Utveckling av konstruktionsmaterial från avfall Lale Andreas, Mirja Nilsson, Malin Svensson
Massflöden fast avfall Bio-treatment Bio-production Construction Post consumer recycling Thermal treatment Final storage Consumers Collection systems Industry Soil remediation
Varför bygga med avfall? Resurshållning (återanvända istället för att deponera) Bra egenskaper (hög/låg densitet, hållfasthet, slitstyrka, cementegenskaper, näringsinnehåll, ) Tillgänglighet (nära tätorter behov) Historia naturliga analogier
Ersättningspotential konstruktionsmaterial Ökad energibehov! Ökad energibehov! SGU (2009)
Olika askor huvudmineral SiO 2 + Al 2 O 3 Volcanic ashes BA FA BA Coal ashes Investigated RDF fly ashes BA FA FA CaO+K 2 O Na 2 O+MgO MSWI ashes RDF ashes Fe 2 O 3
Naturliga analogier vulkanaska i romarnas betong (Opus caementicium) Användes i östliga Medelhavsområdet av romarna redan 500 BC för konstruktioner under havets yta och byggnader Tillverkad av krossat bergmaterial och vulkanisk aska som bindemedel (härdar när det blandas med vatten; puzzolan efter första fyndstället Pozzuoli i centrala Italien) Opus caementicium på en gravhög vid Via Appia Opus caementicium i Pantheons kupol
Avfallsströmmar i Norrbotten utan gruvavfall Bransch Exempel på restprodukt Mängder (ton/år, 2011) Förbränning och värmeproduktion Flyg- och bottenaskor 50 000 Järn- och ståltillverkning Massa- och pappersindustrin Byggnation och rivning Övriga Masugnsslag (hyttsten), LDslagg och -slam, hyttslam, hyttsot, skänk-slagg, Grönlutslam, mesa, bränd kalk, kalkgrus, flyg- och bottenaska, fiber- och bioslam Asfalt, betongkross, trä, gips, isolering, asbest, tegel Jord- och schaktmassor Gatusand Däck 638 000 75 000 > 10 000 (till större avfallsanläggningar*; stora variationer per år) 43 500 (till större avfallsanläggningar) 6 500 2 000 Svensson, 2012 Σ 825 000 ton * ej återanvändning/återvinning
Behov konstruktionsmaterial i Norrbotten Anläggningskonstruktioner Sluttäckning (6 deponier, 55 ha) 2,6 Mton/år 0,5 Mton/år i 5 år Svensson, 2012
Behov deponitäckning Användning Potentiella material Tillgång (ton/år) Behov (ton/år) Växtetableringsskikt Jord, fiberslam 24 000 25 000 Skyddsskikt Jord, schaktmassor, bottenaska (biobränslen), fiberslam 55 000 215 000 Dräneringsskikt Slaggrus, däckklipp, bottenaska (biobränsle), glas- och betongkross, däckklipp 55 000 50 000 Tätskikt Flygaska, grönlutslam, LD-slagg, LD- och hyttstenslam 140 000 120 000 Avjämningssikt Slaggrus, bottenaska, schaktmassor, gatusand 94 000 65 000 Summa 368 000 475 000
Utmaningar i att välja avfall Utlakning av miljöstörande ämnen Relevant riskbedömning, även på lång sikt Variationer i kvalitet och mängd Tillgänglighet (tid och rum)
Kunskapskrav för användning Egenskaper? (teknik & miljö under hela processen) Testmetoder? (standardtests?) Vilka krav måste uppfyllas? Vilken information behövs när & till vem (t ex myndigheter)? Möjliga användningsområden? Regelverk Material Miljö Tillgänglighet? Fler entreprenörer med motsvarande kunskap behövs! (mängdbehov och processflöden, position, lagring) Utrustning? Hur simulera/prediktera? Möjlig miljöpåverkan? Vilka faktorer påverkar materialet?
Exempel på avfall och biprodukter Grönlutslam Bottenaska pappersbruk Lagrad aska Flygaska Däckklipp Sorterad slaggrus (avfallsbottenaska)
Metod Funktionskrav för konstruktionen Lagliga krav Krav avseende miljöpåverkan Erfarenheter och kunskap från tidigare försök Materialtillgång Test av material och materialblandningar Lämpliga material Icke lämpliga material Design och utformning av sluttäckningskonstruktion Försök avs. stabilisering, förbättring av materialegenskaperna; behandling Fältförsök: test av utläggning, funktion, miljöpåverkan och beständighet Åldrings- och långtidsförsök (i labb): långsiktig mekan. och kemisk stabilitet Icke lämpliga material Utvärdering, metodutveckling Material används inte i konstruktionen
Sluttäckningslimpa som vindvall på Brännkläppens avfallsanläggning Provyta 1 Tätskikt Dränskikt Skyddsskikt GLS+FA+BA 50:30:20 (Billerud) Däckklipp Lågförorenad As jord Provyta 2 Provyta 3 GLS+FA+BA 45:35:20 (Kappa) Sorterad och lagrad bottenaska (BEAB) Däckklipp As-jord kemiskt stabiliserad m FeO As-jord kemiskt stabiliserad m FeO + torv Yta 2 Yta 3 Yta 1
Sluttäckningslimpa Brännkläppen - instrumentering
Sluttäckningslimpa Brännkläppen - byggnation
Sluttäckningslimpa Brännkläppen - byggnation
Sluttäckningslimpa Brännkläppen oktober 2012
Sluttäckningslimpa Brännkläppen maj 2013
Sluttäckningslimpa Brännkläppen resultat hittills Perkolation genom skyddsskiktet: enstaka litrar, se figur ph 6,8-8 El. kond. 1,5-7,6 ms/cm Vattenkvalitet (As, Fe) ex-jobb Luisa N. Inget vatten under tätskiktet
Undersökning av BEABs bottenaska / slaggrus inför användning som ballast
Provtagning efter metallseparering och sortering under 32 dagar 32 prover 0-10 mm 32 prover 10-50 mm
Screening Variationer? PCA (Principal component analysis), XRF, TS, GF, ph, EC
BEAB bottenaska 2011/2012 Förbehandling Accelererad åldring Accelererad åldring och Fe 0 Laktest Kolonnförsök - Uppströms perkolation ph-stat-tester (ph 2, 4, 7, 10) Batch-test L/S 10
Kumulativ utlakning i kolonntest vid L/S 10 = 0,5 mg/kg = 0,3 mg/kg = 2 mg/kg = 0,6 mg/kg = 0,5 mg/kg O Å ÅFe O Å ÅFe 0-10 mm 10-40 mm = 0,6 mg/kg = 0,4 mg/kg O Å ÅFe O Å ÅFe 0-10 mm 10-40 mm = 4 mg/kg = 3 mg/kg O Å ÅFe O Å ÅFe 0-10 mm 10-40 mm = 0,5 mg/kg = 0,3 mg/kg O Å ÅFe O Å ÅFe 0-10 mm 10-40 mm = 20 mg/kg O Å ÅFe O Å ÅFe 0-10 mm 10-40 mm Naturvårdsverket. Återvinning av avfall i anläggningsarbeten riktvärden för deponitäckning. Handbok 2010:1 O Å ÅFe O Å ÅFe 0-10 mm 10-40 mm O Å ÅFe O Å ÅFe 0-10 mm 10-40 mm Naturvårdsverkets föreskrifter om deponering, av inert avfall. NFS 2004:10
Slutsatser bottenaska Metallsepareringen bör förbättras. Utlakningen mindre än i tidigare undersökningar. Förbehandling med accelererad karbonatisering och inblandning av järnpulver minskar lakning av Cr Cu och Mo, däremot ökar lakning av Zn, Pb och Ni. Orsaken till detta bör utredas vidare. Modellering när resterade tester är avslutade.
Slutsatser generellt Flera avfall är potentiella byggmaterial för olika tillämpningar Användning av avfall sparar naturresurser och energi Utgå från lokala/regionala materialflöden och behov Bra planering och kommunikation Materialkarakterisering med inriktning på tänkt tillämpning och uppföljning i fält Hantering, lagring och behandling av reaktiva material (t ex aska) påverkar materialkvalitet och funktion
Slutsatser II Utbildning och tät samverkan med byggentreprenör för optimering av processerna! (materialblandning, vatteninblandning, utläggning, ) potential/nisch för entreprenörer med kunskap om materialen och förståelse för både laborativ undersökning och praktisk tillämpning Dokumentation och uppföljning!
Bestående utmaningar Tolerans, variation i ingående material Materiallagring och hantering i industrin Testprocedurer (är framtagna för konventionella material) Överföring av labresultat till fält, t ex blandningsrecept (pga varierande materialkvalitet) men även lakegenskaper Långtidsegenskaper och stabilitet
Tack för er uppmärksamhet!
Utblick, vad kvarstår? Utvärdering och modellering av kombinerad åldring och järntillsats till bottenaska Analyser och utvärdering av fältförsöket på Brännkläppen Design av askprovytor på värmeverket för uppföljning av effekterna av askbehandling m a p både utlakning och mekaniska egenskaper under driftförhållanden Genomföring och fortsatt uppföljning av Brännkläppenförsöksytorna i mån av finansiering genom kommande projekt