FLY ASH TREATMENT TECHNOLOGIES AN OVERVIEW OF COMMERCIAL AND UPCOMING TECHNOLOGIES FOR NORWAY AND SCANDINAVIA SINTEF report 2018:00466 Restricted Michaël Becidan, Seniorforsker, SINTEF Energi, avd. Termisk Energi Fagseminar: Fremtidens behandling av flyveaske 29 august 2018, Felix konferansesenter, Oslo
Avd. Termisk Energi Kompetanse Bioenergi faglag Characterization of fuels and emissions Waste to Energy Biomass to heat and power Woodstove development Gasification Hydrothermal liquefaction Biomass pyrolysis Bio carbon Torrefaction Biofuels Techno economic analysis and system studies Detailed process analysis and process development
Hydrothermal liquefaction Torrefaction Pyrolysis Carbonization Process integration and value chain analyses Detailed process modeling Combustion Gasification 3 Liquid biofuels Combined heat and power Biocarbon & condensates Small scale heat Torrefied biomass
Innhold 4 Bakgrunn for arbeidet Rapporten viktige betrakninger Vurderingspunktene litt forklaring Teknologiene vurdert Hovedkonklusjoner hva kan man si om fremtidens behandling av flyveaske i Norge/Skandinavia? Fremtiden viktige trender Siste ord
Bakgrunn for arbeidet 5 NOAH AS ønsket en oversikt og kortfattet vurdering over eksisterende og nye teknologier for behandling av flyveaske Begrensning: de ca. 10 mest relevante løsningene for Norge NOAH AS satt rammet rundt formen på rapporten (kort, lettleselig) og punkter de ønsket å inkludere i vurderingen NOAH AS påvirket ikke innholdet i rapporten SINTEF Energi visste ikke om bestilling til Norsk Energi før etter vår rapport ble levert NOAH AS har ikke sett denne presentasjonen før nå
Rapporten viktige betrakninger (1/2) Rapporten gir ikke anbefalinger om valg av behandlingsteknologi Rapporten sammenligner ikke teknologiene med hverandre TRL skala beskriver en teknologi ift sitt eget utviklingsløp mot modenhet og kommersialisering Rapporten tar ikke stilling i debatt om ny deponi og/eller implementering av andre behandlingsløsninger for flyveaske i Norge Rapporten er basert på offentlig tilgjengelige data, samt generelle svar på spørsmål sendt via epost 6
Rapporten viktige betrakninger (2/2) Vurdering av utviklingsstadiet (både TRL nivå og tid til TRL9) er gjort etter best evne og med offentlig tilgjengelig data Vurdering av kostnadene er ekstremt vanskelig Også: Viktige mangler eller eventuelle faktafeil rettes gjerne! Oppdateringer er velkomne! 7
Vurderingspunktene litt forklaring (1/4) 1. Treatment method Kort beskrivelse av de hovedstegene teknologien består av. Tekniske detaljer er ikke fokuset, men hvilke type prosesser det er snakket om (kjemisk, termisk, osv.). 2. Process output Liste over de ulike fraksjonene som kommer ut av prosessen antall, mengde og hovedkarasteristikk (innhold). Mass balanse! 8
Vurderingspunktene litt forklaring (2/4) 9 3. TRL (Technology Readiness Level) Anerkjent skala for å vurdere modenhet til en teknologi. Hjelper også til å vurdere tid til kommersialisering. 4. Technology provider(s) and references Litt historikk om hvem bruker, eier eller jobber med salg/utvikling av en teknologi samt informasjon om eksisterende anlegg (alt fra labskala til fullskala). Ref. EC
Vurderingspunktene: litt forklaring (3/4) 10 5. Robustness/flexibility To relaterte aspekter: (1) hvordan teknologien takler flyveaske heterogeneitet og (2) kvalitet på fraksjonene ut av prosessen, særlig de som skal ha en markedsverdi. 6. Environmental aspects Energiforbruk, vannforbruk, kjemikalieforbruk, utslipp, deponibehov og andre miljøbelastninger (transport, logistikk). 7. HSE (Health, Safety and Environment) HMS aspekter med focus på risiko og rutiner for arbeidsmiljøet.
Vurderingspunktene: litt forklaring (4/4) 11 8. Process complexity and economy Vanskelig å få et helhetsbilde. Viktige enkelte faktorer er kommentert. I tillegg, basert på teknologi/delprosesser og antall fraksjoner produsert, en generell kategorisering av kostnadsnivå er foreslått. Kostnadsnivå angitt for ikke kommersielle løsninger skal beskrive hva som forventes for en velfungerende "fullskala" anlegg. Mulige inntektskilder skal også påvirke det hele. 9. Advantages and limitations "Summa summarum" viktige spesifikke aspekter, både positive og negative, for hver teknologi.
Teknologiene vurdert ASH2SALT NORSEP 2 1 3 Carbon8 Renova FLUWA/FLUREC SCANARC ARCFUME HALOSEP SCANWATT NOAH carbonation Terrateam NOAH Langøya 12
Hovedkonklusjoner Ingen enkel løsning leverer på alle punktene som angis som sentrale av Norge/EU dvs. miljøhensyn, ressurshensyn og økonomiske forhold dvs. ingen teknologi som materialgjenvinner betydelige mengder av flyveaske på en kostnadseffektiv måte og uten miljøbelastning (transport, deponibehov, m.m.). Eksisterende løsninger i Norge (NOAH Langøya og Terrateam) oppfyller en rekke BAT kriterier men de tilbyr ingen materialgjenvinning eller gjenbruk av flyveaske utenfor deponi. 13 Stor interesse (og trykk) mot materialgjenvinning: hva er statuset?
Hovedkonklusjoner teknologier Tre kategorier ble brukt i rapporten: Kommersielle løsninger "Nær kommersielle" løsninger Løsninger under utvikling MEN viktig å huske at ting kan bevege fort for flere av teknologiene 14
Hovedkonklusjoner teknologier Kommersielle løsninger Carbon8 (karbonisering; gjenbruk) FLUWA FLUREC (kjemisk/elektrokjemisk; Zn gjenvinning) 15 Lokale løsninger både angående utvikling og implementering Spesifikke fokus: lovpålagt Zn gjenvinning i Sveits og gjenbruk av flyveaske i Storbritannia (pga deponiplass kan man anta). Reflekterer en lokal historisk bakgrunn og strategi.
Hovedkonklusjoner teknologier "Nær kommersielle" løsninger ASH2SALT (kjemisk; salt gjenvinning) HALOSEP (kjemisk; salt og Zn gjenvinning) SCANARC ARCFUME (plasma/termisk; Pb og Zn gjenvinning) "Nær kommersielle"? Det vil si at et fullskala anlegg er under planlegging eller oppbygging eller kan bestilles (ifølge leverandør). 16
Hovedkonklusjoner teknologier Løsninger under utvikling NOAH carbonation (karbonisering; deponering) NORSEP (kjemisk; salt og metall produkter) Renova (kjemisk/termisk; Zn kake) SCANWATT (termisk/forglasning; gjenbruk) Testet ved lab/pilot skala. Alle er under aktiv utvikling. 17
Hovedkonklusjoner teknologier "Nye" teknologier dvs. alle unntatt NOAH Langøya og Terrateam: Alle tilbyr en grad av materialgjenvinning eller gjenbruk av aske Materialgjenvinning betyr vanligvis ekstraksjon av salter og/eller spesifikke metaller, oftest Zn (i ulike former) (Nesten) alle har et deponibehov viktig punkt: hvilken type deponi? Vanskelig å evaluere kostnadsnivå og fleksibilitet/robusthet (data?) De aller fleste produserer flere fraksjoner, noe som antyder komplekse prosesser (flere steg, ulike sluttbehandlinger, o.l.) Lokal versus sentral løsning (skala/kapasitet/logistikk) 18
Hovedkonklusjoner hvorfor så lite gjenvinning i dag? Gjenvinning hovedsakelig begrenset til Zn (i ulike former), noen metallblandinger (som krever videreforedling) og salter hvorfor? Det er en teknisk utfordring: flyveaske inneholder mange ulike elementer i ulike kjemiske former og i ulike konsentrasjoner OG alle disse parametre varierer i hvert anlegg og over tid Kostnadseffektivitet ulike måter å se på dette aspektet Skal man gi opp da? Nei, men videre industriell utvikling, innovasjon og forskning kreves 19
Hovedkonklusjoner gjenbruk av flyveaske (nye produkter) Ulike måter å stabilisere asken før gjenbruk Stabilisering betyr at utlekking er innenfor akseptable verdier (verdier og standarder varierer fra land til land) Hovedsakelig byggematerialer Å følge produktet gjennom hele dets livsløpet inkl. sluttbehandling etter bruk er ikke enkelt dette skal sannsynligvis begrense bruksområder Andre faktorer spiller inn, ikke bare teknologi og økonomi, men også samfunnsaksept og regelverk Ref. Asia 20
Fremtiden viktige trender Circular economy will impact WtE, especially MSW composition and amounts, that will in turn impact fly ash quality and quantities. Forbruksmønster i fremtiden? Innovation and R&D is constantly improving the feasibility of cost efficiently recovering more materials in marketable forms. The exact timeline is difficult to assess and will depend on the intensity (and success) of the present and future efforts and investments of both private and public actors. For metals traditional mining may become more expensive for some scarce elements and secondary sources, such as fly ash, will become relevant in the medium or long run. Combining technologies (chemical and thermal for example) may be the road to complete solutions with limited landfilling needs but more complex solutions mean higher costs. Recovery should go hand in hand with reducing the hazardousness of the fractions to be landfilled. 21 Common and clear EU regulations, joint standards and goals are challenging but EU is still an important arena to exchange opinions, knowledge and experience.
Siste ord (noen gjentagelser ) Fremtidige (tidsperspektiv) teknologier bør kunne kombinere materialgjenvinning OG deponering av mindre farlige fraksjoner det jeg kalte for komplette løsninger i rapporten. Kun en eneste løsning? Konkurranse mellom ulike aktører/løsninger blir sannsynligvis bra for sektoren og samfunnet forøvrig (miljø, økonomi)! 22 Samfunn, regelverk, politiske og strategiske mål og visjon (europeisk, skandinavisk, nasjonal, lokal) er viktige men, som for alle industrielle initiativer, er forutsigbarhet viktig
Takk for oppmerksomheten! michael.becidan@sintef.no 23
Teknologi for et bedre samfunn