För Statens Energimyndighets forskningsprogram Energi från Avfall Projektnr: P10544-2 Hur skall hushållsavfallet tas om hand? Utvärdering av olika behandlingsmetoder Jan-Olov Sundqvist, IVL Svenska Miljöinstitutet AB (projektledare) Andras Baky, JTI Institutet för Jordbruks- och Miljöteknik Marcus Carlsson Reich, IVL Svenska Miljöinstitutet Ola Eriksson, KTH Avd för Industriellt Miljöskydd Jessica Granath, IVL Svenska Miljöinstitutet B 1462 Stockholm, februari 2002
Organisation/Organization IVL Svenska Miljöinstitutet AB Adress/address Box 21060 100 31 STOCKHOLM Telefonnr/Telephone 08-598 563 00 RAPPORTSAMMANFATTNING Report Summary Projekttitel/Project title Hur skall hushållsavfallet tas om hand? Utvärdering av olika behandlingsmetoder Anslagsgivare för projektet/project sponsor Statens Energimyndighet Rapportförfattare/author Jan-Olov Sundqvist, Jessica Granath och Marcus Carlsson Reich, IVL, Ola Eriksson, KTH, Andras Baky, JTI Rapportens titel och undertitel/title and subtitle of the report Hur skall hushållsavfallet tas om hand? Utvärdering av olika behandlingsmetoder Sammanfattning/Summary I en systemanalys har konsekvenser rörande energiförbrukning, miljöpåverkan och ekonomi studerats för olika system för hantering av kommunalt avfall. I systemanalysen har olika kombinationer av förbränning, deponering, materialåtervinning av utsorterad plast och kartong, och biologisk behandling (rötning och kompostering) av utsorterat lättnedbrytbart organiskt avfall studerats. I studien har en datormodell baserad på livscykelanalysmetodik (ORWARE) använts. Studien baseras på en modellkommun. I en känslighetsanalys har inverkan av olika kommunspecifika parametrar och anläggningsspecifika parametrar studerats. Det slutliga resultatet bedöms täcka ett mycket stort antal kommuntyper. Följande parametrar har använts för att utvärdera olika lösningar: förbrukning av energiråvaror, växthuseffekt, försurning, övergödning, bildning av marknära ozon, tungmetallflöden, företagsekonomi (i livscykelperspektiv) och samhällsekonomi (samhällsekonomi innebär en viktning av företagsekonomi och miljöekonomi) - i grundfallet räknas hushållens arbete inte in i den samhällsekonomiska kalkylen. Vi har kommit fram till följande slutsatser. Deponering bör i allmänhet undvikas för avfall som kan förbrännas, rötas, komposteras eller materialåtervinnas. Möjlighet till förbränning av avfall bör alltid finnas. Detta gäller även om avfallet måste transporteras till en regional anläggning. Eftersom det inte går att uppnå 100 % återvinningsgrader för exempelvis plast, kartong och returpapper, kommer det alltid att finnas en viss mängd brännbart avfall som måste tas omhand vid sidan av materialåtervinningssystemen och eventuella system för biologisk behandling. Materialåtervinning, rötning och förbränning bör inte ses som konkurrerande metoder, utan mer som kompletterande metoder. Det är svårt att dra entydiga slutsatser om vilken metod som är bäst. Det finns fördelar och nackdelar med alla metoder. I systemperspektivet för en hel kommun ger materialåtervinning eller rötning mycket små skillnader mot förbränning. Kompostering (strängkompostering) av lättnedbrytbart avfall har nästan inga miljömässiga fördelar gentemot förbränning eller gentemot rötning. Om man räknar in hushållens arbete i den samhällsekonomiska kalkylen blir materialåtervinning samhällsekonomiskt dyrare än förbränning. Förbränning, rötning och kompostering kräver ungefär lika mycket arbete av hushållen och skillnaderna mellan dessa påverkas mycket lite av om hushållens arbete räknas in. Transporter av avfall, sedan det väl är insamlat, är av begränsad betydelse vad gäller miljöpåverkan, energiförbrukning och kostnader, under förutsättning att transporterna genomförs på ett effektivt sätt. Hushållens transporter (med personbil) kan påverka både resultatet (i ogynnsam riktning för källsortering). Olika insamlingssystem påverkar det totala resultatet i mycket liten utsträckning beträffande miljöpåverkan och energiförbrukning. En förtätning av återvinningsstationer från områdesnära till återvinningsgårdar som är mer kvartersnära ger ingen avgörande påverkan på miljöpåverkan eller samhällsekonomi (exklusive hushållens arbete) men leder till mindre arbete för hushållen. Bibliografiska uppgifter/bibliographic data IVL Rapport/report B 1462 Beställningsadress för rapporten/ordering address IVL, Publikationsservice, Box 21060, S-100 31 Stockholm. Eller via www.ivl.se fax: 08-598 563 90, eller e-mail: publicationservice@ivl.se
Förord I januari 1993 startades ett projekt som senare kom att kallas för ORWARE (Organic Waste Research). Projektet finansierades av AFR (Avfallsforskningsrådet). Det genomfördes i samarbete mellan SLU, JTI, IVL och KTH med Thomas Nybrant vid institutionen för Lantbruksteknik vid SLU som projektledare. Flera doktorander arbetade i projektet från början. I projektet utvecklades en datorbaserad simuleringsmodell för att studera hanteringen av lättnedbrytbart organiskt avfall. Projektet förlöpte i flera etapper fram till slutet av 1997, då AFR (som då gått upp i Naturvårdsverket) upphörde med sin verksamhet. Under slutet av 1997 utlyste NUTEK ett nytt forskningsprogram Energi från Avfall, som från 1998 administrerades av Energimyndigheten. Ur detta program fick vi medel för att fortsätta utveckla ORWARE och fokusera på energiutnyttjande från avfall. Den första etappen rapporterades i början av 2000 (Sundqvist et al, 1999 a-d). Arbetet har sedan fortsatt i en andra etapp under 2000-2001 som redovisas i föreliggande rapport. Arbetet i denna studie har genomförts i samarbete mellan IVL, KTH (Avdelningen för Industriellt Miljöskydd) och JTI. Att leda ett samarbetsprojekt mellan många parter är ungefär som att dra igång ett stort tågsätt. Det går åt en stor mängd energi för att dra igång tågsättet, men när det väl kommit igång är det svårt att stoppa det. Och när tåget är igång vill det till att alla tågväxlar fungerar för att det inte ska spåra ur. Det är en mängd personer som deltagit i projektet. De som står som medförfattare är de kollegor som medverkat i hela projektet och som arbetat aktivt med att få ihop denna slutrapport. Därutöver vill jag ge ett stort tack till följande personers insatser: - Anna Björklund på KTH, Avdelningen för Industriellt Miljöskydd var med vid planeringen av arbetet, men prioriterade barnafödande och barnaskötsel framför systemanalys av avfallshantering. - Björn Frostell på KTH, Avdelningen för Industriellt Miljöskydd var med vid planeringen av arbetet, men valde att arbeta med miljöfrågor i Nicaragua åt SIDA. - Mikael Raaterova på Kairos Future har hjälpt oss med de sociologiska delarna i projektet. Vidare har flera examensarbeten utförts inom ramen för projektet. Samtliga dessa har skapat värdefulla bidrag till projektet. Referenser till deras rapporter anges i rapporten. Jag vill rikta ett stort tack till: - Anna-Sofia ( Annsie ) Carlsson, som har bidragit med sitt examensarbete Plaståtervinning i Sverige, se Carlsson (2002) i referenslistan. - Magnus Rahmberg, som har medverkat med sitt examensarbete Utvärdering och modellering av återvinningsprocesser i ORWARE, se Rahmberg (2001) i referenslistan. - Lasse Bohlin som har gjort (men inte avslutat) sitt examensarbete Hushållens arbete med källsortering. Arbetet kommer att leda till en rapport från Avdelningen för Industriellt Miljöskydd på KTH. 1
- Nanna Wikholm, som genomförde sitt examensarbete Utvärdering av tungmetallflöden orsakade av olika avfallshanteringsalternativ, se Wikholm (2001) i referenslistan. - Marie Eriksson, som genomför sitt examensarbete Environmental systems analysis of sewage sludge treatment methods in ORWARE - With emphasis on development of the incineration sub-model, se Eriksson (2002) i referenslistan. Marie har också som projektanställd varit med och skrivit och redigerat slutrapporten. - Charlotta Fahlstedt som håller på och avslutar sitt examensarbete Samproduktion av el, värme och kyla vid termisk behandling av avfall En systemanalytisk teknikbedömning av energi, miljö och ekonomi, se Fahlstedt (2002) i referenslistan. Slutligen riktar jag ett tack till Energimyndigheten som givit oss den ekonomiska möjligheten att genomföra detta projekt. Stockholm 2001-12-31 Jan-Olov Sundqvist projektledare 2
Sammanfattning I en systemanalys har konsekvenser rörande energiförbrukning, miljöpåverkan och ekonomi studerats för olika system för hantering av kommunalt avfall. I systemanalysen har olika kombinationer av förbränning, deponering, materialåtervinning av utsorterad plast och kartong, och biologisk behandling (rötning och kompostering) av utsorterat lättnedbrytbart organiskt avfall studerats. I studien har en datormodell baserad på livscykelanalysmetodik (ORWARE) använts. Studien utgår från en modellkommun. I en känslighetsanalys har inverkan av olika kommunspecifika parametrar och anläggningsspecifika parametrar studerats. Det slutliga resultatet bedöms täcka ett mycket stort antal kommuntyper. Följande parametrar har använts för att utvärdera olika lösningar: förbrukning av energiråvaror, växthuseffekt, försurning, övergödning, bildning av marknära ozon, tungmetallflöden, företagsekonomi och samhällsekonomi (samhällsekonomi innebär en viktning av företagsekonomi och miljöekonomi). Vi har kommit fram till följande slutsatser. Deponering bör i allmänhet undvikas för avfall som kan förbrännas, rötas, komposteras eller materialåtervinnas. Detta gäller även när deponigas utvinns och lakvattnet renas. Det bör påpekas att i samtliga scenarier och fall som studerats förekommer deponering av aska/slagg från avfallsförbränning. Möjlighet till förbränning av avfall bör alltid finnas. Detta gäller även om avfallet måste transporteras till en regional anläggning. Eftersom det inte går att uppnå 100 % återvinningsgrader för exempelvis plast, kartong och returpapper, kommer det alltid att finnas en viss mängd brännbart avfall som måste tas omhand vid sidan av materialåtervinningssystemen och eventuella system för biologisk behandling. Materialåtervinning, rötning och förbränning bör inte ses som konkurrerande metoder, utan mer som kompletterande metoder. Det är svårt att dra entydiga slutsatser om vilken metod som är bäst. Det finns fördelar och nackdelar med alla metoder. I systemperspektivet för en hel kommun ger materialåtervinning eller rötning mycket små skillnader mot förbränning. Rötning av lättnedbrytbart organiskt avfall ger en högre samhällsekonomisk kostnad än förbränning och har både fördelar och nackdelar vad gäller miljöpåverkan jämfört med förbränning. Rötning leder totalt sett till en något högre total energiförbrukning än förbränning. Rötning är miljömässigt och samhällsekonomiskt fördelaktigare än deponering. Kompostering (strängkompostering) av lättnedbrytbart avfall har nästan inga miljömässiga fördelar gentemot förbränning. Kompostering av lättnedbrytbart avfall ger inte heller några fördelar jämfört med rötning. Kompostering av lättnedbrytbart organiskt avfall är samhällsekonomiskt något dyrare än rötning och förbränning. Kompostering är miljömässigt och samhällsekonomiskt fördelaktigare än deponering. 3
Materialåtervinning verkar generellt ge mindre miljöpåverkan och lägre energiförbrukning än förbränning, men högre företagsekonomiska kostnader. De samhällsekonomiska kostnaderna beror ofta på metod för miljöekonomisk viktning. Resultatet är olika för olika material. Störst fördelar med återvinning visar icke-förnybara material som plast och metaller (metaller har dock inte studerats i denna studie, men slutsatsen dras i flera andra LCA-studier). För skogsbaserade material fås större fördelar för mekanisk massa (t.ex. tidningspapper), än för kemisk massa (t.ex. kartong). Materialåtervinning ger något högre samhällsekonomiska kostnader än förbränning, beroende på att minskade miljökostnader äts upp av högre företagsekonomiska kostnader. Om man sätter pris på och räknar in hushållens arbete med avfallshantering och källsortering ger materialåtervinning betydligt högre samhällsekonomiska kostnader än förbränning. Det kan diskuteras hur hushållens arbete ska tas med. I t.ex. utredningen om producentansvaret (SOU 2001:102) tar utredaren inte hänsyn till hushållens arbete i den ekonomiska utvärderingen. Transporter av avfall, sedan det väl är insamlat, är av begränsad betydelse vad gäller miljöpåverkan, energiförbrukning och kostnader. Då avfallet väl är insamlat har även längre regionala transporter liten betydelse, under förutsättning att transporterna genomförs på ett effektivt sätt. Hushållens transporter (med personbil) kan påverka resultatet (i ogynnsam riktning för källsortering). Olika insamlingssystem påverkar det totala resultatet i mycket liten utsträckning beträffande miljöpåverkan och energiförbrukning. Om man prissätter hushållens tid för källsortering kan insamlingssystemets utformning påverka den samhällsekonomiska kalkylen. En förtätning av återvinningsstationer från områdesnära (1 station per 1000 invånare) till återvinningsgårdar som är mer kvartersnära (1 gård per 100 invånare) ger ingen avgörande påverkan på miljöpåverkan eller samhällsekonomi (exklusive hushållens arbete) men leder till mindre arbete för hushållen. 4
Summary Energy turnover, and environmental and economic consequences of different municipal solid waste management systems have been studied in a systems analysis. Different combinations of incineration, recycling of separated plastic and cardboard packages and biological treatment (anaerobic digestion and composting) of easy degradable organic waste, were studied and also compared to landfilling. A simulation model (ORWARE), based on LCA methodology, was used. The following parameters were used for evaluating the different waste management options: consumption of energy resources, emissions of greenhouse gases, emissions of acidifying substances, emissions of eutrophicating substances, emissions of photooxidant formers, heavy metal flows, financial economy and welfare economy. The analysis was based on a model municipality. In a sensitivity analysis different technical, geographic and demographic parameters have been varied, making the result to cover several different types of municipalities and regions. The conclusions from the study are as follows. The most obvious conclusion is that landfilling should be avoided. Wastes that can be incinerated (combusted), material recycled, anaerobically digested or composted should not be landfilled. This is valid even if landfill gas is extracted and utilised, and the leachate is collected and treated. This is due to that the resources in the waste are inefficiently utilised when landfilled, making it necessary to produce materials, fuels and nutrients from virgin resources. It is impossible to draw unambiguous conclusions of which of the other treatment options that is most preferable. There are advantages and disadvantages with all options. In a systems perspective there are small differences between incineration and aerobic digestion of easy degradable organic material, and between incineration and material recycling of e.g. plastics and cardboard. Material recycling, anaerobic digestion and incineration should not be seen as competing options, but as completing options. Since it is impossible to obtain 100 % material recycling or 100 % biological treatment there will always be some combustible waste that has to be incinerated. There should always be possibilities to incineration, even if the waste has to be transported to a regional incineration plant. When comparing material recycling and incineration of recyclable materials (e.g. plastics and cardboard), and biological treatment and incineration of easy degradable organic waste, no unambiguous conclusions can be drawn. Anaerobic digestion of easy degradable organic waste has a higher welfare cost than incineration, and has both environmental advantages and disadvantages compared to incineration. Composting of degradable waste has hardly any advantages with respect to environment and energy turnover when being compared to incineration or anaerobic digestion. Composting gives a higher welfare cost than anaerobic digestion and incineration. 5
Generally, material recycling seems to give lower consumption of energy resources and lower environmental impact than incineration, but higher financial costs and higher welfare costs. The result is however different for different materials. Recycling gives most advantages for non-renewable materials such as metals and plastics. Materials recycling gives higher financial costs and welfare costs than incineration. If the work at home with source separation is valued and considered in the welfare economic calculus, recycling gives much higher welfare cost than incineration. Transports of waste, when the waste once has been collected, is of very low importance considering consumption of energy resources, environmental impact and economy, if the transport is performed in an efficient manner. Private transports of source separated waste (from home to the collection site) can be of importance if the transport is made by car. Different collection systems have been studied: collection at home, collection in the close neighbourhood (100 inhabitants per collection point), or collection in the far neighbourhood (1000 inhabitants per collection point). The collection system has very low influence on the total consumption of energy resources, the total environmental impact and the total welfare costs. However, the collection system can affect the time people have to spend on waste management (and the welfare cost if the separation and transportation time for people is considered in the welfare economic calculus). 6
Innehållsförteckning FÖRORD 1 SAMMANFATTNING 3 SUMMARY 5 INNEHÅLLSFÖRTECKNING 7 1. INLEDNING 11 1.1 Bakgrund 11 1.2 Resultat av tidigare studie 12 1.3 Syften, mål och avgränsningar 13 1.4 Översikt av genomfört arbete 14 2. METODÖVERSIKT 15 2.1 Översikt 15 2.2 Systemanalys och livscykelanalys 15 2.3 ORWARE-modellen 16 2.3.1 Bakgrund 16 2.3.2 Avfallssystemet i ORWARE 17 2.3.3 Livscykelperspektivet 21 2.4 Ekonomisk metod 24 3. ANALYSER AV OLIKA ASPEKTER PÅ AVFALLSHANTERINGSSYSTEMET 26 4. SYSTEMANALYS 32 4.1 Målformulering och omfattning 32 4.1.1 Bakgrund och mål 32 4.1.2 Identifiering av parametrar som påverkar resultatet 32 4.1.3 Funktionella enheter 33 4.1.4 Systemgränser 33 4.1.5 Val av ersättningsbränsle för fjärrvärmeproduktion 34 4.1.6 Val av produktion av elektricitet 35 4.1.7 Resultatparametrar 36 4.2 Fall och scenarier 38 4.2.1 Modellkommun 38 4.2.2 Behandlingsfall 39 4.2.3 Grundscenario och scenarier för känslighetsanalyser 40 4.3 Principer för resultatredovisning 42 4.4 Resultat grundscenario 43 4.4.1 Allt avfall: jämförelse av förbränning och deponering 44 4.4.2 Lättnedbrytbart organiskt avfall: jämförelse av förbränning, rötning och kompostering 45 4.4.3 Plastförpackningar: jämförelse av förbränning och materialåtervinning 46 4.4.4 Kartongförpackningar: jämförelse mellan förbränning och återvinning 47 7
4.4.5 Översikt av resultatet från grundscenariot 48 4.5 Resultat - känslighetsanalys 49 5. ANVÄNDNING AV RESULTATET FÖR PLANERING AV HANTERING AV HUSHÅLLSAVFALL 51 5.1. Inledning 51 5.2. Översiktlig jämförelse mellan olika behandlingsmetoder 51 5.3. Kommunspecifika förhållanden som kan ändra på ovanstående resultat 52 5.4. Hur tas olika avfallsfraktioner omhand på bästa sätt 54 5.4.1 Lättnedbrytbart organiskt avfall 54 5.4.2 Plastförpackningar 56 5.4.3 Kartongförpackningar 57 5.4.4 Restavfall 59 5.4.5 Andra avfallsfraktioner 59 5.5. När är olika behandlingsmetoder av intresse 61 5.5.1 Tillgänglig kapacitet för brännbart och organiskt avfall 61 5.5.2 Materialåtervinning 61 5.5.3 Förbränning 62 5.5.4 Rötning 62 5.5.5 Kompostering 63 5.5.6 Deponering 63 5.5.7 Termisk förgasning 63 REFERENSER 65 BILAGA 1. INDATA I STUDIEN 1 1. Inledning 1 2. Avfall 2 2.1. Fraktioner/sammansättning 2 2.2 Mängder 4 3. Delmodeller i avfallshanteringssystemet 5 3.1 Insamling 5 3.2 Transporter 7 3.3 Förbränning 9 3.4 Termisk förgasning 12 3.5 Deponering 12 3.6 Rötning 16 3.7 Kompostering 17 3.8 Avloppsreningsverk 19 3.9 Spridning av rötrest och kompost på åkermark 19 3.10 Gasanvändning 24 3.11 Plaståtervinning 25 3.12 Kartongåtervinning 27 3.13 Ekonomimodellen 30 4. Delmodeller i det kompletterande systemet 40 4.1. El40 4.2 Fjärrvärme 47 4.3 Drivmedel 50 4.4 Handelsgödsel 54 4.5 Plastgranuler 56 4.6 Kartong 58 4.7 Ekonomimodellen 60 8
5. Viktningsfaktorer 61 5.1 Karaktäriseringsfaktorer 61 5.2 Ekonomiska viktningsmetoder 64 BILAGA 2. ANALYSER AV OLIKA ASPEKTER PÅ AVFALLSHANTERINGSSYSTEMET 1 1. Inledning 1 2. Miljöpåverkan och energiförbrukning från byggsfasen av anläggningar 2 2.1. Inledning 2 2.2. Byggfasen 2 2.3. Litteraturstudie 2 2.4 Slutsats 5 3. Hushållens arbete och transporter 6 3.1. Inledning 6 3.2. Syften och mål 6 3.3. Genomförande 7 3.4. Resultat av enkätundersökningen. 9 3.5. Avslutande reflektioner 23 Appendix 1. Följebrev och enkät 25 4. Återvinningsprocesser 30 4.1. Kartläggning av återvinning i Sverige 30 4.2. LCA av däckavfall 31 4.3. Resultat från tidigare LCA-studier av andra material 31 5. Avfallets sammansättning 33 5.1. Inledning 33 5.2. Avfallssammansättning enligt olika källor 33 5.3. Diskussion 36 6. Hushållsarbete med källsortering 37 6.1. Inledning 37 6.2 Mål 37 6.3 Litteraturstudie 37 6.4. Beräkning av samhällsekonomisk kostnad för hushållens arbete 38 6.5 Diskussion och slutsats 42 7. Marknad för återvunna material plast 43 7.1 Inledning 43 7.2 Kartläggning av plaståtervinning i Sverige 43 7.3 LCA av plaståtervinning 44 7.4 Slutsatser 44 8. Marknad för återvunna material rötrest 45 8.1. Inledning 45 8.2. Biogasanläggningar i Sverige 45 8.3. Slutsatser 49 9. Kostnadseffektiv rötning 50 10. Tungmetallflöden i avfallssytemet och det kompletterande systemet 52 10.1. Inledning 52 10.2. Kartläggning av tungmetallflöden 52 10.3 Resultat 52 10.4. Slutsatser 54 11. Identifiering av förändringar i samhälle och teknik 55 11.1. Bakgrund och mål 55 11.2. Genomförande 55 11.3. Resultat 55 9
12. Termisk förgasning av avfall för vätgasproduktion 64 12.1. Inledning 64 12.2. Utförande 64 12.3. Resultat 66 12.4. Slutsatser och diskussion 73 13. Förbränning av rötslam 75 13.1. Inledning 75 13.2. Metod och systemgränser 75 13.3. Preliminära resultat 77 13.4. Slutsatser 77 14. Fjärrkyla 78 14.1. Inledning 78 14.2. Metod och systemgränser 78 14.3. Resultat 79 15. Attityder och värderingar 81 15.1. Inledning 81 15.2. Syfte och mål 81 15.3. Genomfört arbete 81 15.4. Det sociala sammanhanget för hushållens avfallshantering 84 15.5. Hypotes för hushållsmodellen 86 15.6. Förslag till undersökning av hushållens avfallshantering 88 16. Aktörsanalys 90 16.1. Inledning 90 16.2. ORWARE-systemet 90 16.3. Kommun 91 16.4. Skillnader mellan system och komplikationer av detta 92 16.5. Energibolag 93 16.6. Hushåll 95 16.7. Återvinningsindustrin och materialbolagen 95 16.8. Stat 96 16.9. Lantbruk 96 16.10. NGO:s 97 16.9. Massmedia 97 17. Nyckelparametrar 98 BILAGA 3. RESULTAT AV SYSTEMANALYS 1 1. Inledning 1 1.1 Läsanvisning för Bilaga 3 1 1.2 Fall och scenarier som studerats 2 2. Resultat - grundscenario 6 2.1 Förbrukning av energiråvaror 6 2.2 Miljöpåverkan 9 2.3. Ekonomi 22 2.4 Sammanfattning av resultat från grundscenariot 28 3. Skillnader grundscenario och tidigare resultat 29 4. Känslighetsanalys 30 4.1 Metod för elframställning 30 4.2 Kraftvärme från avfallsförbränning 30 4.3 Fjärrvärme 31 4.4 Transportavstånd 32 4.5 Hushållens arbete 33 4.6 Spridning av rötrest/kompost 35 4.7 Samhällsförändringar - värderingar av miljöpåverkan och naturresurser 36 4.8 Resultat - deponin som kolsänka 36 4.9 Sammanfattning av känslighetsanalyser 38 10
1. Inledning 1.1 Bakgrund Avfallshanteringen i vårt samhälle förändras hela tiden. Under senare år har statsmakterna försökt påskynda utvecklingen mot ökat kretslopp och minskad deponering genom införandet av en rad olika styrmedel. Under senare hälften av 1990- talet har ett lagstadgat producentansvar 1 införts för flera olika produktgrupper, t.ex. förpackningar, returpapper, däck och elektronikprodukter, för att öka materialåtervinningen. En deponeringsskatt tas från 1 januari 2000 ut på avfall som deponeras 2. Det blir förbjudet att deponera utsorterat brännbart avfall efter år 2002, och förbjudet att deponera organiskt avfall 3 efter år 2005 4 Från sommaren 2001 gäller en ny förordning om deponering av avfall 5 som ställer ökade krav på det avfall som deponeras, samt lokalisering, utförande, drift och kontroll av deponier. Inom EU har också utarbetats ett direktiv för förbränning av avfall 6, vilken kommer att implementeras i svensk lagstiftning. Genom lokala investeringsprogram (LIP) ges bidrag till bl.a. anläggningar för biologisk behandling av avfall. Som underlag för den fortsatta politiken inom avfallsområdet har flera utredningar genomförts. Flera officiella utredningar har presenterats kring årsskiftet 2001/2002. Producentansvarsutredningen presenterade i december 2001 sina synpunkter på producentansvaret (SOU, 2001). Strax därefter presenterade Naturvårdsverket sin utredning Ekologiskt hållbart omhändertagande av avfall som genomförts på uppdrag av regeringen (Naturvårdsverket, 2001). I februari 2002 presenterades även utredningen om Styrmedel inom avfallsområdet (SOU, 2002). Även energiområdet står inför olika förändringar. En kärnkraftreaktor har avvecklats och diskussioner pågår om avveckling av ytterligare en. Denna avveckling ökar behovet av andra elkällor eller av en effektivisering av energianvändningen. Det är också enligt klimatkonventionen, ett uppsatt mål att användningen av fossila bränslen ska minska, vilket ökar behoven av andra energikällor för t.ex. drivmedel, uppvärmning och processenergi i industrin. De pågående förändringarna i avfallshanteringen syftar till att minska mängden avfall som deponeras, och öka mängden avfall som går till olika former av utnyttjande som materialåtervinning, förbränning (energiutvinning), kompostering (nyttiggörande av näringsämnen och mull) och rötning (nyttiggörande av energi, näringsämnen och mull). För flera material i avfallet finns det då flera alternativa sätt utnyttja avfallet, t.ex.: 1 Se förordningarna SFS 1997:185, 1994:1205, 1994:1236, 2000:208 2 SFS1999:673 Lagen om skatt på avfall 3 Med organiskt avfall menas enligt Avfallsförordningen avfall som innehåller organiskt kol ; som exempel anges biologiskt avfall, pappersavfall och plastavfall. 4 Enligt den nya förordningen om avfall 2001: 1063, och förordningen om deponering av avfall 2001:512 5 Förordningen om deponering av avfall 2001:512 6 Direktiv 2000/76/EG om förbränning av avfall 11
- lättnedbrytbart organiskt avfall 7 kan sorteras ut och komposteras eller rötas, eller kan ingå i det avfall som går till förbränning. - plast och kartong kan sorteras ut och användas till materialåtervinning, eller kan ingå i det avfall som går till förbränning. - vid förbränning kan man producera fjärrvärme eller kraftvärme. Då avfallshanteringen nu står inför ytterligare stora förändringar är det viktigt att man väljer de alternativ som är fördelaktigast. Det är en lång rad olika faktorer som har betydelse för vad som är fördelaktigt och ofördelaktigt. Avfallshanteringssystem är komplexa. Förutom det egentliga avfallssystemet påverkas även andra verksamheter i samhället då avfallet nyttiggörs på olika sätt. Exempelvis kan en ändrad avfallsförbränning leda till konsekvenser i fjärrvärmeproduktionen, en ändrad omfattning av rötning kan leda till konsekvenser för drivmedelstillverkning och gödselmedelframställning. Det är därför viktigt att de förändringar som kan ske inom avfallshanteringen studeras i ett systemperspektiv. För att underlätta för beslutsfattare m.fl. att få en överblick över olika alternativ har det i flera länder utvecklats datorbaserade simuleringssystem, där man kan simulera miljömässiga och ekonomiska konsekvenser av olika val av avfallshanteringssystem. ORWARE 8 är en av de modeller som utvecklats i Sverige. 1.2 Resultat av tidigare studie Under 1998-1999 har projektgruppen drivit projektet Systemanalys av energiutnyttjande från avfall utvärdering av energi, miljö och ekonomi. Studien sammanfattades enligt följande (Sundqvist et al, 1999a). Ett ökat energiutnyttjande från avfall, jämfört med 1998, har i en systemanalys studerats med avseende på energi, miljö och ekonomi. Ökat energiutnyttjande kan åstadkommas genom t.ex. förbränning, materialåtervinning av utsorterad plast och kartong, eller genom biologisk behandling (rötning och kompostering) av utsorterat organiskt, lättnedbrytbart avfall. I studien har en datormodell baserad på livscykelanalysmetodik (ORWARE) använts. Tre olika kommuner har studerats: Uppsala, Stockholm och Älvdalen. Följande parametrar har använts för att utvärdera olika lösningar: förbrukning av energiråvaror, växthuseffekt, försurning, övergödning, bildning av marknära ozon, företagsekonomi och samhällsekonomi (samhällsekonomi innebär en hopviktning av företagsekonomi och miljöekonomi). Studien visar att ett ökat utnyttjande av energin i avfallet är positivt från såväl miljösynpunkt som samhällsekonomisk synpunkt. Detta beror framför allt på att valet av behandlingsmetod har en påverkan utanför avfallssystemet på framställning av fjärrvärme, elektricitet, fordonsbränsle, plast, kartong och gödselmedel. Denna slutsats innebär att deponering av energiinnehållande avfall ska undvikas i största möjliga utsträckning, p.g.a. det låga energiutnyttjande och den miljöpåverkan som erhålls vid deponering. Förbränning bör utgöra en bas i avfallssystemet för vardera av de tre kommunerna, även om avfallet måste transporteras till en regional anläggning. Då avfallet väl är insamlat har även längre regionala transporter liten betydelse, under förutsättning att transporterna genomförs på ett effektiv sätt. 7 Med organiskt lättnedbrytbart avfall menas organiskt avfall (se fotnot 3) som är lämpliga att behandla med rötning och kompostering. Exempel är matrester från hushåll och restauranger, slakteriavfall, gödsel. Papper, trä och plast är exempel på organiskt avfall som inte är lämpliga att behandla genom rötning eller kompostering. 8 ORWARE står för ORGANIC WASTE RESEARCH 12
Vid jämförelse mellan materialåtervinning och förbränning, samt mellan biologisk behandling och förbränning, har inga entydiga slutsatser kunnat dras vad gäller miljöpåverkan. Det finns fördelar och nackdelar med alla metoder. Materialåtervinning av plast är samhällsekonomiskt jämförbar med förbränning och ger mindre miljöpåverkan detta under förutsättning att den återvunna plasten ersätter jungfrulig plast. Materialåtervinning av kartong är samhällsekonomiskt jämförbar med förbränning, men har både miljömässiga fördelar och miljömässiga nackdelar. Rötning av organiskt, lättnedbrytbart avfall ger en högre samhällsekonomisk kostnad än förbränning och har både fördelar och nackdelar vad gäller miljöpåverkan. Kompostering av organiskt, lättnedbrytbart avfall är samhällsekonomiskt jämförbar med rötning, men ger större miljöpåverkan. För att entydigt motivera en ökad materialåtervinning och ökad biologisk behandling krävs en teknik- och produktutveckling och/eller en annan värdering av utsläpp och miljöeffekter. 1.3 Syften, mål och avgränsningar Syftet med arbetet är att ta fram förbättrade beslutsunderlag för utformning av avfallshantering i svenska kommuner, sett i ett strategiskt tidsperspektiv på 10-15 år. En utgångspunkt har varit att studera hur allmängiltiga resultaten från den första studien var (Sundqvist et al, 1999a-d). Arbetet har därvid fokuserats på följande frågeställningar: 1. I vilken utsträckning är det relevant och möjligt att utvidga det studerade systemet till att omfatta ytterligare processer, däribland olika uppströmsprocesser, t.ex.: hushållens arbete och hushållens transporter av avfallet. byggskedet för anläggningar. 2 I det första arbetet gjordes vissa antaganden (t.ex. att 1 kg återvunnen plast ersätter 1 kg jungfrulig plast; att tungmetallflödena i det kompletterande systemet är försumbara jämfört med tungmetallflödena i avfallssystemet; m.m.). Hur pass riktiga är dessa antaganden? 3. Är det möjligt att identifiera tekniksprång som väsentligt skulle ändra de resultat som hittills kommit fram eller de slutsatser som hittills dragits? 4. Hur påverkas beslutsunderlaget om man i ökande utsträckning tar hänsyn till sociala och samhällsvetetenskapliga frågeställningar (värdering av hushållens tid med källsortering, samt olika aktörers värderingar och attityder, t.ex. hushåll, avfallsföretag, återvinningsföretag, energiföretag, jordbrukare)? 5. Vilka viktiga parametrar kan identifieras som avgör vilket avfallshanteringsalternativ som är att föredra med avseende på olika aspekter? Vilka generella slutsatser kan dras med avseende på olika kommuntyper med utgångspunkt i identifieringen av de viktiga parametrarna? Arbetet har begränsats till att omfatta kommunala avfall som är relevanta i energisammanhang. 13
1.4 Översikt av genomfört arbete Det genomförda arbetet innebär en fortsättning och utvidgning av det arbete som gjordes under 1998-1999. Arbetet har inriktats på att få mer välunderbyggda, heltäckande och för aktörerna användbara resultat och har bedrivits inom de områden som presenterades i föregående avsnitt 1.3. Resultaten finns presenterade i denna rapport, som är upplagd enligt följande: Kapitel 1. Bakgrund. Sammanfattning av den tidigare studien. Syften, mål och avgränsningar Kapitel 2. En genomgång av metod (systemanalys och LCA) och översiktlig beskrivning av den modell som vi använt. Kapitel 3. Ett antal olika frågeställningar (se avsnitt 1.3) har analyserats med avseende på dess påverkan på det tidigare presenterade resultatet. I de fall där det ansågs relevant och praktiskt genomförbart har ORWARE -systemet utökats med nya delmodeller. Baserat på dessa analyser och på tidigare erfarenheter från etapp 1 av projektet har ett antal viktiga parametrar med stor betydelse för resultatet identifierats. De viktigaste av dessa har sedan valts ut för att baserat på dessa formulera ett antal scenarier, för att simulera olika kommuntyper, olika geografiska förutsättningar och olika marknadsmässiga förutsättningar, etc. En djupare presentation av analysen ges i Bilaga 2, i vissa fall refereras även till andra rapporter som publicerats inom ramen för detta projekt. Kapitel 4. Resultat av de systemanalyser som vi gjort. Ett antal olika simuleringar har gjorts för att simulera olika kommunspecifika förhållanden. Baserat på resultatet från dessa simuleringar kan sedan slutsatser för olika kommuntyper dras. En djupare presentation finns i Bilaga 3. Kapitel 5. En diskussion kring hur våra resultat kan användas vid planering av avfallshantering. Bilaga 1. Bilagan innehåller en mer detaljerad beskrivning av de indata och de delmodeller som vi använt. För vissa delmodeller ges en ingående beskrivning, medan för andra delmodeller ges referenser till olika artiklar och rapporter. Bilaga 2. Bilagan innehåller en genomgång av olika delstudier som gjorts för att analysera olika frågeställningar med avseende på dess påverkan på det tidigare presenterade resultatet. Bilagan är en fördjupning av kapitel 3. Bilaga 3. Bilagan innehåller en mer detaljerad presentation av resultatet av de systemanalyser som vi gjort. Bilagan är en fördjupning av kapitel 4. 14
2. Metodöversikt 2.1 Översikt Studien har utförts som en systemanalys baserad på datormodellen ORWARE. ORWARE är en materialflödesanalysmodell som beräknar energiomsättning, emissioner och kostnader för olika avfallshanteringssystem. För att olika scenarier ska kunna jämföras med varandra har systemet utvidgats till att innefatta olika externa funktioner, t.ex. produktion av fjärrvärme, elektricitet, gödselmedel och material från jungfruliga råvaror. Resultatet för hela systemet (avfallssystem plus det externa, kompletterande systemet) har utvärderats med LCA-metodik och ekonomiska viktningsmetoder. 2.2 Systemanalys och livscykelanalys System är något som består av flera olika delar, vilka är beroende av varandra. Exempelvis avfallshanteringssystemet kan sägas bestå av bl.a. delarna - hushållens arbete med hopsamling i hemmen och ivägforsling till soptunna eller återvinningsstation, - insamling av avfall och transport till behandlingsanläggning, - behandling av avfallet, t.ex. förbränning eller rötning, - förädling, distribution och nyttiggörande av produkter från behandlingen (t.ex. av fjärrvärme eller rötgas och rötrest) - behandling eller bortskaffning av sekundära avfall från behandlingen, t.ex. deponering av aska och slagg Systemanalys är en metod för att systematiskt och med strikt logik beskriva och analysera komplexa system. Systemanalys tillämpas numera inom de flesta vetenskapsområden. Systemgränser definierar gränserna för det studerade systemet och vad som ingår och vad som inte ingår. Inom miljöområdet har utvecklats en på systemanalys grundad metodik för att bedöma produkters eller processers totala miljöpåverkan under sin livstid, s.k. livscykelanalys, LCA. Man studerar där all miljöpåverkan som är förknippad med den studerade produkten, tjänsten eller aktiviteten från vaggan till graven, d.v.s. utvinning av råvaror och energi, transporter, tillverkning, distribution, användning och avfallshantering. Det har utvecklats en standardiserad arbetsgång för LCA för att bl.a. öka objektiviteten och genomlysligheten. Grunden utgörs av en internationell standard (ISO, 1997) som översiktligt beskriver ramverket för hur en LCA ska genomföras. Denna har följts av standarder som beskriver de olika delarna, t.ex. Goal and Scope Definition and Inventory Analysis (ISO, 1998), Life Cycle Impact Assessment (ISO, 1999) och Life Cycle Interpretation (ISO, 2000). Före dessa standarder fanns olika handledningar och liknande, t.ex. Nordic Guidelines (Lindfors et al 1995a; Lindfors et al 1995b). Den standardiserade arbetsgången vid genomförande av en livscykelanalys är i stora drag enligt följande: 15
1. Målformulering och omfattning. Man sätter upp mål för studien, bestämmer systemgränser, väljer funktionella enheter, väljer metoder, m.m. 2. Inventering. Man beräknar material- och energiflöden till och från det undersökta systemet. Emissionerna är en del av de materialflöden som berörs. 3. Miljöpåverkansbedömning. 3.1 Klassificering. Man beskriver kvalitativt vilken miljöpåverkan som är förknippad med respektive materialflöde, t.ex. alla typer av emissioner som kan bidra till växthuseffekten grupperas under rubriken växthuseffekten, och alla typer av emissioner som bidrar till försurningen grupperas under rubriken försurning, etc. Vissa ämnen eller emissioner kan bidra till flera olika miljöpåverkanskategorier samtidigt. 3.2 Karaktärisering. Man kvantifierar de olika flödenas bidrag inom varje miljöpåverkanskategori, t.ex. alla emissioner som bidrar till växthuseffekten omräknas till exempelvis koldioxidekvivalenter och summeras, alla emissioner som bidrar till försurningen omräknas till svaveldioxidekvivalenter, etc. På så sätt får man en kvantitativt mått på de miljöeffekter som studeras. 3.3 Viktning. Tidigare har viktning benämnts värdering. I viktningen vägs de olika miljöpåverkanskategorierna mot varandra kvalitativt eller kvantitativt. När man gör en kvantitativ viktning uttrycker man alla miljöpåverkanskategorier i en och samma enhet. Några viktningsmetoder bygger på att man kvantifierar bidraget till respektive miljöpåverkanskategori i monetära enheter som anger någon form av kostnad för olika miljöskador. Andra viktningsmetoder bygger i stället på kritiska belastningsgränser. 4. Tolkning. Enligt ISO-standarden påpekas också att man efter varje delsteg ska göra en tolkning. 2.3 ORWARE-modellen 2.3.1 Bakgrund I projektet utnyttjas simuleringsmodellen ORWARE. Med simuleringsmodell menas här ett datorprogram som beräknar emissioner, energiutvinning, materialförbrukning, kostnader, m.m. från olika avfallssystem. ORWARE -modellen har utarbetats i flera samarbetsprojekt mellan IVL Svenska Miljöinstitutet AB, Avdelningen för Industriellt Miljöskydd på KTH, Institutet för jordbruksoch miljöteknik JTI, Institutionen för Lantbruksteknik på SLU, samt Institutionen för Ekonomi på SLU. Utvecklingen av ORWARE -modellen har tidigare i huvudsak finansierats med hjälp av Avfallsforskningsrådet (AFR) under 1993-1995, Naturvårdsverket- Avfallsforskningsnämnden under perioden 1996-1997 9, samt Statens Energimyndighet 1998-1999. Under 2000-2001 har Statens Energimyndighet finansierat det projekt som redovisas i denna rapport. Arbetet i föreliggande projekt är en direkt fortsättning på det arbete som bedrevs 1998-1999 (Sundqvist et al, 1999a-d). 9 AFR står för Avfallsforskningsrådet. Från början var AFR en självständig myndighet men uppgick 1997 i Naturvårdsverket och bytte då namn till AFN (Avfallsforskningsnämnden). AFN är numera nedlagt. 16
Förutom i projektet 1998-1999 då modellen applicerades på kommunerna Stockholm, Uppsala och Älvdalen har ORWARE använts i följande kommuner: Borlänge-Falun (Baky et al, 2000), Jönköping (Eriksson & Svanblom, 2000), Värmdö (Jonsson, 2000; Skoglund, 2000) och Västerås (Dalemo & Oostra, 1996; VAFAB, 1996). Det är inte bara kommuner som använder sig av ORWARE. Såväl avfallsalstrare som privata intressenter, entreprenörer och organisationer kan komma ifråga. Som exempel på detta kan nämnas Norsk Hydro som utvärderat organiska gödselmedel mot handelsgödselmedel (Dalemo et al 1998a), och Birka Energi som utvärderat storskalig avfallsförbränning mot storskalig kompostering (Eriksson et al, 2001). Från början var ORWARE inriktad mot lättnedbrytbart organiskt avfall. Nu är ORWARE inriktat mot avfall i ett bredare perspektiv och betraktar avfall som kan förbrännas, avfall som kan materialåtervinnas (kartong och plast), avfall som kan behandlas genom kompostering eller rötning, och avfall som deponeras (främst i s.k. kommunala deponier). ORWARE kan till stora delar beskrivas som en detaljerad och komplex LCA-baserad modell över avfallshantering. Förutom förbrukning av naturresurser och miljöpåverkan studeras även ekonomiska aspekter. Förutom själva avfallshanteringssystemet ingår också det kompletterande systemet (externa systemet) som producerar samma nyttigheter som man kan få från avfallet, men från jungfruliga råvaror, se avsnitt 2.3.3. 2.3.2 Avfallssystemet i ORWARE Grunden i ORWARE -modellen är ett antal delmodeller som kan användas för att i datorn bygga upp avfallshanteringssystem för en kommun eller annan aktör. En delmodell beskriver en delprocess i ett verkligt avfallshanteringssystem, t.ex. avfallstransport, förbränning eller rötning. En första grundläggande beskrivning av modellen finns i Dalemo et al (1997). Utförligare beskrivningar av olika delar av ORWARE återfinns i Björklund (1998), Sonesson (1998), samt Dalemo (1999). Dessutom finns utförliga beskrivningar i Sundqvist et al (1999 a-d). En närmare beskrivning av olika delmodeller och de data som använts redovisas i Bilaga 1. Flera delmodeller är uppbyggda med avfallshanteringssystemen i Stockholm och Uppsala som förebilder, men är i princip helt generella och kan modifieras för att simulera specifika avfallshanteringssystem i andra kommuner. Uppbyggnad av delmodeller I varje delmodell beräknas omsättningen av material och energi samt kostnader, se Figur 1: Materialomsättningen karakteriseras som tillförsel av avfall och tillsatsmaterial samt utflöden av produkter, sekundära avfall och emissioner till luft, mark och vatten. Med energiomsättning avses tillförsel av olika energibärare såsom el, olja, kol och värme samt produktion av t.ex. fjärrvärme, el eller biogas. Vissa delmodeller uppvisar endast energiförbrukning, medan andra både förbrukar och genererar energi. Kostnader beräknas som drift- och kapitalkostnader. 17
Avfall Tillsatsmaterial Emissioner Energi Kostnader Delmodell för avfallshantering Energi Intäkter Produkter Sekundära avfall Figur 1. Konceptuell uppbyggnad av en delmodell i ORWARE, där modellen beräknar flöden av material, energi och finansiella resurser. Konceptuell modell av avfallshanteringssystem Ett antal delmodeller kan i ORWARE byggas samman till ett komplett avfallssystem i en kommun (eller för någon annan systemgräns). En sådan konceptuell ORWARE -modell finns illustrerad i Figur 2. Avfallskälla Avfallskälla Avfallskälla Avfallskälla Avfallskälla Transport Transport Transport Transport Transport Material Material Kompostering Rötning Förbränning Termisk förgasning Plaståtervinning Kartongåtervinning Energi Transport Transport Transport Transport Transport Transport Energi Kostnader Deponering Intäkter Spridning av rötrest/kompost Biogas- /Vätgasutnyttjande Emissioner Figur 2. Konceptuell modell av ett komplett avfallssystem i ORWARE bestående av ett antal olika delsystem återgivna i olika delmodeller. Överst i figuren finns avfallskällorna och därunder återfinns avfallsrelaterade processer där olika avfallsfraktioner tas om hand och nyttiggörs. Innanför heldragen linje återfinns själva avfallsbehandlingssystemet där behandling av primära och sekundära avfall sker. Ett primärt avfall är vad som passerar systemgränsen från avfallskällorna medan t.ex. 18