Restavfall og dets rolle i bærekraftig utvikling Et posisjonsdokument utarbeidet av IEA Bioenergy

Transkript

1 Restavfall og dets rolle i bærekraftig utvikling Et posisjonsdokument utarbeidet av IEA Bioenergy IEA Bioenergy ExCo 2003:02

2

3 Forord til den norske utgaven Denne publikasjonen er en direkte oversettelse av en engelskspråklig IEA rapport (IEA Bioenergy ExCo 2003:02). Der norsk og engelsk terminologi avviker fra hverandre, er det valgt norsk terminologi i oversettelsen. Noen av dataene som presenteres er ikke absolutte, dvs. dataene vil variere betydelig mellom ulike land. Eksempel på dette er sammensetningen av restavfall til energiutnyttelse. I Avfall Norge rapport nr. 7/2006, Fornybar andel i avfall til norske forbrenningsanlegg, vil du kunne finne mer om sammensetning av avfall til energiutnyttelse i Norge. I Norge innføres et forbud mot deponering av nedbrytbart avfall fra 1. juli Dette vil medføre at ca. 1 million tonn restavfall må få en ny behandlingsform. Omslagsbilde: Fjernvarmeanlegg for restavfall, Spittelau, Wien. Gjengitt med tillatelse fra Fernwärme Wien, Østerrike. 3

4

5 Innledning Restavfall er avfall som produseres av husholdningene og næringslivet, samt rester etter kildesortering. Restavfall kan deponeres, men det representerer også en betydelig ressurs som med fordel kan gjenvinnes, f.eks. gjennom materialgjenvinning som aluminiumsbokser, metall, glass, papirfiber osv., eller gjennom energiutnyttelse og kompostering. Betydelige mengder restavfall deponeres imidlertid fortsatt på fyllplasser eller deponier, først og fremst fordi denne løsningen er lite kostbar og lett tilgjengelig. I EU legger deponidirektivet (1999/31/EF) samt en rekke nasjonale forskrifter opp til at mengden biologisk nedbrytbart avfall som deponeres på fyllplasser, skal reduseres til 65 % av 1995-nivået innen Behovet for nye metoder for avfallshåndtering er åpenbart til stede. I et deponi brytes de biologisk nedbrytbare bestanddelene i restavfall (f.eks. papir- og matavfall) ned, og i prosessen produseres metan en klimagass som er 23 ganger kraftigere enn karbondioksid (IPCC, 2001) og skaper alvorlige miljøproblemer. Andre utslipp (f.eks. sigevann) kan også gi vesentlig miljøforurensning i luft og grunnvann og lage vond lukt. Deponering kan generelt karakteriseres som sløsing med verdifulle ressurser. Derfor har de fleste land som målsetting å bli mindre avhengig av å bruke deponier for restavfall. EUlandene spesielt har satt seg ambisiøse mål når det gjelder å redusere mengden biologisk nedbrytbart avfall som deponeres på fyllplasser, og følgelig å øke mengden avfall som blir resirkulert og gjenvunnet. Noen europeiske land, f.eks. Sverige, Tyskland og Nederland, har allerede besluttet å forby deponering av biologisk nedbrytbart avfall i årene som kommer. På topp moderne fyllplasser blir gassen utvunnet og brukt til energiformål. Mange industriland har tatt i bruk det såkalte avfallshierarki-prinsippet som en rettesnor for politiske beslutninger om håndtering av restavfall. I dette hierarkiet (figur 1) vises de foretrukne metodene for håndtering av avfall, fra avfallet produseres og til det tas endelig hånd om. 5

6 Avfallsforebygging Ombruk Materialgjenvinning Energigjenvinning Deponering Figur 1: Avfallshierarkiet Der det er økonomisk gjennomførbart og hensiktsmessig for miljøet, vil materialgjenvinning være å foretrekke framfor behandling med sikte på energigjenvinning. Selv i land med en høyt utviklet materialgjenvinningsinfrastruktur vil det i praksis imidlertid gjenstå så store mengder restavfall etter materialgjenvinning at energigjenvinning vil være både en mer miljømessig forsvarlig og økonomisk regningssvarende løsning enn deponering. Innen forskning, demonstrasjon og informasjonsspredning fokuseres det nå på balansen mellom avfallsforebygging, materialgjenvinning, energigjenvinning og deponering for fraksjoner som ikke er biologisk nedbrytbare. Selv om restavfall kan ha svært varierende sammensetning, med særlig store forskjeller mellom industriland og utviklingsland, gjenstår det etter materialgjenvinning som oftest restavfall med betydelig brennverdi (varmeverdi) som dermed egner seg godt til energigjenvinning. Ett tonn restavfall har typisk en brennverdi tilsvarende en tredel av brennverdien for kull (8-12 MJ/kg for restavfall mot MJ/kg for kull) og kan generere om lag 600 kwh elektrisitet. Blandet avfall brennes tradisjonelt i forbrenningsanlegg, mens trendene for nyere anlegg er høyere energieffektivitet og kraftvarmeverk. Enkelte land har satt minstekrav til effektiviteten. Nyere lovgivning i EU og Australia klassifiserer bare den fraksjonen av avfallsbasert kraftproduksjon som består av fornybar biomasse som fornybar elektrisitet. Restavfall bør derfor betraktes som en utnyttbar ressurs, ikke som avfall som krever disponering. 6

7 Miljøgevinster og -konsekvenser Som med alle andre teknologier for fornybar energi er den største gevinsten forbundet med energigjenvinning fra restavfall en reduksjon i utslippene av forurensende gasser med både lokale og globale effekter. IEA gjennomførte nylig en omfattende studie av de positive og negative konsekvensene ved en rekke ulike teknologier for fornybar energi. Studien har en livsløpsbasert tilnærming, slik at utslipp forbundet med produksjon, bygging, drift og fjerning av systemene er tatt med i betraktningen. Den viste at de totale CO 2 -utslippene med konvensjonelle systemer for restavfallsbasert energigjenvinning (f.eks. forbrenning) er på 1100 kg pr. tonn restavfall og 1833 gram pr. kwh. Ulike evalueringer har vist at ca % (avhengig av i hvilken grad papiravfall og organisk avfall innsamles separat) av karbonet i restavfall stammer fra fossile kilder, f.eks. plast (se figur 9). Resten stammer fra biomasse og kan betraktes som en fornybar ressurs. Den ikke-fornybare delen av utslippet er dermed på ca. 367 gram CO 2 pr. kwh (dvs. 20 % av det totale utslippet på 1833 gram CO 2 pr. kwh). I figur 2 sammenlignes typiske CO 2 -utslipp fra restavfall med utslipp fra fossile brenselskilder. Kull Gass Restavfall Figur 2: Livsløpsutslipp av CO 2 gram pr. kwh elektrisitet CO 2 -utslipp for restavfall i figur 2 tar ikke hensyn til utslipp som unngås som følge av energigjenvinning fra avfallet. For eksempel vil deponering av restavfall på fyllplass gi et utslipp på om lag 70 kg metan (faktisk område kg) pr. tonn avfall. Dette tilsvarer 1610 kg CO 2 pr. tonn avfall, i og med at metan har høyere potensial for global oppvarming enn CO 2. På moderne fyllplasser kan rundt halvparten av metanet utvinnes og brukes til energiproduksjon, slik at det samlede utslippet dermed reduseres. Ved produksjon av energi fra avfall vil man dessuten unngå utslipp forbundet med produksjonen av samme mengde energi fra fossile kilder. Gjenvinning av energi fra restavfall kan derfor føre til en nettoreduksjon i utslippene av klimagasser (se figur 3). Selv sett fra den mest pessimistiske synsvinkelen, der vi ser bort fra fordelene ved å unngå deponering, medfører altså 7

8 energigjenvinning fra restavfall vesentlige reduksjoner i utslippene av klimagasser sammenlignet med konvensjonell produksjon av energi fra fossile kilder. 1 tonn Kommunalt avfall Restavfall forbrenning 600 kwh e 1100 kg CO 2 (220 kg fossilt og 880 kg biologisk) Kull Kullforbrenning 600 kwh e ekvivalent 592 kg CO 2 1 tonn Kommunalt avfall Deponering uten gassutnyttelse 1610 kg CO 2 Netto reduksjon av CO 2 = = kg Figur 3: Utslipp av klimagasser fra elektrisitetsproduksjon: Forbrenning av kommunalt avfall sammenlignet med forbrenning av kull og deponering av kommunalt avfall. (kwhe = kilowattime elektrisitet) Resultater fra andre nyere studier av konsekvensene ved ulike systemer for håndtering av restavfall når det gjelder utslipp av klimagasser, er vist i figur 4. På deponier gjenvinnes rundt halvparten av metanet (gjenvinningsraten er på mellom 20 og 80 %), og et visst utslipp vil derfor uansett forekomme. Dersom gass fra deponier brukes til elektrisitetsproduksjon, kan tilsvarende CO 2 -utslipp unngås. Potensialet for energigjenvinning reduseres når mengden biologisk nedbrytbart materiale som deponeres minsker. Med forbrenning deponeres ingen nedbrytbare organiske materialer på fyllplassen. Enkelte materialer som er energikrevende å produsere, men som ikke har noen brennverdi (f.eks. stål og glass) kan gjenvinnes før forbrenning for på denne måten å unngå en del CO 2 -utslipp. Det forutsettes at den produserte elektrisiteten erstatter kullkraft (det samme gjelder for deponering), og de energirelaterte utslippene er derfor negative til tross for at forbrenningen forårsaker betydelige CO 2 -utslipp. Med produksjon av fast gjenvunnet brensel (Solid Recovered Fuel SRF), eller foredlet avfallsbrensel (FAB) som det kalles i Norge, er utslippene fra deponiene små ettersom bare svært små mengder organisk avfall deponeres. På grunn av mer effektiv sortering og påfølgende materialgjenvinning av avfallet er det mulig å unngå større CO 2 -utslipp fra stål- og glassproduksjon enn tilfellet er med forbrenning av usortert restavfall. Den største effekten med hensyn til utslipp skyldes at FAB erstatter kull. Med gjenvinning av FAB og papirfiber er effekten på energirelaterte utslipp mindre enn i de forrige kategoriene ettersom en del av det brennbare materialet (papirfiber) går til 8

9 materialgjenvinning. Selv om dette sparer utslipp fra papirproduksjon, vil den totale effekten være i samme størrelsesorden som ved FAB-produksjon. CO 2 ekvivalent pr år Deponering + gassutnyttelse + kraftproduksjon Blandet avfall forbrenningsanlegg + kraftproduksjon FAB-produksjon co-gassifisering i kullkjel FAB og papirfiber gjenvinning + co-gassifisering i kullkjel Deponering Energi Materialgjenvinning Totalt Figur 4: Utslipp av klimagasser fra ulike systemer for avfallshåndtering som erstatning for kull. Eksempel fra en by med én million innbyggere. Å erstatte energi fra kull med energi fra restavfall gir en betydelig reduksjon i utslippene av klimagasser. Selv der restavfall deponeres på fyllplass, er det mulighet for å bruke den genererte deponigassen (som er rik på metan) til energigjenvinning, men potensialet for gjenvinning vil bli lavere etter hvert som mengden biologisk nedbrytbart materiale reduseres. I tillegg sparer gjenvinning av sekundærmaterialer energi som ellers ville gått med til å produsere produkter fra primære råmaterialer (f.eks. kompost vs. kunstgjødsel). Gjenvinning av energi fra restavfall hindrer også alle andre potensielle konsekvenser forbundet med deponering av avfall, f.eks. sigevann/ forurensning av grunnvann og ansvaret for forurensning på lengre sikt. Bruken av disse teknologiene vil gi miljøkonsekvenser lokalt, og det er lokale miljøhensyn, ikke nasjonale eller globale, som vil være av betydning for den offentlige aksepten og for lokaliseringsbeslutninger. Når det gjelder energigjenvinning fra avfall, er de lokale 9

10 konsekvensene knyttet til trafikk, støy, visuell forurensning og tap av rekreasjonsområder samt lokale forurensningseffekter. På samme måte som for andre teknologier kan disse konsekvensene minimeres ved å følge beste praksis for konstruksjon, lokalisering og anleggsdrift. Fordelene ved energigjenvinning fra avfallsbrensel er så store at slik energigjenvinning bør inngå i enhver moderne avfallshåndteringspolitikk, uavhengig av individuelle, lokale strategiske preferanser (f.eks. kompostering vs. anaerob nedbrytning). Drivkrefter og hindringer Bruken av den biologisk nedbrytbare fraksjonen av restavfall som en bioenergiressurs er nært knyttet til avfallshåndteringspolitikken et land fører, og til allmennhetens oppfatninger. Systemer for energigjenvinning fra avfall må derfor integreres med andre metoder for håndtering, gjenvinning og disponering, for å unngå konflikterende krav med hensyn til avfalls-/ brenselstrømmen. En politikk som tar sikte på å lede avfall bort fra deponiene, vil legge til rette for en satsning på energigjenvinning fra restavfall. For tiden utgjør allmennhetens oppfatninger og motstand i en rekke land kritiske hindringer for utbredelsen av systemer for energigjenvinning fra restavfall. Selektiv rapportering av utslipp har bidratt til å skape et negativt bilde, for eksempel ved at utslipp fra 30 år gamle anlegg blir rapportert, men ikke utslipp fra nye anlegg som tilfredsstiller dagens strengeste utslippsstandarder. IEA Bioenergy kan spille en vesentlig rolle når det gjelder å rette opp misoppfatninger angående energigjenvinning fra restavfall ved å fremme informasjonsutveksling og legge fram pålitelige utslippsdata fra topp moderne anlegg for utnyttelse av avfallsenergi. Omdanning av restavfall til energi vil, på lik linje med alle andre prosesser for omdanning av brensel til energi, medføre utslipp av forurensende stoffer. Det er imidlertid dokumentert at alle de nyeste teknologiene for omdanning av avfall til energi oppfyller de aller strengeste utslippskravene, inkludert krav til dioksiner, furaner og andre giftige stoffer. 10

11 Teknologiens rolle De ulike metodene for omdanning av avfall til energi er illustrert i figur 5. De involverer termokjemiske prosesser (som forbrenning, gassifisering og pyrolyse) og biologiske prosesser (som anaerob nedbrytning). Med unntak for forbrenningssystemer benytter alle prosessveier en oppgradert form for brensel. Dette kan gjøres enten ved kildesortering fulgt av enkel mekanisk behandling som f.eks. størrelsesreduksjon eller ved omfattende mekanisk behandling av restavfall for produksjon av foredlet avfallsbrensel (FAB). Prosessering Mellomprodukter Materialer for markeder Omforming til energi Forbrenning Kompost Restavfall Mekanisk forbehandling Biologisk nedbrytbar fraksjon Sekundære råmaterialer FAB Glass, metall, aluminium etc. Anaerob nedbryting Pyrolyse Gassifisering Forbrenning Sambruk med fossile brensel Figur 5: Alternative prosessveier for behandling av restavfall for materialgjenvinning og energigjenvinning FAB er et fast brensel som i de fleste tilfeller har en godt definert sammensetning og egenskaper og som kan markedsføres som brensel til energiproduksjon. FAB har betydelige fortrinn ettersom de største forurensningskildene fjernes i løpet av den mekaniske forbehandlingsprosessen. Det har en relativt høy brennverdi og kan standardiseres som et kommersielt brensel. FAB kan brukes sammen med en rekke andre faste brensler som kull og/eller biomasse i samforbrennings- eller samfyringsprosesser. Europakommisjonen har gitt CEN (Den europeiske standardiseringsorganisasjon)/ teknisk utvalg 343 mandat til å vedta europeiske standarder for FAB slik at det kan handles med denne brenseltypen på energimarkedet. Typiske tekniske løsninger er vist i figur 6 under. Disse kommer i tillegg til kommersielle samfyringsalternativer med trebrensler og kull. 11

12 Gassifisering FAB CFBgassifiseringsreaktor Gasskjøling Filter Dampkjel Kull, olje, naturgass Bunnaske Flyveaske Forbrenning Damp til turbin FAB Dampkjel for avfallsbrensel Bunnaske Flyveaske Konvensjonelle brensel Industriell dampkjel Figur 6: Typiske sambruksanvendelser for FAB Det finnes flere fremragende nyere teknologier for omdanning av avfall til energi. I tillegg byr FAB på vesentlige miljø- og markedsmuligheter det er relativt rent og kan selges på markedene for ulike energisystemer til erstatning for fossile brensler. 12

13 En fornybar energikilde Restavfall er av natur sammensatt og inneholder en rekke forskjellige materialer. Figur 7 viser typisk sammensetning av restavfall i Storbritannia som antas å være representativ for industriland og figur 8 viser typisk sammensetning av FAB. I figur 9 sammenlignes prosentandelen karbon fra fossile kilder (f.eks. plast) med mengden karbon fra biomassekilder. Her ser vi at rundt 80 % av karbonet stammer fra biomasse, som er å betrakte som en fornybar kilde. (Merk: for figur 7-9 vil verdiene være svært avhengig av i hvilken grad papiravfall og organisk avfall blir innsamlet separat). Papir og kartong - 35 % Plastfolie - 4% Hardplast - 5% Tekstiler - 2% Diverse brennbart - 8% Diverse ikke brennbart - 2% Glass - 7% Matavfall - 19% Metall - 6% Ikke metall - 1% Finfraksjon (< 10mm) - 11% Figur 7: Typisk sammensetning av restavfall Papir og kartong - 16,9% Plast - 8,4% Matavfall - 16,6% Tekstiler - 24,9% Ikke brennbart - 33,2% Figur 8: Sammensetning av foredlet avfallsbrensel (FAB) 13

14 Fornybart (fra biologisk materiale) karbon - 60 % Variabel fraksjon - 20% Ikke fornybart (fra fossilt materiale) karbon - 20% Figur 9: Karboninnhold for restavfall (vektprosent) Inntil 80 % av karboninnholdet i restavfall stammer fra biomasse og er derfor fornybart. Bidrag til bærekraftig energi Livsløpsbaserte evalueringer av de viktigste miljøeffektene (eller bærekraftindikatorene) knyttet til restavfall har vist hvilke positive bidrag energigjenvinning fra avfall kan gi. Disse bidragene er: Reduserte utslipp av klimagasser Reduserte utslipp av sure gasser Redusert utarming av naturressurser (fossile brensler og materialer) Redusert innvirkning på vann (sigevann) Redusert jordforurensning På lang sikt er potensialet for energiforsyning fra restavfall begrenset av tilgangen på råmaterialer ettersom ressursene i hvert område er begrenset. Likevel tyder studier av potensialet til de ulike fornybare kildene på kort til middels lang sikt på at energigjenvinning fra restavfall kan være et viktig bidrag til kraftproduksjonen. ATLAS-studien viser for eksempel at restavfall 14

15 i dag utgjør 7 % av EUs energiproduksjon fra fornybare kilder, noe som gjør det til den tredje største bidragsyteren, etter storskala vannkraft og bruk av biomasse til varmeproduksjon. Ifølge ATLAS-studien vil restavfall kunne gi et betydelig bidrag også i årene framover og beholde en tilsvarende markedsandel i Energigjenvinning fra restavfall spiller derfor en nøkkelrolle for rask utbredelse av fornybar energi. Energigjenvinning fra restavfall har potensial til å bidra vesentlig til en bærekraftig utvikling. Konklusjon Energigjenvinning fra restavfall bidrar allerede til å redusere globale og lokale miljøproblemer. Både potensialet og kostnaden ved denne teknologien gjør at den med høy sannsynlighet vil kunne bidra på lik linje med andre teknologier for fornybar energi som nå gjør sitt inntog på markedet. Det bør arbeides for å ta i bruk denne teknologien på alle steder hvor den kan integreres med materialgjenvinnings- og ombruksaktiviteter på en økonomisk gjennomførbar og interessant måte, for derved å redusere konsekvensene av avfallsdeponering. Energigjenvinning fra avfall kan redusere utslippene av klimagasser og andre forurensende gasser, væsker og faste stoffer, og har et stort potensial når det gjelder å bidra til oppfyllelsen av Kyoto-forpliktelsene og til en bærekraftig utvikling. 15

16 Referanser og anbefalt litteratur Anon The ATLAS project: Energy Technology Information Base , THERMIE STR/519/95, Europakommisjonen DG XVII. Anon Towards a sustainable energy future, OECD/IEA. Anon Proceedings of the Waste Symposium 2003: 4th International Symposium on Waste Treatment Technologies (Thermal, Non-Thermal and Clean-up). Sheffield, Storbritannia. Under trykking. Smith, A., Brown, K., Ogilvie, S., Ruston, K. og Bates, J Waste management options and climate change: Final report of a study contract for the European Commission Directorate General Environment undertaken by AEA Technology. Tuhkanen, S., Pipatti, R., Sipilä, K. og Mäkinen,T The effect of new solid waste treatment systems of greenhouse gas emissions. Fifth International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies (GHGT-5). Cairns, Australia. Watson, R.T. et al. (red.) Climate Change 2001: Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. IPCC, Genève, Sveits. Generell litteratur Anon IEA Bioenergy Annual Report ExCo: 2003:01 Anon Sustainable Production of Woody Biomass for Energy. Posisjonsdokument utarbeidet av IEA Bioenergy. ExCo:2002:03. Janssen, R Renewable Energy into the Mainstream. IEA/NOVEM-publikasjon. 16

17 Forkortelser CHP kraftvarme (Combined Heat and Power) CH 4 metan. En klimagass som er 23 ganger kraftigere enn CO 2 CO 2 karbondioksid EF Det europeiske fellesskap EU Den europeiske union g gram IEA International Energy Agency (Det internasjonale energibyrået) IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change (FNs klimapanel) kg kilogram kwh kilowattime Kyoto Kyoto-protokollen en internasjonal avtale som har som formål å redusere utslippene av klimagasser MJ megajoule (106 Joule) MSW kommunalt restavfall FAB foredlet avfallsbrensel (Norsk uttrykk for Solid Recovered Fuel SRF, som er brukt i den engelske utgaven av rapporten) Bidragsytere Dr. Kyriakos Maniatis, Europakommisjonens medlem, koordinerte redaksjonsgruppen bestående av professor Kai Sipilä og dr. Gerard Smakman, som utarbeidet og reviderte utkast til teksten. Dr. Niranjan Patel, leder for arbeidsgruppen Task 36, og deltakerne i denne, særlig David Baxter, Gerry Atkins og dr. David Granatstein, ga uvurderlige innspill på viktige stadier. Bistanden fra Gerfried Jungmeier og bransjerepresentantene fra de ulike landene i IEA Bioenergy, blir også høyt verdsatt. Eksekutivkomiteens medlemmer drøftet og kommenterte et antall utkast med sikte på å forbedre teksten. Task-gruppens nestleder Grace Gordon, Judy Griffith og Justin Ford- Robertson ga verdifull bistand i arbeidet med å klargjøre teksten for publisering. Sekretæren bidro i publiseringsprosessen og har stått for endelig utforming og produksjon av dokumentet. 17

18 Anlegg for energigjenvinning fra avfall, Oxford, Storbritannia. Gjengitt med tillatelse fra AEA Technology Environment, Storbritannia. 18

19

20 IEA Bioenergy kontaktopplysninger Sekretariat John Tustin PO Box 6256 Whakarewarewa Rotorua NEW ZEALAND Tlf.: Faks: E-post: jrtustin@xtra.co.nz Nettsted Task 36: Energy from Integrated Solid Waste Management Systems (energi fra integrerte systemer for håndtering av restavfall) Leder: Dr. Niranjan Patel AEA Technology Environment F6 Culham, Abingdon OX14 3DB STORBRITANNIA Tlf.: Faks: E-post: niranjan.patel@aeat.co.uk IEA Bioenergy Dette posisjonsdokumentet er utarbeidet av IEA Bioenergys eksekutivkomité. Implementing Agreement on Bioenergy (gjennomføringsavtalen om bioenergi) er del av et program for internasjonalt samarbeid om energiteknologi som er etablert med støtte fra Det internasjonale energibyrået.