Utsläpp av fossil koldioxid från avfallsförbränning Sammanfattande rapport Utsläpp av fossil koldioxid från avfallsförbränning En kol-14-analys av avfallet vid Sävenäs avfallskraftvärmeverk Lia Detterfelt, Katarina Pettersson Återvinning och Behandling, Renova AB. 2009 10 20 Renova sid 1(11)
Utsläpp av fossil koldioxid från avfallsförbränning 1) SAMMANFATTNING En kol-14 analys gjordes med hjälp av acceleratormasspektrometri (AMS) på avfallsprover på Renovas avfallskraftvärmeverk i Sävenäs i Göteborg. Proverna togs ut på ett standardiserat sätt för att representera allt avfall i avfallsbunkern. Resultatet i denna studie tyder på att de fossila utsläppen från avfallsförbränning är väsentligt lägre än de som antas i schabloner som används av myndigheter och inom avfallsbranschen. Av den koldioxid som släpps ut är endast mellan 1-12 ±1 procent fossil och som därmed kan anses vara klimatpåverkande. Detta ska jämföras med de schabloner på ca 13 procent för hushållsavfall och ca 28 procent för blandat avfall som myndigheter, Renova och branschen i övrigt använder sig av. Avfallsförbränning med energiutvinning är, speciellt om resultatet verifieras i kommande studier, ännu mer klimatneutralt än vad man hitintills ansett och energi från avfallsförbränning borde i än högre utsträckning anses vara förnyelsebar. Resultatet av studien bör ligga till grund för en fortsatt diskussion kring avfallsförbränningens roll i ett klimatanpassat avfallshanterings- och energisystem. Renova sid 2(11)
3(11) 2) BAKGRUND Runt hela världen pågår arbetet med att begränsa utsläppen av växthusgaser till atmosfären för att minska problemet med den globala uppvärmningen. Inom EU och i Sverige är intresset för att öka kunskapen kring källor av växthusgaspåverkande utsläpp stort och olika ekonomiska styrmedel används för att minska utsläppen. Tex har förbränningsskatten på avfall motiverats med avfallsförbränningens växthusgasbidrag och elcertifikat ges för vissa delar av avfallets icke-fossila innehåll. En ständigt pågående diskussion är huruvida avfallsförbränning ska anses vara en förnyelsebar energikälla eller ej. Generellt tänker man sig att kol som ingår i det naturliga kretsloppet inte bidrar till växthuseffekten, eftersom det är biologiskt kol som tas upp av växterna igen i fotosyntesen. Fossilt kol, däremot, är sådant kol som lagrats i marken under mer än 10 000 år och som bildat stenkol, olja och naturgas. Då detta förbränns, eller produkter tillverkade av det, ökar innehållet av koldioxid (CO 2 ) i atmosfären och påverkar växthuseffekten negativt. Schabloner och plockanalyser En svårighet för myndigheter och för avfallsförbränningsanläggningarna har varit att det är svårt att bestämma det exakta innehållet av fossilt kol i avfallet. I plockanalyser kan man okulärt och viktandelsmässigt bestämma andelen avfall som man antar innehåller fossilt kol. Man utgår då ofta från att t.ex. allt matavfall endast innehåller biologisk kol och all plast innehåller endast fossilt kol. Men numera kan ju matavfall innehålla mindre mängder fossilt kol, t.ex i form av tillsatsämnen såsom smakämnen och stabilisatorer, och plaster kan vara tillverkade av biologiskt kol, såsom stärkelseplast. En viktigare felkälla vid plockanalyser är dock det okända innehållet av andra ämnen än kol i materialen. Exempelvis är andelen vatten i matavfall ofta mycket stort, t.ex. runt 95 procent för tomater och gurkor. Och andelen fyllmedel i plast och papper kan vara hög, ibland uppemot 50 procent av den totala vikten av materialet. Dessutom innehåller molekylerna där kolet finns även andra grundämnen. T.ex innehåller PVC-molekylen med bruttoformeln (C 2 H 3 Cl) bara 53 viktprocent kol. Enligt kemikalieinspektionen kan PVC innehålla upp till 50 procent fyllmedel och med så stort fyllmedelsinnehåll blir det fossila kolinnehållet i PVC endast drygt en fjärdedel av totalvikten.
Figur 1 Genomsnittligt innehåll av ämnestyper i PVC. Källa: KemI Rapport 6/96. 4(11)
5(11) En annan svårighet med att bestämma det fossila innehållet vid plockanalyser är att avfallets innehåll varierar över tiden och utifrån avfallslämnare. De plockanalyser som görs är sällan representativa för det totala flödet av avfall till en anläggning. Eftersom svårigheterna med att bestämma det fossila innehållet i avfall genom plockanalyser är väl kända och eftersom det rent praktiskt innebär problem att genomföra plockanalyser ofta, använder både myndigheter och avfallsbranschen sig av schabloner för avfallets innehåll av fossilt avfall. I RVF-rapporten 2003:12 har forskningsföretaget Profu uppskattat hur mycket fossil koldioxid som släpps ut vid förbränning av olika avfallsmixer. Man har använt sig av sammanställningar, beräkningar och uppskattningar från ett stort antal värden. Resultatet ligger bland annat till grund för schablonen som används i förbränningsskattelagstiftningen, där man har fastställt att den fossila andelen i hushållsavfall är 12,6 procent, utifrån antagandet att blandat kommunalt avfall innehåller 14 procent fossilt avfall och att kolinnehållet i detta avfall är 90 procent. Renova anger i sin miljörapport att man uppskattar att 15 procent av avfallet man förbränner är fossilt. Renova antar vidare med hänvisning till RVF-rapport 2003:12 att 28 procent av koldioxiden man släpper ut är av fossilt ursprung. Några svagheter med att beräkna andelen fossil koldioxid från förbränning med hjälp av schabloner är alltså att de bland annat bygger på antaganden om avfallets allmänna sammansättning, att sammansättningen är konstant in till en anläggning, att sammansättningen ser likadan ut till anläggningar i hela Sverige och att sammansättningen inte förändras över tiden. Kol-14-datering Eftersom både plockanalyser och schabloner för bestämning av det fossila koldioxidutsläppet innebär brister, väcktes idén om att mäta detta på ett för avfallsbranschen nytt sätt. Kol-14-datering görs vanligen för att bestämma ålder på arkeologiska föremål. Metoden bygger på att kol-14-isotopen har en känd halveringstid, att halten kol-14 är relativt konstant i atmosfären och att alla levande föremål tar upp kol-14-isotopen genom fotosyntesen
6(11) eller genom förtäring av växter och djur medan de lever. Då organismen dör avstannar upptaget av isotopen och genom att mäta andelen kol-14 i förhållande till den totala mängden kol kan man avgöra hur gammalt föremålet är. I denna rapport antas att allt kol, som är äldre än 10 000 år, är fossilt. 3) METOD I forskningsprojektet VOKAB där Renova ingår, lade man ner ett stort arbete på att ta ut avfallsprover ur avfallsbunkern på Renova som skulle representera hela den avfallsvolym i avfallsbunkern som förbränts under provtiden. Metoden man följde presenteras i rapporten Karakterisering av fasta heterogena bränslen inverkan av metod för provtagning och provberedning och som visade sig vara en effektiv metod för att få fram representativa prover. Uppgifter om vilken typ av avfall som levererats till anläggningen under provtiden togs från Renovas vågsystem. Figur 2 Krossat avfall för kol-14 analys
7(11) De uttagna proverna maldes ner av ett kemiskt analyslaboratorium till en storlek av uppskattningsvis 1 mm och torkades. Proverna förvarades i plastpåsar i tillslutna plastkärl i rumstemperatur. Ur avfallsproven togs en mindre volym ut efter omblandning av varje enskilt prov, och paketerades i plastpåsar, som sedan virades in i aluminiumfolie för att undvika radioaktiv kontaminering vid frakt till analyslaboratoriet. Proverna skickades till Laboratoriet för C-14-datering vid kvartärgeologiska avdelningen på Lunds Universitet. På laboratoriet analyserades hur stor del av koldioxiden som avgår vid förbränning vid 500 grader som är av fossilt ursprung av den avgivna totala koldioxiden. Detta gjordes enligt traditionell metod för kol-14-datering, med undantaget att provet inte genomgick någon förbehandling i form av upplösning i saltsyra eller natriumhydroxidlösning, vilket hade riskerat att minska det fossila innehållet i form av t.ex karbonater. Resultatet bygger på prover uttagna vid fyra olika tillfällen under vårenhösten 2008. Vid två av tillfällena analyserades dubbelprov, totalt utfördes alltså sex kol-14-analyser. Andelen verksamhetsavfall varierade mellan 13 och 99 procent i proverna.
8(11) Tabell 1 Beskrivning av prover i studien DATUM PROV- UTTAG PROV- BESKRIVNIN G UNGEFÄRLIG ANDEL VERKSAMHETS- AVFALL (%) UNGEFÄRLIG ANDEL HUSHÅLLS- AVFALL (%) UTFÖRD KOL-14 ANALYS 080517 Uttag från bunkern på Sävenäs 43 57 Juli 2008 080615A 080615B 080713A 080713B Uttag från bunkern på Sävenäs Dubbelprov av ovanstående Uttag från bunkern på Sävenäs Dubbelprov av ovanstående 13 87 Juli 2009 13 87 Juli 2009 16 84 Juli 2009 16 84 Juli 2009 081018 Uttaget från bränslekross på Skräppekärr 99 1 Juli 2009
9(11) 4) RESULTAT OCH SLUTSATSER Avfallets innehåll av fossilt kol vilket ger ett fossilt koldioxidutsläpp vid förbränning varierade mellan 1-12 ±1 procent av det totala kolinnehållet. Spridningen i resultatet var liten då två analyser gjordes på avfallsblanding från samma tillfälle, vilket gör att resultaten kan anses relativt tillförlitliga. Andel fossil koldioxid i rökgaser från avfallsförbränning 14 12 andel fossil koldioxid (%) 10 8 6 4 2 0 0 20 40 60 80 100 120 andel verksamhetsavfall (%) Figur 3 Andelen fossil koldioxid i rökgaser från Sävenäs avfallskraftvärmeverk mot den ungefärliga andelen verksamhetsavfall i det förbrända avfallet. Denna studie tyder på att man i de allmänna schabloner som idag används för att uppskatta det fossila utsläppet av koldioxid vid avfallsförbränning är alldeles för högt satta. Studien antyder att de fossila utsläppen är mycket små, kanske någonstans mellan 0-2 procent då endast hushållsavfall förbränns. Det ska jämföras med den schablon på 12,6 procent som används i förbränningsskattelagstiftningen. Då inblandningen av verksamhetsavfall är stort, tyder studien på att den fossila koldioxiden inte utgör mer än 12 procent av det totala koldioxidutsläppet. Detta kan jämföras med den av RVF/Profu framräknade schablonen på motsvarande 28 procent vid en inblandning på ca 40 procent verksamhetsavfall. En siffra som Renova använder sig av i sin miljörapport och även i andra officiella sammanhang då koldioxidutsläpp från avfallsförbränning diskuteras.
10(11) 5) DISKUSSION Resultatet i studien tyder på att utsläppet av fossil koldioxid från avfallsförbränning är starkt överskattad i de schabloner som myndigheter och avfallsbranschen använder sig av. Avfallsförbränningens negativa påverkan på växthuseffekten ser alltså ut att vara mycket mindre än man trott. Energi utvunnen vid avfallsförbränning borde, om dessa resultat står sig även i kommande studier, anses vara förnyelsebar i ännu större utsträckning än idag. Resultaten i studien visar också att de fossila utsläppen från avfallsförbränning troligen är mindre än till och med den lägsta schablonen som används (den för rent hushållsavfall), oavsett hur mycket verksamhetsavfall som blandas in. Det bör påpekas att begreppen verksamhetsavfall och hushållsavfall används för att peka på vilken typ av juridisk person som har ansvaret för avfallet enligt svensk lagstiftning. De säger egentligen ingenting om vad avfallet innehåller. Att basera schabloner för det fossila kolinnehållet på dessa kategorier är därför osäkert. Några möjliga felkällor vid denna studie, och som bör undvikas i kommande studier är tex. risk för radioaktiv kontaminering vid förvaring och posthanteringen (liten risk) och risk för avgång av (främst) icke-fossilt kol vid torkning och förvaring av prover. Resultatet från denna studie bör kunna användas i diskussioner om avfallsförbränningens roll i ett klimatanpassat avfallsbehandlings- och energisystem. De styrmedel som används för att nå dit bör också kunna omvärderas utifrån resultaten. Exempel på existerande sådana styrmedel är elcertifikatsystemet, förbränningsskatt och koldioxidbeskattning. Resultatet kan också användas vid diskussioner om miljömärkningar såsom Grön el och Grön värme. Förslag till fortsatt arbete Resultaten från studien kan användas som en indikation på avfallsförbränningens växthusgaspåverkan. Dock bör man ha i åtanke att det endast är en begränsad mängd analyser som genomförts. För att säkerställa resultatet bör det verifieras i kommande studier. För att säkerställa en likartad hantering av fasta prover och kol-14-analyser bör man i fortsatta studier undersöka om den amerikanska standarden ASTM D6866 för att mäta biomasseinnehållet i fasta, flytande och gasformiga prover, kan användas.
11(11) Det pågår arbete med att utveckla metoder för att med hjälp av C-14 mäta innehållet av fossil koldioxid i rökgas. Idén går ut på att man absorberar all koldioxid i rökgaserna in-situ och sedan analyserar andelen C-14 med hjälp av acceleratormasspektrometri (AMS) på externt laboratorium. (Mohn J, et al.) Dessa metoder bör kunna användas och utvärderas i kommande studier. 6) REFERENSER Johansson, Ingvar. Karakterisering av fasta heterogena bränslen inverkan av metod för provtagning och provberedning, examensarbete Borås Högskola 2007. Mohn J, et al. Determination of biogenic and fossil CO 2 emitted by waste incineration based on 14 CO 2 and mass balances, Bioresource Technology, Volume 99, Issue 14, September 2008, Pages 6471-6479 RVF (numera Avfall Sverige). Förbränning av avfall. Utsläpp av växthusgaser jämfört med annan avfallsbehandling och annan energiproduktion. RVF:s kommentarer samt Profus rapport CO 2 -utsläpp från svensk avfallsförbränning. RVF rapport 2003:12, Malmö 2003.