Araştırma, hidrolize insan idrarından azot (N), fosfor (P) ve potasyumun (K) ayrı ayrı veya entegre biçimde geri kazanılmasında hangi proseslerin daha düşük çevresel yük oluşturduğunu karşılaştırmalı yaşam döngüsü değerlendirmesiyle inceliyor. Fonksiyonel birim 1 m³ hidrolize idrar olarak belirlenmiş; HFMC ve hava sıyırma ile azot, çöktürme ve anyon değişimiyle fosfor, zeolit iyon değişimi ve evaporasyonla potasyum geri kazanımı değerlendirilmiştir. Ayrıca HFMC–ZIX–çöktürme kullanan Process 1 ile hava sıyırma–çöktürme–evaporasyon kullanan Process 2, TRACI 2.1 kapsamındaki on orta nokta çevresel etki kategorisinde karşılaştırılmıştır. Process 2'nin ortalama küresel ısınma potansiyeli ve ekotoksisite sonuçları daha düşük olsa da 10.000 iterasyonluk Monte Carlo analizinde iki prosesin %95 güven aralıkları bütün etki kategorilerinde örtüşmüştür; bu nedenle çalışmanın kendi belirsizlik çerçevesinde bir entegre prosesin diğerine kesin çevresel üstünlüğü gösterilmemiştir.

Çalışmanın en belirgin sonucu, azot geri kazanımının entegre NPK sisteminin çevresel hotspot'u olmasıdır. Özellikle amonyağı uçucu NH₃ formuna geçirmek için kullanılan KOH veya NaOH gibi alkali reaktiflerin upstream üretim etkisi, birçok senaryoda elektrik tüketiminden daha büyük çevresel yük oluşturmuştur. Process 1'de KOH kullanan HFMC aşaması toplam küresel ısınma potansiyelinin %91'inden fazlasını ve toplam ekotoksisitenin yaklaşık %91'ini oluşturmuştur. Process 2'de de en büyük tek katkı çoğu kategoride hava sıyırma aşamasından gelmektedir.

Sonuçlar aynı zamanda “en düşük çevresel etki” ile “en uygun entegre gübre ürünü”nün her zaman aynı seçenek olmadığını gösteriyor. NaOH, modellenen üretim zincirinde KOH'dan daha düşük çevresel etki yaratmasına rağmen sisteme sodyum ekleyerek sonraki potasyum geri kazanımını ve ürün kalitesini olumsuz etkileyebilir. KOH ise yaşam döngüsü yükünü artırmasına rağmen potasyumun sistem içinde tutulmasını ve NK gübre ürününe aktarılmasını mümkün kılmaktadır. Bu nedenle çalışma teknoloji seçiminin yalnız karbon ayak iziyle değil, kimyasal girdiler, enerji sistemi ve son ürün kompozisyonuyla birlikte değerlendirilmesi gerektiğini ortaya koymaktadır.

Neden insan idrarından N, P ve K geri kazanımı inceleniyor?

İnsan idrarı belediye atıksu hacminin yaklaşık %1'ini oluşturmasına karşın kaynak çalışmanın aktardığı literatüre göre belediye atıksuyundaki azot yükünün yaklaşık %80'ini ve fosfor yükünün yaklaşık %50'sini taşıyabilir. Bu yüksek konsantrasyon, besin maddelerini bütün kanalizasyon akışından ayırmak yerine kaynağında daha küçük bir hacimden geri kazanmayı potansiyel olarak cazip hâle getirmektedir.

Azot ve fosfor gübre üretiminde temel girdilerken potasyum da gıda üretimi açısından önemli bir besin elementidir. Çalışma özellikle mevcut yaşam döngüsü literatürünün çoğunlukla tek bir besin maddesine odaklandığını, azot, fosfor ve potasyumu tek bir entegre sistem içinde karşılaştıran çalışmaların sınırlı kaldığını belirtmektedir.

Araştırmanın temel boşluğu bu noktadadır: bir proses azot geri kazanımında düşük çevresel yük oluştururken aynı kimyasal seçimi daha sonraki potasyum veya fosfor geri kazanımını zorlaştırabilir. Bu nedenle tek bir ünite operasyonunun çevresel performansı, bütün NPK sisteminin çevresel ve ürün performansını temsil etmeyebilir.

Yaşam döngüsü değerlendirmesinin sınırı nedir?

Çalışmanın fonksiyonel birimi 1 m³ tamamen hidrolize insan idrarıdır. İdrarın depolama sırasında tamamen hidrolize olduğu ve ürenin amonyağa dönüştüğü varsayılmıştır. Bütün teknoloji senaryolarında aynı referans besin profili kullanılmıştır.

Çalışma sistem sınırını cradle-to-gate olarak tanımlasa da değerlendirme esas olarak geri kazanım proseslerinin işletme aşamasına odaklanır. Kimyasalların ve elektriğin upstream üretim etkileri Ecoinvent üzerinden hesaba katılır; fakat aşağıdaki unsurlar değerlendirme dışında bırakılmıştır:

• Membran ve ekipman üretimi,
• borulama ve depolama altyapısı,
• tesis kurulumu,
• toplama altyapısının inşası,
• geri kazanılmış gübrenin taşınması,
• gübrenin tarımsal kullanım aşaması,
• ekipman ömrü ve ömür sonu,
• belediye atıksu arıtma tesisinde oluşabilecek kaçınılan downstream etkiler.

Dolayısıyla çalışmadaki kg CO₂-eşd. veya diğer etki değerleri, bütün sanitasyon ve gübre yaşam döngüsünün toplam çevresel ayak izi değildir. Karşılaştırılan geri kazanım teknolojilerinin tanımlanan operasyonel sistem sınırı içindeki sonuçlarıdır.

Hangi çevresel etki kategorileri değerlendirildi?

Yaşam döngüsü etki değerlendirmesi U.S. EPA tarafından geliştirilen TRACI 2.1 V1.08 / US 2008 yöntemiyle gerçekleştirilmiştir. Arka plan yaşam döngüsü verileri Ecoinvent 3.9.1 veri tabanından alınmış ve hesaplamalar SimaPro 9.6 ile yürütülmüştür.

Azot geri kazanımında hangi iki teknoloji karşılaştırıldı?

Azot için hollow fiber membrane contactor (HFMC; içi boş lifli membran kontaktörü) ile hava sıyırma karşılaştırılmıştır. Her iki proses de amonyum–amonyak dengesini serbest NH₃ yönüne kaydırmak için pH yükseltmeye ihtiyaç duyar; ancak kimyasal ve enerji gereksinimleri farklıdır.

HFMC senaryosu

HFMC için hidroksit iyonu miktarı, idrardaki amonyum konsantrasyonuna eşmolar olacak biçimde varsayılmış ve %90 amonyak geri kazanımı hedeflenmiştir. NaOH ve KOH ayrı senaryolar olarak değerlendirilmiştir.

KOH kullanılan HFMC senaryosunda 1 m³ idrar için yaklaşık 24,5 kg KOH gereksinimi raporlanmıştır. Elektrik tüketimi ise yalnız 0,4 kWh/m³ düzeyindedir.

HFMC'de ayrıca taze asit girdisi yazılmamıştır. Bunun nedeni, Process 1'de potasyum geri kazanımındaki ZIX kolonunun asitli rejenerasyon çözeltisinin daha sonra HFMC'de amonyak yakalama amacıyla yeniden kullanıldığı varsayımıdır. Aynı asidin iki kez çevresel yük olarak sayılmaması için asit girdisi yalnız ZIX aşamasına atanmıştır.

Hava sıyırma senaryosu

Hava sıyırmada idrar pH 10'a ayarlanmakta, ısıtılmakta ve NH₃'ün sıvıdan ayrılması için hava dolaştırılmaktadır. Çalışmanın modelinde 1 m³ idrar için pH ayarının, 100 mL idrar başına 2,4 mL 10 M NaOH veya KOH kullanımına eşdeğer olduğu varsayılmıştır.

Enerji ihtiyacı literatürden 7 kWh/m³ olarak alınmıştır. %80 amonyak geri kazanımında oluşan NH₃'ün amonyum sülfata dönüştürülmesi için ayrıca yaklaşık 16 kg %98 H₂SO₄/m³ girdisi varsayılmıştır. Bu asit gereksinimi doğrudan bu çalışmada ölçülmemiş; literatürdeki vakum termal sıyırma verisinden hava sıyırmaya aktarılmış bir model varsayımıdır.

NaOH ve KOH seçimi sonucu neden bu kadar değiştiriyor?

Çalışmanın Ecoinvent 3.9.1 modelinde KOH üretiminin upstream çevresel yükü NaOH üretiminden belirgin biçimde daha yüksektir. Bu nedenle aynı amonyak geri kazanım teknolojisi yalnız baz değiştirildiğinde çok farklı yaşam döngüsü sonuçları vermektedir.

KOH kullanıldığında HFMC, daha düşük elektrik tüketmesine rağmen hava sıyırmadan daha yüksek çevresel etkiye sahiptir. HFMC + KOH senaryosunda asitleşme 0,18 kg SO₂-eşd., ötrofikasyon 0,09 kg N-eşd. ve ekotoksisite 213 CTUe iken hava sıyırma + KOH için karşılık gelen değerler 0,12 kg SO₂-eşd., 0,05 kg N-eşd. ve 120 CTUe'dir.

NaOH'a geçildiğinde tablo değişmektedir. HFMC'nin küresel ısınma potansiyeli 51,6'dan 19,3 kg CO₂-eşd.'e; hava sıyırmanınki 30,0'dan 21,9 kg CO₂-eşd.'e düşmektedir. Ayrıntılı sonuç bölümünün verdiği genel sıralama:

HFMC + NaOH < Hava sıyırma + NaOH < Hava sıyırma + KOH < HFMC + KOH

şeklindedir. Bununla birlikte hava sıyırma + NaOH; ozon incelmesi, asitleşme ve smog oluşumu gibi bazı kategorilerde HFMC + NaOH'dan daha iyi sonuç vermiştir. Bu nedenle “HFMC çevresel olarak daha iyi” veya “hava sıyırma her durumda daha iyi” şeklindeki tek cümlelik genelleme çalışmanın ayrıntılı sonuçlarını tam olarak yansıtmaz.

Daha düşük etkili NaOH neden entegre sistemde otomatik tercih edilmedi?

NaOH'un daha düşük model çevresel yükü önemli bir avantajdır; ancak çalışmanın entegre sistem tasarımında başka bir problem oluşturur. NaOH kullanımı sisteme sodyum ekler, işlenmiş akışın tuzluluğunu artırır ve sonraki potasyum geri kazanımında ZIX seçiciliğini ve verimini azaltabilir.

KOH ise upstream üretim açısından daha yüksek çevresel yük getirir; fakat potasyumu sistem içinde tutar. Böylece K daha sonra geri kazanılıp NK gübre ürününün bir parçası olabilir.

Bu bulgu çalışmanın ana sistem tasarımı mesajlarından biridir: en düşük LCA skoru ile en işlevsel entegre proses kimyası her zaman aynı seçenek değildir.

Fosfor hangi yöntemlerle geri kazanıldı?

Fosfor için iki ana yol değerlendirilmiştir:

• Metal tuzlarıyla kimyasal çöktürme,
• anyon değişimi (anion exchange, AEX).

Çöktürmede metal:P mol oranı 1,5:1 alınmış ve yaklaşık %95 P uzaklaştırma/geri kazanım verimi varsayılmıştır.

Üç çöktürme kimyasalı karşılaştırılmıştır:

• MgSO₄ → struvit tipi MgNH₄PO₄ ürünü,
• Ca(OH)₂ → kalsiyum fosfat,
• FeSO₄ → demir fosfat.

Önemli bir modelleme ayrıntısı, struvit çöktürmede yaygın olarak kullanılan MgCl₂'nin SimaPro veri tabanında bulunmaması nedeniyle MgSO₄'ün proxy olarak kullanılmış olmasıdır. Bu nedenle Mg bazlı yolun sonuçları doğrudan MgCl₂ üretim zincirinin LCA sonucu değildir.

Fosfor geri kazanımında hangi yöntem daha düşük etki verdi?

Yalnız küresel ısınma potansiyeline bakıldığında FeSO₄ en düşük değeri vermektedir. Fakat FeSO₄ aynı zamanda 7,7 CTUe ile çöktürme seçenekleri arasındaki en yüksek ekotoksisiteyi ve daha yüksek insan toksisitesi sonuçlarını üretmiştir.

Ca(OH)₂'nin GWP değeri 1,15 kg CO₂-eşd. ile biraz daha yüksek olmasına rağmen asitleşme, ötrofikasyon, insan toksisitesi, solunum etkileri ve ekotoksisite gibi birçok kategoride çöktürme seçenekleri arasında en düşük veya en düşükler arasında olduğu için çalışma tarafından genel çevresel profil açısından tercih edilen çöktürme seçeneği olarak değerlendirilmiştir.

AEX ise KOH ile reçine rejenerasyonunun yüksek upstream etkisi nedeniyle bütün ana kategorilerde çöktürmeden belirgin biçimde yüksek sonuçlar üretmiştir. AEX'in GWP'si 15,9 kg CO₂-eşd., ekotoksisitesi 65,3 CTUe olarak raporlanmıştır. Bunun karşılığında AEX, doğrudan kullanılabilecek çözünür KH₂PO₄ ürünü elde etme avantajına sahiptir.

Potasyum için ZIX ve evaporasyon nasıl karşılaştırıldı?

Potasyum geri kazanımında doğal şabazit zeolit kullanan zeolit iyon değişimi (ZIX) ile evaporasyon karşılaştırılmıştır.

ZIX için %80–90 K uzaklaştırma/geri kazanımı varsayılmıştır. Zeolit rejenerasyonunda iki asit incelenmiştir:

• 2,5 M H₂SO₄,
• eşdeğer H⁺ miktarını sağlamak için daha yüksek konsantrasyonda HNO₃.

1 m³ idrar için besleme:rejenerasyon çözeltisi hacim oranı 15:1 ve rejenerasyon hacmi yaklaşık 0,067 m³ olarak alınmıştır.

Evaporasyon senaryosunda ise K'nin tam geri kazanıldığı varsayılmıştır. Enerji tüketimi için literatürdeki vapor compression distillation verisinden 76,9 kWh/m³ değerinin kullanıldığı ve bunun %96 su geri kazanımına karşılık geldiği belirtilmektedir.

Potasyum için tek bir çevresel kazanan var mı?

Hayır. Potasyum geri kazanımında sonuç, hangi etki kategorisinin önceliklendirildiğine güçlü biçimde bağlıdır.

H₂SO₄ ile ZIX, yalnız 2,2 kg CO₂-eşd. ile en düşük iklim etkisini verirken asitleşme ve toksisite açısından daha yüksek sonuç göstermektedir. HNO₃'lü ZIX'in GWP'si 29 kg CO₂-eşd. ile çok daha yüksek olsa da asitleşma ve ekotoksisite değerleri H₂SO₄ yolundan daha düşüktür.

Evaporasyonun temel yükü elektrik/ısı enerjisidir. 48 MJ surplus fosil yakıt tükenmesi değeri üç potasyum seçeneğinin en yükseğidir. Çalışma bu nedenle evaporasyonun yenilenebilir ısı veya atık ısı ile entegre edilmesi durumunda çevresel profilinin değişebileceğini belirtmektedir; bu olasılık mevcut modelde doğrudan test edilmiş yeni bir senaryo değildir.

Process 1 nasıl çalışıyor?

Process 1 = HFMC → ZIX → metal fosfat çöktürme.

Hidrolize idrar önce HFMC'ye girer ve amonyak geri kazanılır. Ardından potasyum şabazit zeolit ile tutulur. Zeolitin asitli rejenerasyon çözeltisi HFMC'nin amonyak yakalama tarafında yeniden kullanılır. N ve K böylece konsantre bir NK sıvı gübre ürününde birleştirilir. Son aşamada fosfor metal tuzu ile çöktürülerek katı fosfat ürünü elde edilir.

Process 2 nasıl çalışıyor?

Process 2 = Hava sıyırma → metal fosfat çöktürme → evaporasyon.

İlk aşamada amonyak alkali ve hava kullanılarak idrardan ayrılır ve asitle nötralize edilerek azotlu gübreye dönüştürülür. Fosfor daha sonra katı metal fosfat olarak çöktürülür. Son aşamada kalan çözeltideki potasyum evaporasyonla konsantre edilerek potas tipi karışık tuz ürünü elde edilir; aynı işlem suyu kondensat olarak geri kazanır.

Entegre iki proses arasında fark neydi?

Özette Process 2'nin ortalama küresel ısınma potansiyeli 53,5 kg CO₂-eşd., Process 1'in ise 56,9 kg CO₂-eşd. olarak raporlanmıştır. Ekotoksisite ortalamaları sırasıyla yaklaşık 172 ve 233 CTUe'dir.

Ancak sonuç bölümünde Process 1'in HFMC aşamasının 51,6 kg CO₂-eşd. ile toplam 56,6 kg CO₂-eşd.'in %91'inden fazlasını oluşturduğu yazılmaktadır. Bu nedenle Process 1 toplam GWP değeri kaynak içinde 56,9 ve 56,6 olarak iki farklı biçimde geçmektedir.

Bu 0,3 kg CO₂-eşd.'lik kaynak içi fark, zaten araştırmanın ana istatistiksel sonucunu değiştirmemektedir: Monte Carlo belirsizlik aralıkları iki entegre proses için bütün on etki kategorisinde örtüşmektedir.

Process 1'in en büyük çevresel yükü hangi aşamadan geliyor?

Process 1'de HFMC ile amonyak geri kazanımı açık ara en büyük çevresel yük kaynağıdır. Çalışmada KOH kullanılan HFMC aşaması:

• 51,6 kg CO₂-eşd. ile toplam GWP'nin %91'inden fazlasını,
• 213,1 CTUe ile toplam 232,9 CTUe ekotoksisitenin yaklaşık %91'ini

oluşturmaktadır. ZIX ile K geri kazanımı ve fosfat çöktürme aşamaları toplam ayak izinin çok daha küçük bölümlerini oluşturmuştur.

Process 2'de yük hangi aşamalara dağılıyor?

Process 2'de yük daha dağıtılmıştır; ancak hava sıyırma hâlâ birçok kategoride en büyük tek katkıdır. Hava sıyırma aşaması yaklaşık 29,99 kg CO₂-eşd. GWP, 1,12 kg O₃-eşd. smog oluşumu ve 119,9 CTUe ekotoksisite üretmiştir.

Evaporasyon ise özellikle asitleşme, fosil yakıt tükenmesi ve solunum etkilerinde önemli bir ikinci hotspot'tur. Fosfat çöktürme, iki entegre sistemde de karşılaştırılan üç ana geri kazanım aşamasının çevresel olarak en küçüklerinden biridir.

Belirsizlik analizi sonuçları değiştirdi mi?

Evet; çalışmanın en önemli metodolojik sonuçlarından biri budur. Yaşam döngüsü envanterindeki belirsizlikler 10.000 iterasyonlu Monte Carlo simülasyonu ile yayılmış ve background veriler için log-normal dağılımlar kullanılmıştır.

Ortalama sonuçlarda Process 2;

• küresel ısınma,
• ötrofikasyon,
• ekotoksisite,
• ozon incelmesi,
• smog,
• kanserojen ve kanserojen olmayan toksisite

kategorilerinde daha düşük görünmüştür. Buna karşılık Process 2'nin asitleşme, solunum etkileri ve fosil yakıt tükenmesi değerleri daha yüksektir.

Ancak kaynak, iki prosesin %95 güven aralıklarının bütün etki kategorilerinde örtüştüğünü raporlamış ve ortalama değer farklarının veri belirsizliği dikkate alındığında istatistiksel olarak anlamlı olmadığını değerlendirmiştir.

Bu nokta özellikle önemlidir: 53,5 ile 56,9 kg CO₂-eşd. gibi iki ortalama sayıyı yalnız başına karşılaştırıp “Process 2 kesinlikle daha çevrecidir” sonucu çıkarmak çalışmanın kendi belirsizlik analizine aykırıdır.

MISA duyarlılık analizi ne gösterdi?

Çalışma yalnız belirsizliğin büyüklüğünü değil, hangi girdilerin bu belirsizliği oluşturduğunu da Moment-Independent Sensitivity Analysis (MISA) ile analiz etmiştir. Delta indeksi δ yükseldikçe ilgili envanter girdisinin sonuç dağılımı üzerindeki etkisi artmaktadır.

Process 1'de en baskın değişken hemen bütün etki kategorilerinde KOH'dur. Ardından H₂SO₄ ve elektrik gelir; lime/kireç girdisi en düşük duyarlılık göstergesine sahiptir.

Process 2'de KOH yine çoğu kategoride ilk sıradadır; fakat özellikle küresel ısınma ve fosil yakıt tükenmesinde elektrik tüketimi de güçlü bir belirsizlik sürücüsüne dönüşmektedir. Bunun nedeni hava sıyırma ve özellikle evaporasyonun Process 1'e kıyasla daha enerji yoğun olmasıdır.

Elektrik karışımı sonucu neden bağlama bağımlı hâle getiriyor?

Çalışmanın enerji hesaplamasında Maricopa County için 2025 yılına ait yaklaşık %50 doğal gaz, %40 nükleer ve %10 güneş elektrik karışımı kullanılmıştır. Kaynak, yüksek nükleer ve güneş payının hava sıyırmanın 7 kWh/m³ elektrik tüketiminin iklim etkisini sınırladığını belirtmektedir.

Bu nedenle kimyasal üretimin etkisi çalışmada elektriğin önüne geçmiştir. Araştırmacılar daha karbon yoğun bir elektrik sisteminde enerji tüketiminin göreli öneminin artacağını; daha düşük karbonlu bir sistemde ise kimyasal girdilerin daha da baskın hâle geleceğini açıkça belirtmektedir.

Çalışmanın desteklediği sonuçlar

• N, P ve K geri kazanım teknolojilerinin çevresel etkisi yalnız geri kazanım veriminden değil, kullanılan kimyasalların ve enerjinin upstream üretim yüklerinden güçlü biçimde etkilenmektedir.
• Amonyak geri kazanımı iki entegre NPK prosesinin en önemli çevresel hotspot'udur.
• KOH girdisi Process 1'in çevresel etkisi ve belirsizliğinde başlıca sürücüdür.
• NaOH, incelenen Ecoinvent üretim zincirinde KOH'dan daha düşük çevresel etki üretmektedir.
• NaOH'un çevresel avantajı, sisteme sodyum eklemesi nedeniyle entegre K geri kazanımı ve gübre kalitesi açısından bir ödünleşim yaratmaktadır.
• Fosfor için kimyasal çöktürme, KOH rejenerasyonlu AEX'ten bütün ana çevresel kategorilerde belirgin biçimde daha düşük etki göstermiştir.
• Potasyum geri kazanımında H₂SO₄-ZIX, HNO₃-ZIX ve evaporasyon arasında tek bir tüm-kategoriler kazananı bulunmamaktadır.
• Process 2'nin bazı ortalama etkileri Process 1'den daha düşük olsa da iki prosesin Monte Carlo güven aralıkları bütün on kategoride örtüşmektedir.
• Elektrik tüketimi özellikle hava sıyırma ve evaporasyon içeren Process 2'de önemli bir ikinci optimizasyon hedefidir.

Çalışmanın desteklemediği veya doğrudan test etmediği sonuçlar

• İnsan idrarından NPK geri kazanımının bütün koşullarda geleneksel gübre üretiminden çevresel olarak daha iyi olduğu bu LCA ile gösterilmemiştir; geleneksel gübre ikamesinin bütün downstream kredileri sistem sınırında değerlendirilmemiştir.
• Process 2'nin Process 1'den kesin biçimde daha çevreci olduğu gösterilmemiştir.
• Çalışma iki entegre sistemi yeni bir pilot veya tam ölçekli tesiste yan yana işletip doğrudan ölçmemiştir.
• Membran, kolon, evaporatör, tank ve boru altyapısının üretim etkileri hesaba katılmamıştır.
• Geri kazanılmış gübrelerin gerçek tarımsal verimi, uzun dönem toprak etkisi veya kirletici içeriği bu çalışma kapsamında deneysel olarak test edilmemiştir.
• Modelde kullanılan Ecoinvent kimyasal üretim zincirlerinin bütün ülkelerde aynı olduğu varsayılamaz.
• Maricopa County elektrik karışımıyla elde edilen enerji sonuçları başka elektrik sistemlerine doğrudan taşınamaz.
• NaOH veya KOH seçiminin gerçek endüstriyel ürün kalitesi üzerindeki tüm etkileri saha ölçeğinde doğrulanmamıştır.
• Ekonomik fizibilite, yatırım maliyeti veya gübre satış fiyatı bu yaşam döngüsü çalışmasının ana sonucu değildir.

Türkiye açısından yorum: Çalışma Türkiye'deki kaynakta ayrılmış insan idrarı, kimyasal üretim zincirleri veya elektrik sistemiyle yürütülmemiştir. Türkiye için gerçek bir yaşam döngüsü değerlendirmesinde yerel elektrik üretim yapısı, NaOH/KOH/H₂SO₄/HNO₃ tedarik zinciri, source-separation altyapısı, taşıma mesafeleri, merkezi ve merkezi olmayan sanitasyon seçenekleri, geri kazanılmış gübrelerin lojistiği ve mevzuat koşulları yeniden modellenmelidir. Bu nedenle çalışmadaki 19,3, 21,9, 53,5 veya 56,9 kg CO₂-eşd. gibi değerler Türkiye'deki bir tesisin beklenen karbon ayak izi olarak kullanılamaz.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Yaşam döngüsü modelinin teknik özeti

Ünite operasyonlarının temel model girdileri

İki entegre prosesin ortalama sonuçları nasıl yorumlanmalı?

Ortalama rakamlar Process 2 lehine görünmektedir; ancak çalışmanın belirsizlik analizi bu farkların sağlam bir proses üstünlüğü olarak yorumlanmasını desteklememektedir.

Process 1'de hotspot'un büyüklüğü

Bu dağılım, Process 1'in toplam çevresel performansını iyileştirmek için ZIX veya çöktürmedeki küçük optimizasyonlardan önce HFMC'nin alkali tüketiminin azaltılmasının daha yüksek potansiyele sahip olduğunu göstermektedir.

Neden kimyasal geri kazanımı öneriliyor?

MISA analizi, KOH'un hem ortalama etkinin hem de sonuç belirsizliğinin ana sürücülerinden biri olduğunu göstermiştir. Bu nedenle araştırmacılar gelecekteki geliştirme çalışmalarında:

• kimyasalların proses içinde geri kazanılması ve yeniden kullanılması,
• daha düşük etkili pH ayarlama stratejileri,
• harici alkali ihtiyacını azaltan elektrokimyasal yaklaşımlar,
• enerji yoğun proseslerde düşük karbonlu veya yenilenebilir enerji

üzerinde durulmasını önermektedir.

Bu öneriler çalışmanın LCA ve duyarlılık analizinden türetilen optimizasyon yönleridir; mevcut çalışma bu alternatiflerin her birini yeni bir tesis deneyinde uygulayıp doğrulamamıştır.

Çalışmanın güçlü yönleri

Çalışmanın önemli güçlü yönlerinden biri, azot, fosfor ve potasyum teknolojilerini ayrı LCA'lardan toplamak yerine aynı fonksiyonel birim, aynı etki yöntemi ve aynı veri tabanı altında karşılaştırmasıdır. Böylece farklı çalışmaların farklı sınırlarından kaynaklanabilecek karşılaştırma problemleri azaltılmaya çalışılmıştır.

İkinci güçlü yön, yalnız ortalama LCA değerlerine dayanılmamasıdır. 10.000 iterasyonluk Monte Carlo analizi ortalama sıralamaların güvenilirliğini sınarken MISA analizi hangi envanter girdilerinin belirsizliği yönettiğini göstermektedir.

Üçüncü güçlü yön, teknoloji–kimyasal–ürün ilişkisini birlikte değerlendirmesidir. NaOH/KOH veya H₂SO₄/HNO₃ seçiminin yalnız çevresel skoru değil, geri kazanılan gübrenin kimyasal bileşimini de değiştirdiği açık biçimde değerlendirilmiştir.

Çalışmanın temel yöntemsel sınırlılıkları

Birinci sınır, verilerin heterojen kaynaklardan gelmesidir. Yaşam döngüsü envanteri tek bir entegre pilot tesiste eşzamanlı ölçülmemiş; literatürdeki deneysel, pilot ve önceki LCA çalışmalarından oluşturulmuştur.

İkinci sınır, altyapının kapsam dışında olmasıdır. Özellikle HFMC membranı, iyon değişim kolonları, evaporatörler, pompalar, tanklar ve boruların üretim ve ömür sonu etkileri karşılaştırmayı değiştirebilir.

Üçüncü sınır, bölgesel enerji ve kimyasal üretim varsayımlarıdır. KOH–NaOH arasındaki büyük fark Ecoinvent 3.9.1'in modellendiği upstream üretim zincirine; elektrik etkileri ise kullanılan Maricopa County enerji karışımına bağlıdır.

Dördüncü sınır, downstream çevresel kredilerin dışlanmasıdır. Kaynakta besin yükünün belediye atıksu arıtma sisteminden uzaklaştırılmasının yaratabileceği enerji veya emisyon tasarrufları toplam sonuçtan çıkarılmamıştır.

Beşinci sınır, ürün kullanımının değerlendirilmemesidir. Gübrelerin tarımsal performansı, potansiyel kirletici içeriği, depolanması, taşınması ve gerçek mineral gübre ikame oranı LCA'nın bu sınırında yer almamaktadır.

Kaynak ve Yöntem Notu

Tam özgün çalışma adı: Comparative life cycle assessment of integrated nitrogen, phosphorus, and potassium recovery from human urine

Yazarlar — PDF sırası: Musie Welldegerima Atsbha, Treavor H. Boyer, Oded Nir, Dwarakanath Ravikumar.

Eş katkı / eş birinci yazar: Kaynakta belirtilmemiştir.

Sorumlu yazarlar: Musie W. Atsbha ve Dwarakanath Ravikumar. Kaynak PDF'de her iki isim yıldız ile işaretlenmiştir.

Kurumlar: School of Sustainable Engineering and the Built Environment, Arizona State University, Tempe, Arizona, ABD; Zuckerberg Institute for Water Research, Blaustein Institutes for Desert Research, Ben-Gurion University of the Negev, Sde Boker, İsrail.

DOI: 10.2139/ssrn.7199408

Platform: SSRN.

Resmî kayıt: SSRN Abstract 7199408.

Yayın tarihi: SSRN bibliyografik kaydında 29 Temmuz 2026.

Dergi / cilt / sayı: İncelenen sürüm için ayrı bir hakemli dergi, cilt veya sayı bilgisi bulunmamaktadır.

Kaynak türü ve hakemlik durumu: Bu çalışma hakem değerlendirmesinden geçmemiş bir preprinttir; sonuçları bu yayın aşaması dikkate alınarak değerlendirilmelidir.

Lisans: Kaynak PDF üzerinde açık Creative Commons yeniden kullanım lisansı belirtilmemektedir. Bu nedenle kaynak çalışmanın özgün şekilleri makaleye doğrudan kopyalanmamış; temel prosesler ve sayısal sonuçlar görünür HTML tabloları ile Verianla Live v0.2 yapısında özgün biçimde temsil edilmiştir.

Finansman: Araştırma kısmen Global Center for Water Technology aracılığıyla Arizona Water Innovation Initiative tarafından ve Science and Technologies for Phosphorus Sustainability Center kapsamında National Science Foundation Science and Technology Center desteğiyle (NSF STC, CBET-2019435) finanse edilmiştir.

Veri erişilebilirliği: Kaynakta ayrı bir Data Availability beyanı bulunmamaktadır. Yaşam döngüsü envanteri literatür, önceki deneysel/pilot çalışmalar, SimaPro ve Ecoinvent 3.9.1 verilerinden oluşturulmuştur.

Çıkar çatışması: İncelenen sürümde ayrı bir çıkar çatışması beyanı bulunmamaktadır.

CRediT yazar katkıları: Musie Welldegerima Atsbha; Writing – review & editing, Writing – original draft, Methodology, Investigation, Data curation, Conceptualization ve Visualization. Treavor H. Boyer; Conceptualization, Methodology, Resources, Writing – review & editing, Supervision, Project administration ve Funding acquisition. Oded Nir; Conceptualization, Methodology ve Writing – review & editing. Dwarakanath Ravikumar; Methodology, Resources, Writing – review & editing, Supervision ve Funding acquisition.

GWP kaynak-içi tutarsızlık notu: Özet Process 1 / Process 2 ortalama küresel ısınma potansiyellerini sırasıyla 56,9 ve 53,5 kg CO₂-eşd. olarak verirken sonuç bölümünde Process 1'in HFMC aşamasının 51,6 kg CO₂-eşd. ile 56,6 kg CO₂-eşd.'lik toplamın %91'inden fazlasını oluşturduğu yazmaktadır. Verianla metni 56,6 ve 56,9 değerlerini sessizce birleştirmemiştir.

Amonyak teknolojisi yorum tutarsızlığı: Özet ve sonuç bölümü genel olarak hava sıyırmanın HFMC'den daha düşük çevresel etki gösterdiğini ifade etmektedir. Ayrıntılı NaOH senaryosunda ise HFMC'nin GWP değeri 19,3 kg CO₂-eşd. ile hava sıyırmanın 21,9 kg CO₂-eşd. değerinden daha düşüktür ve ayrıntılı metin HFMC + NaOH'u incelenen seçenekler içinde genel olarak en avantajlı konfigürasyon olarak tanımlamaktadır. Bu nedenle teknoloji karşılaştırması alkali seçimine bağlı olarak verilmiştir.

Belirsizlik yorumu notu: Kaynak, Process 1 ile Process 2 arasında istatistiksel olarak anlamlı fark bulunmadığını 10.000 iterasyonlu Monte Carlo analizindeki %95 güven aralıklarının bütün kategorilerde örtüşmesine dayanarak belirtmektedir. Kaynakta iki proses arasındaki fark için ayrıca raporlanmış bir p değeri veya ayrı hipotez testi bulunmamaktadır.

MgSO₄ proxy notu: SimaPro veri tabanında MgCl₂ bulunmadığı için Mg bazlı fosfat çöktürme senaryosunda MgSO₄ proxy olarak kullanılmıştır. Bu nedenle Mg senaryosu MgCl₂'nin doğrudan yaşam döngüsü envanteri değildir.

Evaporasyon varsayımı: Evaporasyon için 76,9 kWh/m³ enerji girdisi, kaynakta doğrudan ölçülen mevcut NPK prosesinden değil, %96 su geri kazanımı raporlayan vapor compression distillation literatür verisinden alınmıştır.

Sistem sınırı: Çalışma cradle-to-gate terimini kullanmasına rağmen analiz geri kazanım prosesinin operasyonel aşamasına odaklanmaktadır. Altyapı üretimi, kurulum, gübre taşımacılığı, ürün kullanım aşaması ve atıksu arıtma tesisindeki potansiyel kaçınılan etkiler kapsam dışıdır.

Bilimsel kaynak sınırı: Bu Verianla makalesindeki proses akışları, fonksiyonel birim, LCA sınırı, kimyasal ve elektrik girdileri, TRACI sonuçları, Monte Carlo analizi, MISA duyarlılık sonuçları ve bütün sayısal çevresel etkiler yüklenen 41 sayfalık çalışmaya dayanmaktadır. Dış kaynak yalnız SSRN bibliyografik kimliği, DOI ve yayın tarihinin doğrulanması için kullanılmış; dışarıdan yeni bilimsel LCA sonucu ana makaleye eklenmemiştir.

Temel yorum sınırı: Bu çalışma NPK geri kazanım proseslerinin tanımlanan model ve veri varsayımları altındaki karşılaştırmalı çevresel performansını değerlendirir. Tek bir entegre gerçek tesisin çevresel saha performansını, ekonomik fizibilitesini veya tarımsal ürün başarısını doğrudan kanıtlamaz.