SYSTEMANALYS AV ENERGIUTNYTTJANDE FRÅN AVFALL UTVÄRDERING AV ENERGI, MILJÖ OCH EKONOMI SAMMANDRAG Stockholm 2-3-9 Jan-Olov Sundqvist, IVL Svenska Miljöinstitutet (projektledare) Andras Baky, Jordbrukstekniska Institutet Anna Björklund, KTH Avd. för Industriellt Miljöskydd Marcus Carlsson, SLU Inst. för Ekonomi Ola Eriksson, KTH Avd. för Industriellt Miljöskydd Björn Frostell, KTH Avd. för Industriellt Miljöskydd Jessica Granath, IVL Svenska Miljöinstitutet Lennart Thyselius, Jordbrukstekniska Institutet
STUDIENS INNEHÅLL Hanteringen av avfall genomgår just nu stora förändringar. Statsmakterna försöker på olika sätt se till att en mindre mängd avfall deponeras och i stället materialåtervinns, förbränns eller behandlas biologiskt genom rötning eller kompostering. För kommuner som idag baserar sin avfallshantering på deponering gäller det att på olika sätt få tillgång till anläggningar som kan materialåtervinna, förbränna, röta eller kompostera avfallet. För kommuner som bygger sin avfallshantering på till exempel förbränning gäller det att se till att man utnyttjar sin anläggning på bästa sätt med hänsyn till energiutnyttjande, miljöpåverkan och ekonomi. I studien har analyserats hantering av hushållsavfall och verksamhetsavfall. För vissa avfallstyper finns det flera alternativ till behandling. De fraktioner vi har studerat närmare är: - Lättnedbrytbart organiskt avfall såsom matrester, restaurangavfall och liknande kan läggas tillsammans med brännbart avfall så att dess energiinnehåll tillvaratas genom förbränning. Lättnedbrytbart organiskt avfall kan också sorteras ut som en egen fraktion och behandlas i en rötningsanläggning där man utvinner en brännbar biogas som kan utnyttjas på olika sätt. Man får även en kompostliknande rötrest som kan användas som jordförbättringsmedel. Lättnedbrytbart organiskt avfall kan också sorteras ut och behandlas genom kompostering, där man får en kompost som kan användas som jordförbättringsmedel. - Kartong kan läggas tillsammans med brännbart avfall så att dess energiinnehåll tillvaratas genom förbränning. Det kan också sorteras ut och materialåtervinnas, det vill säga användas som råvara för framställning av nytt papper eller ny kartong. - Plast kan läggas tillsammans med brännbart avfall så att dess energiinnehåll tillvaratas genom förbränning. Det kan också sorteras ut och materialåtervinnas, det vill säga användas som råvara för framställning av nya plastprodukter. I denna studie har vi jämfört olika behandlingsmetoder och kombinationer av behandlingsmetoder för olika avfall. Vi har studerat tre kommuner (Uppsala, Stockholm och Älvdalen) och där utvärderat hur olika avfallsfraktioner bäst bör tas omhand med hänsyn till energiutnyttjande, miljöpåverkan och ekonomi. Studien baseras på metoder som används i livscykelanalys (förkortas LCA och innebär en beskrivning av en produkts eller funktions - t.ex. omhändertagande av avfall - miljöpåverkan under hela dess livscykel från vaggan till graven ). Från insamling, transport och olika behandlingar beräknas energiförbrukning, emissioner och kostnader i datormodellen ORWARE. I modellen tas hänsyn till de besparingar eller kostnader i energi, miljö och ekonomi som uppstår när man utnyttjar avfallet på olika sätt. I de fall resurser kan utvinnas från avfall, omfattar därför modellen även de processer där dessa resurser framställs på konventionellt sätt. På så sätt kan effekterna av energi- och materialutnyttjande från avfall jämföras med hur dessa resurser annars skulle genereras. - Fjärrvärme kan framställas från avfall genom direkt förbränning av avfallet eller genom förbränning av biogas från rötning, annars genom förbränning av biobränsle (ved, flis), kol eller olja. - Elektricitet fås från avfall genom förbränning av avfall, biogas eller deponigas, annars genom elektricitet från elnätet (se även nästa stycke). - Drivmedel för bussar eller personbilar fås från avfall i form av biogas från rötning, annars genom att använda vanlig diesel eller bensin.
- Kväve- och fosforgödsel fås från avfall genom att använda rötrest från rötning, kompost från kompostering, annars genom att använda handelsgödsel. - Plast (polyeten) fås från avfall genom att återvinna plastförpackningar, annars genom att framställa ny plast från råolja. - Kartong fås från avfall genom att återvinna kartongförpackningar, annars genom att framställa ny kartong från biomassa (ved). Det är flera yttre faktorer som har mycket stor inverkan på resultatet, och som ibland påverkar resultatet mer än valet av behandlingsmetod: - Ersättningsbränsle: Vad är det för bränsle som används då avfall inte förbränns, eller vad är det för bränsle som ersätts om avfallsförbränningen utökas? I normalfallet har vi valt att betrakta biobränsle som ersättningsbränsle. I känslighetsanalyser har vi undersökt hur resultatet skulle bli om kol eller olja istället skulle vara ersättningsbränsle. - Elproduktion: Hur framställs den elektricitet som förbrukas? Vi har i vår studie använt marginalel baserad på kolkondenskraft (framställning av elektricitet genom förbränning av kol med relativt låg verkningsgrad) som normalfall, men i en känslighetsanalys studerat hur resultatet blir då förbrukad el i stället framställs som medelel (Sveriges elmix består av ungefär 45 % vattenkraft, lika mycket kärnkraft och resten övrig värmekraft). - Systemgränser: Vad är det för processer som räknas in och inte räknas in i systemet? Vi har till exempel inte tagit med kostnader eller transporter som är förknippade med hushållens hantering av avfallet, utan antagit att avfall, inklusive källsorterat avfall, levereras gratis till soptunnan eller återvinningsstationen. I studien utgår vi från att allt potentiellt brännbart avfall som uppstår i respektive kommun skall behandlas. I olika scenarier slussas olika delar av detta avfall till olika behandlingar och energiförbrukning, miljöpåverkan och kostnader beräknas. Parametrar vi beaktat i denna studie är: - Förbrukning av primära energibärare (energiråvaror). Med detta menas energin i form av råvaror; biobränsle i skogen, råolja i oljekällan, etc. I energiråvaror ingår till exempel den energi som förbrukas i samband med råvaruutvinning och transporter samt olika förluster i samband med energiutvinningen. Vi har betraktat både den totala förbrukningen av energiråvaror och förbrukningen av ickeförnyelsebara energiråvaror, där olja, kol, naturgas och uran (räknat som termisk energi från ett svenskt kärnkraftverk) inkluderas. - Olika miljöeffekter som växthuseffekt, försurning, eutrofiering (övergödning) och bildande av marknära ozon (mätt som utsläpp av NO x och VOC). Flöden av tungmetaller har studerats separat. - Företagsekonomisk och samhällsekonomisk kostnad. I den samhällsekonomiska kostnaden inkluderas miljökostnaden (med miljökostnad menas en ekonomisk värdering av de uppkomna emissionerna).
STUDIENS UPPLÄGG OCH GENOMFÖRANDE Kommunernas olika storlek återspeglas i avfallsmängderna; Uppsala med 186 invånare ger upphov till ca 113 ton/år, Stockholms befolkning på 496 personer genererar 33 ton/år och Älvdalens 8 1 personer producerar 3 7 ton/år. Dessa mängder omfattar hushållsavfall och verksamhetsavfall. Den mängd avfall som faktiskt behandlas inom systemet för denna studie är dock lägre för alla kommuner. Detta beror på att en del av vissa fraktioner, såsom glas, metall och tidningar, antas återvinnas i alla scenarier. Denna återvinning betraktas inte inom det studerade systemet. Demografi och andra förutsättningar skiljer sig också mycket åt mellan kommunerna. Uppsala och Stockholm är tätortskommuner med egna fjärrvärmenät och anläggningar för förbränning av avfall. Älvdalen är en glesbygdskommun som transporterar sina brännbara sopor till en angränsande kommun, eftersom förbränningsanläggning och fjärrvärmenät saknas i den egna kommunen. I de olika scenarier som studerats slussas avfallet till olika behandlingsalternativ. Samtliga scenarier är mer eller mindre hypotetiska och utvalda för att representera olika ytterlighetsfall. Lättnedbrytbart organiskt avfall kan antingen ingå i det avfall som förbränns eller sorteras ut för att rötas eller komposteras. Plastförpackningar och kartongförpackningar kan antingen ingå i det avfall som förbränns eller sorteras ut för materialåtervinning. Som ett ytterlighetsalternativ har vi också med ett scenario då allt avfall deponeras. En närmare definition av scenarierna för de olika kommunerna finns i tabell 1. Tabell 1. Hur avfallet behandlas i de olika scenarierna. Stockholm* Uppsala* Älvdalen* A1 Förbränning av allt fast avfall. Förbränning av allt fast avfall. Förbränning av allt fast avfall. A2 Förbränning av 9 % av allt fast avfall, 1 % deponeras. Förbränning av 9 % av allt fast avfall, 1 % deponeras. Förbränning av 9 % av allt fast avfall, 1 % deponeras. B1 Utsortering och rötning av 7 % av avfallet. Biogas till bussar. Resten av det fasta avfallet förbränns. Utsortering och rötning av 7 % av avfallet. Biogas till bussar. Resten av det fasta avfallet förbränns. Utsortering och rötning av 7 % av avfallet. Biogas till bussar. Resten av det fasta avfallet förbränns. B2 B3 C D Utsortering och rötning av 7 % av avfallet. Biogas till kraft och värme från gasmotor. Resten av det fasta avfallet förbränns. Utsortering och rötning av 7 % av avfallet. Biogas till personbilar. Resten av det fasta avfallet förbränns. Utsortering av 7 % hårdplast från hushåll och 8 % hård- och mjukplast från affärsverksamheter. Plasten återvinns. Resten av det fasta avfallet förbränns. Utsortering av 7 % kartong från hushåll och 8 % kartong från affärsverksamheter. Kartongen återvinns. Resten av det fasta avfallet förbränns. Utsortering och rötning av 7 % av avfallet. Biogas till kraft och värme från gasmotor. Resten av det fasta avfallet förbränns. Utsortering av 7 % av det lättnedbrytbara organiska avfallet som komposteras i strängkompost. Resten av det fasta avfallet förbränns. Utsortering av 7 % hårdplast från hushåll och 8 % hård- och mjukplast från affärsverksamheter. Plasten återvinns. Resten av det fasta avfallet förbränns. Utsortering av 7 % kartong från hushåll och 8 % kartong från affärsverksamheter. Kartongen återvinns. Resten av det fasta avfallet förbränns. Utsortering av 7 % av det lättnedbrytbara organiska avfallet. Av detta komposteras 3 % i hemmen och 7 % i en strängkompost. Resten av det fasta avfallet förbränns. Utsortering av 7 % av det lättnedbrytbara organiska avfallet som komposteras i strängkompost. Resten av det fasta avfallet förbränns. Utsortering av 7 % hårdplast från hushåll. Plasten återvinns. Resten av det fasta avfallet förbränns. Utsortering av 7 % kartong från hushåll. Kartongen återvinns. Resten av det fasta avfallet förbränns. E Deponering av allt avfall. Deponering av allt avfall. Deponering av allt avfall. * I samtliga regioner sorteras tidningspapper (75 %), glas (7 %) och metallföremål (5 %) ut och återvinns utanför det betraktade systemet. För vissa avfallsfraktioner sker speciell behandling, enligt nedan: Stockholm: Förbränning av bygg- och rivningsavfall i scenario A-D Uppsala: Rötning av organiskt industriavfall, slakteriavfall och sockervatten i scenario A-E. Kompostering av park- och trädgårdsavfall i scenario A-E.
Resultatredovisning i diagramform UPPSALA 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Behandlade avfallsmängder, ton A1 A2 B1 B 2 B 3 C D E Avfallsdeponering Kartongåtervinning Plaståtervinning Strängkompostering Rötning Förbränning 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 E n e r g i r å v a r o r, T J F ö r n y e l s e b a r a E j f ö r n y e l s e b a r a 7 V ä x t h u s e f f e k t, k t o n C O 2 - e k v i v a l e n t e r 6 5 4 3 2 1 3 5 F ö r s u r n i n g, t o n S O 2 - e k v i v a l e n t e r 3 2 5 2 1 5 1 5 3 Ö v e r g ö d n i n g, t o n s y r e f ö r b r u k a n d e ä m n e n 2 5 2 1 5 1 5 1 6 K o s t n a d e r, M k r / å r 1 4 1 2 1 M iljö 8 6 E x t e r n t s y s t e m A v f a l l s s y s t e m e t 4 2
S TOCKHOLM 3 Behandlade avfallsmängder, ton 25 Avfallsdeponering 2 Kartongåtervinning 15 Plaståtervinning 1 5 A 1 A 2 B1 B 2 B 3 C D E Rötning Förbränning 4 E n e r g i r å v a r o r, T J 3 5 3 2 5 F ö r n y e l s e b a r a 2 1 5 E j f ö r n y e l s e b a r a 1 5 2 5 V ä x t h u s e f f e k t, k t o n C O 2 - e k v i v a l e n t e r 2 1 5 1 5 1 2 F ö r s u r n i n g, t o n S O 2 - e k v i v a l e n t e r 1 8 6 4 2 1 Ö v e r g ö d n i n g, t o n s y r e f ö r b r u k a n d e ä m n e n 9 8 7 6 5 4 3 2 1 6 Kostnader, Mkr/år 5 4 3 2 Miljö Externt system Avfallssystemet 1
ÄLVDALEN 3 5 Behandlade avfallsmängder, ton 3 Avfallsdeponering 2 5 2 1 5 1 5 A 1 A 2 B1 B2 B 3 C D E Kartongåtervinning Plaståtervinning Strängkompostering Rötning Förbränning 4 E n e r g i r å v a r o r, T J 3 5 3 2 5 F ö r n y e l s e b a r a 2 E j f ö r n y e l s e b a r a 1 5 1 5 5 V ä x t h u s e f f e k t, k t o n C O 2 - e k v i v a l e n t e r 4 3 2 1 2 1 8 1 6 1 4 1 2 1 8 6 4 2 F ö r s u r n i n g, t o n S O 2 - e k v i v a l e n t e r 4 5 4 Ö v e r g ö d n i n g, t o n s y r e f ö r b r u k a n d e ä m n e n 3 5 3 2 5 2 1 5 1 5 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 K o s t n a d e r, M k r / å r Miljö E x t e r n t s y s t e m A v f a l l s s y s t e m e t
KOMMENTARER TILL DIAGRAM OCH RESULTAT Energiförbrukning. Den höga förbrukningen av primära energibärare för deponering (scenario E) beror på att man vid deponering inte utnyttjar den energi eller de material som finns i avfallet (i Uppsala och Stockholm antas dock 5 % av den bildade deponigasen utvinnas och användas för framställning av elektricitet). Deponering av avfall får till följd att energi och material måste produceras från jungfruliga råvaror. Emissioner av växthusgaser. Det höga bidraget av växthusgaser från deponering (scenario E) beror på metangasemissioner. Detta trots att vi i Uppsala och Stockholm räknat med att en stor del av den bildade metangasen utvinns och nyttiggörs. Även det scenario då en mindre mängd avfall deponeras under sommaren (scenario A2) ger höga emissioner av metangas. Emissioner av försurande ämnen. De höga emissionerna av försurande ämnen från rötning där gasen används för framställning av el och värme (scenario B2 i Stockholm och Uppsala) beror på NO X -emissioner från förbränningen av biogasen. De höga emissionerna av försurande ämnen från kompostering (scenario B3 i Uppsala och Älvdalen) beror på emissioner av ammoniak från komposteringsprocessen. Spridning av rötrest och kompost på åkermark orsakar också ammoniakemissioner. Emissioner av övergödande ämnen. De höga emissionerna av övergödande ämnen från kompostering (scenario B3 i Uppsala och B2 och B3 i Älvdalen) beror till större delen på emissioner av ammoniak från komposteringsprocessen. De höga emissionerna av övergödande ämnen från deponering beror på utlakning från deponin av både ammoniak och av organisk syreförbrukande substans (samt NO X - emissioner från förbränningen av deponigas i Uppsala och Stockholm). Rötning (B1-B3 i Stockholm, B1-B2 i Uppsala och B1 i Älvdalen) ger högre emissioner av övergödande ämnen, främst genom emissioner från marken där rötresten sprids. Företagsekonomi. De företagsekonomiska kostnaderna skiljer sig lite mellan de olika scenarierna förutom vid deponering av allt avfall. Att deponering blir dyrare beror på att det kostar mer att framställa fjärrvärme, drivmedel, gödselmedel, plast och kartong från jungfruliga råvaror i stället för från avfallet. Samhällsekonomi. Samhällsekonomin grundar sig i princip på den företagsekonomiska kostnaden, till vilka lagts en värdering av de olika emissionerna. Deponering samt rötning och kompostering ger relativt höga miljökostnader. Detta beror på metanemissioner för deponering (scenario E), samt på kväveläckage och tungmetallspridning på åker för kompostering och rötning (scenario B1, B2 och B3).
Känslighetsanalys av bränsleval De tydligaste effekterna av att anta att kol eller olja är ersättningsbränsle för värmeproduktion istället för biobränsle är att förbränning blir mer gynnsamt än materialåtervinning och biologisk behandling av avfall, framförallt vad gäller bidrag till växthuseffekten. Detta beror på att de besparingar av växthusgaser från värmeproduktion som fås när värme genereras från avfall i stället för på konventionellt sätt blir större. En förändring av alternativt elproduktionssätt från marginalel till medelel missgynnar framförallt deponering och rötning (samt i Stockholm förbränning) relativt de andra behandlingsmetoderna, då det är från dessa processer som avfallshanteringssystemet genererar elektricitet. Detta beror på att de miljöbesparingar som fås när elektricitet genereras från avfall blir mindre när den mindre miljöbelastande medelelen antas vara det konventionella alternativet.
GENERELLA SLUTSATSER Det är svårt att utifrån de erhållna resultaten säga att ett alternativ är bättre än något annat. Man kan urskilja fördelar och nackdelar med alla alternativ. Deponering är dock nästan genomgående sämre än övriga alternativ. Med hänsyn till osäkerheter i resultatet och det faktum att skillnaderna är små i de flesta fall, så kan följande slutsatser dras: Utnyttjande av energin och materialet i avfallet är positivt ur såväl miljösynpunkt som ur samhällsekonomisk synvinkel. 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 så har även längre regionala transporter liten betydelse, under förutsättning att transporterna genomförs på ett effektivt sätt. Under den tid på sommaren då förbränningsanläggningen står avställd för planerat underhåll, och för att värmebehovet är lågt, är det bättre ur alla betraktade aspekter att bala och lagra avfall än att deponera avfall. 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 jämförbart med förbränning och ger mindre miljöpåverkan och lägre energiförbrukning, detta under förutsättning att den återvunna plasten ersätter nyproducerad plast. I den plaståtervinning som förekommer idag är det bara en liten del av den återvunna plasten som ersätter jungfrulig plast (tillverkad av olja eller naturgas), i stället används den återvunna plasten till bullerplank, pallklotsar och liknande där den återvunna plasten i princip ersätter trä. Materialåtervinning av kartong är samhällsekonomiskt och energimässigt jämförbart med förbränning, men har både miljömässiga fördelar och miljömässiga nackdelar. Rötning av lättnedbrytbart organiskt avfall ger en högre samhällsekonomisk kostnad än förbränning, och har både fördelar och nackdelar vad gäller miljöpåverkan. Energimässigt beror det på hur rötgasen används. Kompostering av lättnedbrytbart organiskt avfall är samhällsekonomiskt jämförbart med rötning, men ger större energiförbrukning och miljöpåverkan. Det bör påpekas att samtliga slutsatser för lättnedbrytbart organiskt avfall grundar sig på antagandet att all rötrest eller kompost får avsättning i jordbruket och då ersätter handelsgödsel. Emellertid har detta antagande relativt liten inverkan på slutresultaten. 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. Vi har i studien inte räknat in transporter av avfall som görs av hushållen, eller den tid och andra resurser som hushållen lägger ned på källsortering. Miljömässigt uppskattas detta inte ha någon betydelse. Samhällsekonomiskt kan dock hushållens tidsåtgång för källsortering göra detta mindre lönsamt, beroende på vilken värdering man lägger på hushållens tid.