Termisk assisterede oprensninger

12 Økonomi

12.1 Energiforbrug ved opvarmning
12.2 Cost-benefit studium for 5 tænkte oprensninger
12.2.1 Scenarium 1, Umættet zone, terrænnær blandet forurening
12.2.2 Scenarium 2, Umættet zone, dybtliggende letflygtig forurening
12.2.3 Scenarium 3, Umættet zone, dybtliggende sværtflygtig forurening
12.2.4 Scenarium 4, Umættet og mættet zone, dybtliggende forurening
12.2.5 Scenarium 5, Umættet zone, forurening under bygning
12.3 Økonomi i gennemførte oprensninger
12.4 Sammenfatning

Dette kapitel omhandler de økonomiske aspekter af termisk oprensning. Først gives en oversigt over energiforbrug ved opvarmning af jord og grundvand til hhv. 100 og 200 °C. Hernæst præsenteres resultaterne af et cost-benefit studie, der sammenligner udgifterne ved hhv. termiske og traditionelle oprensningsteknikker for 5 tænkte forureningssituationer. Endelig resumeres de relativt sparsomme publikationer, der foreligger vedrørende totale omkostninger ved gennemførte og afsluttede termiske oprensninger.

12.1 Energiforbrug ved opvarmning

Mængden af energi, der er nødvendig for de ønskede temperaturstigninger og udtørringsgrader, er vist i tabel 12.1. Alle beregninger og diskussionen nedenfor beror på antagelse om forsvindende energitab ved tilførsel af varmen.

Varmekapacitet

Vands varmekapacitet er 4,18 kJ/(kg K), og varierer mindre end 1 % mellem 0 og 100 °C (CRC, 1994). Varmekapaciteten for jord varierer med indholdet af organisk stof og lermineralogien. De fleste sedimentære bjergarter er dog domineret vægtmæssigt af kvarts, og derfor kan varmekapaciteten estimeres rimeligt præcist til 1,0 kJ/kg K (Falta, 1997).

Antages en porøsitet på 0,35, og en fordampningsvarme for vand på 40,7 kJ/mol (2260 kJ/kg) ved 100 °C (CRC, 1994), fremkommer tallene i tabel 12.1.

Tabel 12.1 Energiforbrug ved opvarmning af jord i kWh/m³.
link til tabel

Energi til opvarmning.

Nogle simple konklusioner kan drages ud fra disse tal. I umættet zone med typiske vandindhold på under 50 % (sandede aflejringer) vil jordens varmekapacitet dominere, så længe der ikke foregår væsentlig fordampning af vand. Jord med 50 % vandindhold kan varmes op til 100 °C med et forbrug på 61 kWh/m³, men udtørring af jorden vil kræve yderligere 110 kWh/m³.

Under grundvandsspejlet vil opvarmningen til 100 °C kræve 80 kWh/m³, med halvdelen til opvarmning af porevandet. Hvis alt vandet skal fordampes, stiger behovet til i alt 299 kWh/m³, hvoraf under 15 % går til opvarmning af jorden.

Temperatur og udtørring bestemmer energiforbruget

Det fremgår derfor klart, at både den ønskede behandlingstemperatur og den ønskede udtørringsgrad er nøgleparametre for økonomien i termisk accelereret oprensning. Hvis grundvandsspejlet kan sænkes til under behandlingszonen, og vandindholdet dermed falder fra 100 til 10 %, vil man spare 230 kWh/m³ ved udtørring af formationen, svarende til en reduktion af energibehovet med 75 %. Med andre ord, god økonomi i termisk oprensning afhænger af god hydraulisk kontrol og minimering af vandstrømme ind i behandlingszonen.

Over 100 °C er svært at opnå

Under specielle omstændigheder kan det ønskes at opvarme til over 100 °C. Elektrisk opvarmning er ikke praktisk for opvarmning til højere temperaturer, idet jordens elektriske ledningsevne er domineret af vandets bidrag, og falder til lave værdier i tør jord. Dette umuliggør opvarmning væsentligt over 100 °C, fordi elektroderne bliver overophedet (Newmark et al. 1994).

12.2 Cost-benefit studium for 5 tænkte oprensninger

l 1996 er der i USA gennemført en større sammenlignende undersøgelse af de totale udgifter til oprensning af 5 tænkte forureninger med henholdsvis den bedst egnede traditionelle og termiske teknik (Bremser & Booth, 1996).

Energipriser

Prissætningen er foretaget ud fra amerikanske forhold og kan ikke overføres direkte til danske forhold. Elprisen i USA er 10-12 cent pr. kWh, svarende til 70-80 øre. Dette er ca. 30 % lavere end i Danmark. Prisen på olie og naturgas til dampproduktion er tilsvarende lavere. Da energiforbruget i termiske oprensninger typisk udgør under 25 % af de samlede omkostninger, vil den samlede pris på oprensningen være højst 7,5 % lavere i USA. Derfor kan den amerikanske sammenligning, bruges som rettesnor, også i Danmark.

Rensningsgrad

Sammenligning af teknologier er altid behæftet med stor usikkerhed og skal tages med forbehold. F.eks. er det svært at sammenligne vakuumekstraktion med Joule heating i leret jord, hvor man erfaringsmæssigt ved at vakuumekstraktion ikke fjerner forureningen. Der er i de følgende scenarier foretaget nogle grove skøn over oprensningstiden for hver teknik. Disse skøn bliver vigtige for driftstiden, og dermed prisen.

Et sidste forbehold er, at udgifterne til forureningskortlægningen - samt skitse- og detailprojekteringen i kildeområderne - ikke er medregnet i prisen. Disse kan i nogle tilfælde være højere for termisk oprensning, idet denne kræver bedre kontrol.

I det følgende gennemgås de 5 tænkte forureningsscenarier og de sammenlignede oprensningsteknikker kortfattet. Ved omregningen til danske kroner er anvendt en dollarkurs på 7 kr.

12.2.1 Scenarium 1, Umættet zone, terrænnær blandet forurening

Typisk terrænnær forureningssituation i umættet zone - bestående af sand - forårsaget af spild ved terræn. Forureningskomponenterne er flygtige organiske stoffer (defineret som TCE og BTEX'er) og mindre flygtige organiske stoffer (defineret som PCB'er og pesticider). Forureningen omfatter 4.510 m³ med en maksimal dybde på 6 m.

De to teknikker der er sammenlignet er:

Tabel 12.2 Nøgletal for økonomisk analyse, scenarium 1.

"Genbrugeligt materiel" omfatter samtlige anlægsdele, som skønnes at kunne genbruges ved efterfølgende oprensninger på lignende lokaliteter. Her tænkes på pumper til vand, damp, dampgeneratorer, transformere, varmevekslere, køletanke, renseenhed for grundvand og afkastluft, fase separatorer, opsamlingstanke mv.

"Ikke genbrugelige materialer" i ovenstående og følgende tabeller omfatter samtlige anlægsdele, som ikke praktisk kan genanvendes på andre oprensninger. Dette drejer sig typisk om boringer og underjordiske ledningsanlæg.

12.2.2 Scenarium 2, Umættet zone, dybtliggende letflygtig forurening

Forurening med flygtige organisk stoffer fra 6-30 m's dybde forårsaget af utæthed i en nedgravet tank. Forureningen omfatter sandlag og et 6 m tykt lerlag fra 18-24 m.u.t. Forureningen omfatter i alt 22.200 m³ jord.

De to teknikker der er sammenlignet er:

Tabel 12.3 Nøgletal for økonomisk analyse, scenarium 2.
link til tabel

12.2.3 Scenarium 3, Umættet zone, dybtliggende sværtflygtig forurening

Forurening med sværtflygtige organiske stoffer fra 6-30 m's dybde forårsaget af utæthed i en nedgravet tank. Forureningen omfatter sandlag og et 6 m tykt lerlag fra 18-24 m.u.t. Forureningen omfatter i alt 22.200 m³ jord.

De to teknikker der er sammenlignet er:

Tabel 12.4 Nøgletal for økonomisk analyse, scenarium 3.
link til tabel

12.2.4 Scenarium 4, Umættet og mættet zone, dybtliggende forurening

Forurening med sværtflygtige organiske stoffer fra 6-36 m's dybde forårsaget af utæthed i en nedgravet tank. Forureningen omfatter sandlag og et 6 m tykt lerlag fra 18-24 m.u.t. Grundvandszonen træffes 30 m.u.t., og de øverste 6 m er ligeledes omfattet af forureningen. Det totale forurenede volumen er 22.200 m³ jord og grundvand.

De to teknikker der er sammenlignet er:

Tabel 12.5 Nøgletal for økonomisk analyse, scenarium 4.
link til tabel

12.2.5 Scenarium 5, Umættet zone, forurening under bygning

Forurening med svært flygtige organiske stoffer umiddelbart under en bygning forårsaget af utæthed i en spildevandsledning. Bygningen begrænser adgangsmulighederne til den terrænnære forurening, som omfatter et mindre volumen i den umættede zone (382 m³).

De to teknikker der er sammenlignet er:

Tabel 12.6 Nøgletal for økonomisk analyse, scenarium 5.
link til tabel

Af cost-benefit studiet resumeret ovenfor fremgår det, at oprensningen i samtlige 5 scenarier kan udføres med termiske oprensningsteknologier med væsentligt lavere omkostninger end den bedst egnede konventionelle teknik. Således viser beregningerne, at oprensning med konventionelle teknikker vil være mellem 1,5 (scenarium 4) og 4,5 (scenarium 1) gange så dyre som med termiske metoder.

Som det ses af scenarierne, er det hovedsageligt større omkostninger til "Drift- og vedligeholdelse", som gør de konventionelle teknikker dyrere.

I den forbindelse er oprensningsperioden, som er skønnet, afgørende.

Studiet viser desuden, at oprensningsomkostningerne pr. kubikmeter jord for scenarium 1-4, hvor de forurenede områder er relativt let tilgængelige, ligger mellem 190 og 1.210 kr. I scenarium 5, hvor forureningen er lokaliseret under en bygning, er prisen ca. 8.200 kr/m³.

Til sammenligning er de totale oprensningsomkostninger ved ukompliceret afgravning af terrænnær forurening typisk 500-1500 kr/m³.

12.3 Økonomi i gennemførte oprensninger

Der foreligger ganske få publikationer vedrørende totale oprensningsomkostninger for aktuelt gennemførte termiske oprensninger.

Lawrence Livermore National Laboratory

Ved dampinjektions- og 3-fase elektrisk opvarmning på Lawrence Livermore National Laboratory er der ved projektet beskrevet i afsnit 5.3 (Newmark et al. 1994) oprenset i alt 90.000 m³ jord. Oprensningen er foretaget ved en indledende elektrisk opvarmning over 2 måneder efterfulgt af dampinjektion i 2,5 måneder. Forureningsdybden var indtil 40 m, og der blev fjernet i alt 35.500 l benzin. De totale udgifter til undersøgelser, rådgiver, entreprenører, indkøring, drift og rapportering svarer til en udgift på kr. 1010 pr. m³ jord. Dette var et udviklings- og demonstrationsprojekt med store udgifter til udvikling og afprøvning af forskellige teknologier. Fremtidige oprensninger forventes at kunne udføres for cirka det halve (Aines & Newmark, 1997).

Visalia Pole Yard

Hvor undergrunden er permeabel, og dampinjektion alene er tilstrækkelig til opvarmningen, kan storskala oprensning gøres for under 300 kr/m³ . Dette gøres i efteråret 1997 på Visalia Pole Yard, hvor ca. 300.000 m³ kreosot-forurenet jord oprenses (SCE & S, 1997). Foreløbige resultater viser, at denne pris kan overholdes, og at hele det forurenede område på grunden er opvarmet til 100 °C (Aines & Newmark, 1997).

Savannah River Site

Ved 6-fase elektrisk opvarmning på Savannah River Site (Gauglitz et al. 1994) er der ved kombineret elektrisk opvarmning - med en cirkulær elektrodeopstilling og vakuumekstraktion - opnået en 99,7 % oprensning i det primære oprensningsområde indenfor elektroderne, og en 93 % oprensning i tilstødende områder. Det samlede oprensede volumen jord som opnåede temperaturer over 70 °C var 1.100 m³. Energiforbruget pr. kubikmeter oprenset jord er angivet til 90 kWh, omtrent svarende til en udgift til energi på 100 kr./m³ . Der er ikke publiceret opgørelser over de øvrige udgifter til projektet.

12.4 Sammenfatning

Energien koster under 200 kr./ton jord

Energibetragtninger viser, at det med et forbrug på typisk mellem 70 og 300 kWh/m³ (afhængig af vandindholdet) er muligt at opvarme jord og grundvand til 100 °C og fordampe alt porevand. I kapitel 3 og 5 er det vist, at der i tilknytning til denne opvarmning og udtørring kan forventes at ske en omtrent fuldstændig oprensning af jordlagene. Den rene eludgift ved en sådan oprensning vil således være ca. 80-330 kr./m³.

Termisk oprensning er billigere

Sammenlignende studier af konventionelle og termiske oprensningsteknikker har for 5 undersøgte (tænkte) forureningsscenarier vist, at de termiske metoder er økonomisk meget favorable. De estimerede totale oprensningsomkostninger på de 5 sager er således 1,5-4,5 gange højere ved den bedst egnede konventionelle teknik - ved sammenligning med den optimale termiske metode. Den væsentligste besparelse ligger i den korte behandlingstid ved termisk assisteret oprensning (under 1 år), hvilket giver meget lavere driftsomkostninger. Sammenligningen er foretaget med amerikanske energipriser, som er ca. 30% lavere end de danske. Dette hindrer dog ikke overførsel til danske forhold, fordi energien typisk har udgjort under 25% af den samlede pris.

For aktuelt gennemførte fuld skala oprensninger er der angivet totale oprensningsomkostninger pr. m³ jord på mellem 260 og 1.010 kr.