar da önemli miktarda gürültü meydana getirir. Pervaneli uçaklarda ise, pervanenin yüksek devirlerde dönüsü, özellikle pervane ucunun açısal hızının ses hızına yakın değerlerde olması, pervane sayısı ve bunun gibi faktörler, gürültü seviyesi üzerinde etkili olmaktadır. Bu tip motorlarda bulunan kompresör ve türbinler ise yine toplam gürültüye katkı sağlamaktadır. Ayrıca, doğal olarak motor sayısı fazla olan uçakların daha fazla gürültüye neden olacakları da söylenebilir. Motorların yanı sıra uçakların gövdeleri de önemli gürültü kaynaklarındandır. Ancak, gövde ile ilgili meydana gelen gürültüler, uçagın uçuşu esnasında etkili olacaktır. Gövdenin hava içerisindeki hareketi, kanat veya gövdedeki hareketli yüzeyler (iaplar, iniş takım kapakları vb.) gövde kaynaklı gürültüler olarak tanımlanabilir.
Uçakların yukarıda sayılan gürültü kaynaklarının toplam gürültü içerisindeki oranları, uçağın kalkış veya geliş yapmasına göre değişebilmektedir.

Taksi fazı, kısaca uçakların pist ile park sahaları arasında kalan yollar üzerinde yapmış oldukları hareketlere verilen isimdir.

İçerisinde yanmanın meydana geldiği her türlü makine veya motorda, kullanılan yakıta bağlı olarak bir takım kirleticiler meydana gelmektedir. Genel anlamda emisyon olarak tanımlanan bu kirleticilerden bazıları, yanma işleminin doğası geregi kaçınılmaz olarak üretilmektedir. Bunlara örnek olarak karbondioksit (CO2) ve su buharını (H2O) verebiliriz. Bazı emisyon türleri ise kullanılan yanma teknolojisine bağlı olarak değişen oranlarda üretilmektedir.

Yanma işlemi, bilindiği üzere yakıt, yakıcı (ateşleyici) ve yanmaya-uygun-ortam faktörleri bir araya getirildiğinde oluşmaktadır. Günümüzde motorlarda kullanılan yakıtların büyük bir oranı petrol kaynaklı yakıtlardan (fosil yakıtlar) sağlanmaktadır. Bu yakıtların temel özellikleri, kimyasal yapılarının büyük bir oranının karbon ve hidrojenden oluşmasıdır. Dolayısıyla içerisinde bu atomların bulunduğu bir yakıt, oksijen ile yakıldığında, ürünler hanesinde iki temel molekülün ortaya çıkması beklenir. Bu moleküller, kaçınılmaz olarak elde edilen karbondioksit ve su buharıdır.

Karbondioksit, günümüzde en çok bilinen emisyon türüdür. Küresel ısınmaya önemli etkisi nedeniyle en önemli sera gazı olarak da tanımlanan karbondioksit, petrol kaynaklı tüm yakıtların yanması ile ortaya çıkan bir numaralı emisyon olarak düşünülebilir. Yanma esnasında yakıtın içerisindeki hidrojen ise oksijen ile birleşerek su buharı adı verilen gazı oluşturur. Bu gazın etkisi atmosferin hangi yüksekliğinde üretiliyor oluşuna göre değismekle birlikte, sera gazı etkisi ve bunun yanında yapay sirius bulut oluşumu gibi etkilerinden söz etmek mümkündür.

Su buharı, bir çesit sera gazı olmakla birlikte bu gazın atmosferde bulunma süresi diğer gazlara göre daha düşüktür. Su buharı ayrıca, uçakların havada iken arkasında görülen beyaz renkli izlerin oluşmasına neden olmaktadır. Bu izler daha sonra birleşerek adeta bir battaniye gibi bir alan kaplar ve bu şekilde bir bulut kümesi meydana gelmesine neden olur. Bu bulut kümesi de, yer küreden uzaya yansıyan güneş ışınlarını hapsederek yer yüzeyinin ısınmasına sebep olur.

İkinci grup emisyonlarda ise karbonmonoksit, azotoksit, yanmamış hidrokarbonlar, sülfürdioksit gibi gazlardan bahsedebiliriz. Bu emisyonların miktarı ise motor türüne, yakıt tipine ve yanma işleminin gerçeklestiği yanma odası tipine göre değisir. Karbonmonoksit gazı zehirli bir gaz olup renksiz ve kokusuzdur. Solunduğunda baş dönmesi, baş ağrısı, mide bulantısı ve kusma gibi etkilerin yanı sıra bilinç kaybı ve uzun süre maruz kalındığında kalp krizi ve en sonunda da ölüm ile sonuçlanır. Çoğunlukla tam olmayan yanma işlemlerinde ortaya çıkarlar. Bu durum motorlarda özellikle ilk çalıstırma ve düşük devirlerde çalışma esnasında gözlenmekte olup, bu iki emisyon türünün en yüksek miktarda olustugu motor fazları, rölanti fazları olarak ifade edilebilir. Karbonmonoksit gibi yanmamış hidrokarbonlar da motorların düşük devirlerinde yüksek miktarlarda ortaya çıkmakta olup, kullanılan yakıta bağlı olarak yüzlerce farklı bileşikte bulunabilmektedir. Bu bileşiklerin saglık etkileri ile ilgili çok sayıda çalısma bulunmamasına rağmen genel olarak bu emisyonlara uzun süreli maruz kalan kişilerde ciddi organik rahatsızlıklar, kanser ve erken ölümlere yol açabilecek problemlerin görülebileceği ifade edilmektedir.
Karbonmonoksit ve hidrokarbonların aksine azotoksitler ise motorun yüksek devirlerinde ciddi miktarlarda oluşur. Bilindiği üzere atmosferin %78’ini oluşturan azot, yüksek sıcaklıklarda meydana gelen yanma işlemlerinde oksijen ile birleşebilmekte ve bu sayede zehirli bir gaz olarak bilinen azotmonoksit ve azotdioksite dönüşmektedir. Azotoksitler, ozon oluşumuna olan etkileri nedeniyle astım gibi solunum rahatsızlıklarına yol açmaktadır. Asit yağmurlarının oluşmasına katkıda bulunan azotoksitlerin ekosisteme ciddi zararlar verebileceği kanıtlanmıştır.

Motorun hem düşük hem de yüksek güçte çalışması esnasında bir takım emisyonların yüksek miktarda oluştuğu durumlar ortaya çıkmaktadır. Motorların rölanti durumunda oldukça yüksek miktarlarda karbonmonoksit ve yanmamış hidrokarbonların emisyonu söz konusu iken, motor gücünün artması ile bu emisyonlar azalmakta, ancak bu defa da azotoksitlerin miktarında ciddi bir artış gözlenmektedir. Bu durumun en önemli nedeni motorlarda meydana gelen yanma işlemidir.
Genellikle bütün motorlarda düşük güçlerde yanma verimi görece daha düşük olup, bu da yukarıda belirtildiği gibi karbonmonoksit ve hidrokarbon emisyonlarının yüksek miktarlarda oluşmasına neden olmaktadır. Motor devri veya gücü arttıkça yanma verimi yükseleceğinden, daha önce oluşan karbonmonoksit ve hidrokarbonlar, karbondioksit ve su buharına dönüşebilmekte ve bu sayede bu gazların emisyon miktarlarında azalmalar söz konusu olmaktadır. Ancak bu seferde, yanma sıcaklığının artmasından dolayı, normalde yanma reaksiyonuna girdiği gibi çıkan azot, artık yüksek yanma sıcaklığından dolayı oksijen atomları ile reaksiyona girerek azotoksitleri meydana getirmektedir.

Günümüzde uçak emisyonlarının denetlenmesi ICAO tarafından yapılmaktadır. Bu denetleme işlemleri yalnızca büyük uçaklar içindir ve bu uçaklarda kullanılan motorların ilk modelinin üretilmesi esnasında yapılan emisyon testleri çerçevesinden dışarı çıkmamaktadır. Dolayısıyla genel havacılık türü uçaklar için halihazırda küresel bir denetleme mekanizmasından söz edilememektedir. Bununla birlikte bazı ülkeler, tek başlarına bu uçaklar ile ilgili bir takım çevresel yönergeler oluşturabilmektedir. Bunlara verilebilecek en iyi örnek İsviçre Havacılık Otoritesi - FOCA’ dır. Bu kurum, kategori ve büyüklük fark etmeksizin tüm uçakların emisyonlarını takip etmekte ve denetlemektedir.

FOCA tarafından yürütülen bir çalışmada (FOCA, 2007), ülkede mevcut faaliyet gösteren pistonlu motorlu uçaklara ait geniş çerçevede bir emisyon performans degerlendirilmesi yapılmıştır. Bu çalışmanın önemli bir özelliği, bu değerlendirmenin mümkün olduğunca düşük maliyetli bir emisyon ölçüm sistemi vasıtasıyla gerçeklestirilmiş olmasıdır. Kurulan bu sistem sayesinde pistonlu motorlu uçaklar için emisyon hesaplama metodolojisi gelistirilmiş, genel pilotaj tekniklerinin pistonlu motorlarda yanma ve bundan kaynaklanan emisyonlar üzerindeki etkileri incelenmiş, yeni pilotaj teknikleri, yeni motorlar, diger teknolojik gelişmeler ve daha temiz yakıt kullanımı gibi stratejiler ışıgında emisyonların ne ölçüde azaltılabileceği konularında analizler gerçekleştirilmistir. Yürütülen tüm bu analiz ve çalışmalar sonunda 2007’de yayınlanan rapor kapsamında uçaklardan kaynaklanan emisyonların envanter çalışmalarında daha kapsamlı (genel havacılık kategorisindeki piston motorlu uçakların da dahil edilmesi ile) veriler elde edilmiş, piston motorlu uçakların çevresel etkileri belirlenmiş, pistonlu motorlu uçakların emisyonlarının azaltılması konusunda teknikler önerilmiş ve emisyonların azaltılması için pilotaj eğitiminde yapılması mümkün degişiklikler ortaya atılmıştır.

Bu çalışmalarda genellikle diğer büyük uçaklar için uygulanan metotların takip edildiği görülmektedir. Bu anlamda, bir havaalanında faaliyet gösteren uçakların emisyonları belirlenirken uçakların havaalanı çevresindeki faaliyetleri dikkate alınmaktadır. Bu faaliyetler teknik olarak uçağın iniş ve kalkış esnasındaki uçus fazlarını içermekte olup, iniş kalkış çevrimi olarak tanımlanmaktadır. Bu çevrim kapsamında dört temel faz bulunmaktadır. Bunlar, taksi, kalkış, tırmanış ve alçalış şeklinde isimlendirilmiştir. Bazı detaylı çalısmalarda, bu fazlardan taksi fazı, kalkış ve iniş yapılan meydanlardaki taksi fazını ayrıca belirtmek üzere ayrı ayrı gösterilebilmektedir. İnis kalkıŞ çevriminin bir önemli noktası ise uçuş faaliyetlerinin standart olarak 3000 ft (yaklasık 1000 m) irtifanın altındaki bölümlerini dikkate almasıdır. Ancak, uçaklar uçulacak mesafeye de bağlı olarak büyük ölçüde aslında bu irtifanın üzerinde faaliyet gösterir. Dolayısıyla gerçekçi emisyon çalısmalarında inis kalkış fazlarının yanı sıra 3000 ft irtifa üzerinde gerçekleşen uçuş konumları da dikkate alınmalıdır. Yukarda bahsedilen iniş ve kalkış fazları boyunca uçaklardan kaynaklanan emisyonların hesaplanması için uçakların bu fazlarda geçirmiş oldukları toplam sürelerin de bilinmesi gerekmektedir. Genellikle bu konulardaki istatistiki bilgilere erişimin zor olması ve ayrıca bir standart gerekliliği gibi nedenler ile ICAO ilgili fazlara ait standart süreleri yayınlamıştır. Buna göre taksi, kalkış, 3000 ft irtifaya tırmanış ve 3000 ft irtifadan alçalış fazlarının süreleri sırasıyla 26 dk, 0.7 dk, 2.2. dk ve 4.0 dk şeklinde belirlenmiştir. Dikkat edilmelidir ki yayınlanan bu değerler amacı, tüm uçak tipleri ve tüm havaalanları için bir referans oluşturur ve bu değerler ile gerçek dünya şartlarındaki değerlerde önemli farklılıklar görülebilir.

Genel havacılık uçakları arasında, pistonlu motorlu olanların emisyon kapsamındaki çevresel etkileri, diğer motorlara göre önemli bir farklılık göstermektedir. Pistonlu motorların yakıtları AVGAS (aviation gasoline) adı verilen bir yakıt türü olup, vuruntunun önlenmesi ve valflerin sağlıklı çalışabilmesi için yakıt içerisine tetraetil kurşun (TEL) formunda kurşun katkısı yapılarak yakıtın oktan sayısı arttırılır. AVGAS’ın en çok kullanılan 100 oktanlı düşük kursun içerikli türünde yakıtın litresinde 0.6 gr kurşun bulunmaktadır.

Oktan sayısı bir çesit motor performans göstergesi olup, silindirler içerisinde vuruntu adı verilen istenmeyen ve vaktinden önce gerçekleşen yanmayı ortadan kaldırmak ve valflerin aşınmalarını azaltmak gibi amaçlarla bazı yakıtlarda yüksek tutulması istenilen bir parametredir. Oktan sayısı ne kadar yüksek olursa, motor silindirlerinde vuruntu meydana gelmeden elde edilecek sıkıştırma oranı o oranda yüksek olabilecektir. Bu da belirli şartlarda yüksek oktan sayısının, daha yüksek motor performansı sağlayacagı anlamına gelmektedir. Ancak; örneğin 98 oktanlı bir yakıtın 95 oktanlı bir yakıta göre her zaman daha yüksek performans sağlayacağı da doğru degildir. Bu durum motor ve yakıt tipi gibi başka diger faktörlerin de etkisi altındadır.

Kurşun insan sağlığına farklı yollar ile etki etmektedir. Bunlar arasında sinir sistemi, kırmızı kan hücreleri, kardiyovasküler ve bağışıklık sistemleri sayılabilmektedir. Bebekler ve çocukların ise özellikle düşük seviyede kurşuna bile hassas oldukları, bunun da davranışsal ve öğrenme problemleri ile düşük IQ’ya yol açabileceği saptanmıştır.

Genel havacılık uçaklarının emisyon etkilerinin azaltılması için günümüzde uygulanan çesitli stratejiler bulunmaktadır. Bu stratejilerin önemli bir bölümü üreticilerin gelişen teknolojinin imkanlarını kullanarak daha temiz motorlar imal etmesidir. Bununla birlikte şurası bir gerçektir ki, günümüzde motorların bu şekilde daha çevreci olarak imal edilmelerinin altında yatan önemli bir neden, yakıt ekonomisinin sağlanmasıdır. Zira daha çevreci motor aslında daha az yakıt tüketen motordur. Söz yakıtlardan açılmışken, son yıllarda alternatif yakıt kullanımı ilgi gören bir araştırma alanı olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu yakıtlardan “biodizel” adı verilen yakıt türü ile ilgili çok sayıda test uçusu yapıldığı söylenebilir. Örneğin, genel havacılık uçaklarından Bombardier Q400 tipi iki motorlu bir uçak üzerinde 2012’de yapılan bir test uçuşu ile normal uçak yakıtına %50 oranında biodizel eklenmiş ve bu şekilde çeşitli testler gerçekleştirilmiştir. Bu test uçuşları esnasında, uçuş esnasında motor kapatıp yeniden çalıştırma prosedürleri dahil olmak üzere birçok acil durum senaryoları çalışılmış ve biodizelin bu testlerde başarılı olduğu kaydedilmiştir. Bu örnekten de anlaşılacağı üzere, yakın bir gelecekte özellikle petrol kaynaklı yakıtların azalması ve alternatif yakıtların yaygınlaşması sonucunda çesitli hava araçlarında bu yakıtların kullanımını görmemiz mümkün olabilecektir. Daha çevreci uçuşlar için üzerinde çalışılan diğer konular arasında, optimize edilmiş bir hava trafik sistemi ile uçak ve motor yapısında daha hafif ve daha dayanıklı yeni malzemelerin kullanılması sayılabilmektedir. Özellikle her yıl düzenli bir şekilde artış gösteren hava trafiği, çesitli emniyet tedbirlerinin de etkisi ile (uçaklar arasındaki minimum yatay ve dikey mesafelerin korunması gibi), bazı yoğun havaalanlarında sıkışıklık yaratmakta, bu da uçakların havada kalma sürelerinin olumsuz bir yönde etkilemektedir. Yakıt tüketimi ve çevresel etkiler açısından da negatif etkisi olan bu durum, daha iyi bir hava trafik yönetim sisteminin geliştirilmesi gerekliliğini ortaya koymaktadır.