| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Statusredegørelse om organisk dagrenovation

4 Tekniske undersøgelser vedrørende bioforgasning af organisk dagrenovation

Bioforgasning er den højest prioriterede genanvendelsesform for kildesorteret organisk dagrenovation i Danmark. Grundlaget for en succesfuld genanvendelse er et velfungerende indsamlingssystem og et teknisk system, hvor det kildesorterede organiske dagrenovation forbehandles. Hensigten med forbehandlingen er at forbedre affaldets kvalitet, inden det bioforgasses, oftest i biogasfællesanlæg som primært baserer sig på gylle og industrielt affald. Det afgassede materiale afsættes via de etablerede systemer til jordbrugsanvendelse, mens rejektet fra forbehandlingen tilføres et forbrændingsanlæg.

Centrale spørgsmål for vurdering af den miljømæssige effekt og den velfærdsøkonomiske værdi af at genanvende det kildesorterede organiske dagrenovation er energiudnyttelsen, hvor meget næringsstof der genanvendes og de økonomiske omkostninger ved forskellige indsamlingssystemer og behandlingsteknologier.

Hovedvægten i de senere års undersøgelser har ligget på indsamling herunder vurdering af mængder og kvalitet, forbehandling og karakterisering af kildesorteret organisk dagrenovation med henblik på at bedømme biogaspotentialet /11/. Undersøgelserne tager udgangspunkt i en række projekter knyttet til fuld- og storskalaundersøgelser i områderne Grindsted /19/, Hovedstadsområdet /12/, Kolding /13/, Vejle /19/, Aalborg /18/ og Århus /15/.

I Grindsted, Vejle og Kolding er der etableret permanente indsamlingsordninger for kildesorteret organisk dagrenovation. I Kolding er kun en del af kommunen omfattet af ordningen, mens det i Vejle og Grindsted er hele kommunen, der er omfattet. I Århus blev en ny indsamlingsordning indført i hele kommunen i 2001, mens der i Aalborg og Hovedstadsområdet er tale om fuldskala forsøgsordninger for dele af kommunerne.

Som supplement til de tekniske undersøgelser er der fortaget miljømæssige vurderinger af forskellige scenarier for håndtering og behandling af organisk dagrenovation /4/. Ved modelberegninger er netto energigevinsten, gasemissioner og næringsstofudbyttet fundet /5/.

På baggrund af de tekniske undersøgelser og modelberegningerne over de miljømæssige konsekvenser er der gennemført en velfærdsøkonomisk vurdering af behandling af organisk dagrenovation ved forskellige mulige scenarier /6/.

Endelig er muligheder og barrierer for udnyttelse af restproduktet fra bioforgasning af dagrenovation i jordbruget vurderet /16/, og kvaliteten af restproduktet med henblik på indholdet af tungmetaller og organiske miljøfremmede stoffer er undersøgt /17/.

4.1 Indsamlingsmængder og kvalitet

Mængder og kvalitet er vurderet på grundlag af indsamlinger i de 6 områder, hvor fuld-/storskalaforsøgene har kørt, og hvor der er indsamlet affald fra husstande med et bredt spektrum af indsamlingssystemer, relativt ensartede sorteringsvejledninger men forskellig informationsindsats . En sammenstilling af områdernes indsamlingsordninger fremgår af tabel 4.1 (efter /14/, /15/ og /19/).

Tabel 4.1
Indsamlingssystem i Grindsted, Hovedstadsområdet, Kolding, Vejle, Aalborg og Århus (efter /14/, /15/ og /19/).

Af tabel 4.2 og tabel 4.3 fremgår hvor ofte, der indsamles (efter /14/, /15/ og /19/).

Derudover foreligger resultater fra en spørgeskemaundersøgelse til de fleste kommuner og affaldsselskaber, der aktuelt indsamlede kildesorteret organisk dagrenovation til bioforgasning og kompostering i 2000 /20/. Det drejer sig om de to affaldsselskaber AFAV I/S og NOVOREN I/S og kommunerne Grindsted, Herning, Vejle, Aalborg og Århus. I alt er 15 kommuner repræsenteret med et befolkningsgrundlag på 335.000 personer i 2000.

Endelig kan potentialet for indsamlede mængder af organisk dagrenovation uddrages af en nyligt afsluttet undersøgelse af mængde og sammensætning af dagrenovation /3/ foretaget i 10 udvalgte boligområder fordelt over hele landet. Dagrenovation fra ca. 2000 husstande, udvalgt så at de svarer til husstandsstørrelse og boligtype på landsplan, er indsamlet og sorteret i 19 fraktioner.

Fuld- og storskalaforsøgene giver data for de faktisk indsamlede mængder og kvaliteten heraf fra henholdsvis etageboliger og enfamilieboliger. Der er stor forskel på mængden af organisk affald, der indsamles fra den enkelte husstand, i forhold til om det er fra områder med fælles eller med individuelle skraldespande. Der ses også stor variation i indsamlede mængder mellem forskellige geografiske områder – en variation der ikke kan forklares. Det er derfor ikke muligt ud fra resultaterne fra et enkelt område at forudse, hvor meget affald der kan indsamles i et tilsvarende område /14/.

I tabellerne 4.2 og 4.3 ses resultaterne for fælles skraldespande og for individuelle skraldespande.

Tabel 4.2
Fælles skraldespande: Indsamlingsfrekvens, mængde, fejlsortering, tørstof (TS) i biomasse og rejekt samt glødetab (VS) i % af TS i rejekt (efter /14/, /15/ og /19/).

Tabel 4.3
Individuelle skraldespande: Indsamlingsfrekvens, mængde, fejlsortering, tørstof (TS) i biomasse og rejekt samt glødetab (VS) i % af TS i rejekt (efter /14/, /15/ og /19/).

Med hensyn til kvaliteten af det indsamlede organiske affald anses det generelt for muligt at opnå en god kildesortering med få % fejlsorteringer. Den bedste sortering ses i områder med enfamiliehuse og dermed individuelle skraldespande. Der ses ikke direkte sammenhæng mellem informationsindsatsen og sorteringskvaliteten (erfaringer fra Kolding viser dog at informationsindsatsen har indflydelse på mængder af organisk affald, der indsamles ).

I potentialeundersøgelsen /3/ er mængderne, der findes pr. husstand, alene de organiske fraktioner, mens de andre undersøgelser er baseret på indsamlede mængder og derfor også omfatter indsamlingsposer og fejlsorteringer. Disse fraktioner udgør dog kun få procent af affaldets samlede masse, hvorfor resultaterne fra de forskellige undersøgelser godt kan bruges som sammenligningsgrundlag .

I potentialeundersøgelsen /3/ er der i lighed med resultaterne for fuld- og storskalaundersøgelserne fundet store variationer mellem forskellige geografiske områder (figur 4.1) /14/. Undersøgelsen viser endvidere, at den potentielle mængde organisk affald ved kildesortering afhænger mere af forskellene i antallet af personer i boligen end af boligtypen (tabel 4.4).

Figur 4.1.
Gennemsnitlige mængde organisk affald pr husstand og uge i 7 forskellige boligområder med enfamilieboliger, restriktiv kildesortering /14/.

I tabel 4.4 er indsamlingspotentialet opgjort med udgangspunkt i forskellige sorteringsvejledninger. De mest restriktive indsamlingsordninger omfatter kun "ikke forarbejdet vegetabilsk affald", "andet vegetabilsk affald" og "animalsk affald". I de mest lempelige ordninger indgår yderligere "vådt aftørringspapir", "blomster og potteplanter" og "dyreekskrementer"

Tabel 4.4
Potentialet for kildesorteret organisk dagrenovation ved restriktive og mindre restriktive kildesorteringsordninger opdelt på boligtype /14/.

Ud fra spørgeskemaundersøgelsen /20/, som var baseret på relativt mange husstande, vurderede man, at det er muligt at indsamle mellem 60 og 90 kg organisk affald pr. person pr. år, svarende til 1,2-1,8 kg pr. person pr. uge. Også i denne undersøgelse fandt man stor variationsbredde i de indsamlede mængder mellem kommunerne.

Der er således stor usikkerhed forbundet med at forudse hvor store mængder kildesorteret organisk dagrenovation, der kan forventes indsamlet i et givent område. Da forskellene i de indsamlede mængder ikke kan forklares ud fra områdets karakter, beboertæthed, boligtype, indsamlingsordning etc., må det antages, at folks velvilje og forbrugsvaner har afgørende indflydelse.

I tabel 4.5 er de potentielle og de realiserbare mængder indsamlet kildesorteret organisk dagrenovation sammenstillet.

Tabel 4.5
Sammenstilling af potentielle og realiserede mængder indsamlet kildesorteret organisk dagrenovation /14 /.

*Værdierne er beregnet under antagelse af at etageboliger(Fælles skraldespande) i gennemsnit har 1,9 beboer og enfamilieboliger (Individuelle skraldespande) 2,4

Det fremgår af sammenstillingen i tabel 4.5, at der er en stor variationsbredde i de indsamlede mængder. Opgørelser i større samlede områder peger dog på, at det er muligt at indsamle op mod 80 % af potentialet – mest i mindre kommuner, hvor der gøres en stor indsats for information og opfølgning.

I den samfundsøkonomiske analyser er der anvendt et vægtet skøn over indsamlet mængde organisk affald pr. husstand pr. uge på henholdsvis 4,0 kg for enfamilieboliger og 1,8 kg for etageboliger /6/. I dette skøn er lagt stor vægt på resultaterne fra Århus. Tallene svarer til en gennemsnitlig indsamlingsprocent på 61 % (se afsnit 6.1).

4.2 Forbehandling

Forbehandling af den kildesorterede organiske dagrenovation indgår i alle eksisterende tekniske systemer. Forbehandlingen foregår i de fleste tilfælde inden affaldet køres til biogasanlægget (i Aalborg sker forbehandlingen på selve biogasanlægget). På selve biogasanlægget kan der dog ske både yderligere forbehandling og efterbehandling af affaldet.

I undersøgelserne er repræsenteret 4 forbehandlingsanlæg. To fuldskalaanlæg i rutinemæssig drift - neddeling og magnetseparation i Grindsted og rullesigte i Herning. En prototype i form af skrueseparator i Vaarst Fjellerad der har været modificeret og fornyet et par gange i de senere år. Endelig en stempelseparator der har været under udvikling og teknisk afprøvning på AFAV /21/.

De forskellige forbehandlingsanlæg er baseret på meget forskellige tekniske og fysiske principper og er også delvis indrettet til at behandle affald fra bestemte indsamlingsordninger. Affaldets oprindelse (renhed og indsamling) har i kombination med forbehandlingsteknologier betydning for hvor stor en andel af komponenterne i det kildesorterede affald, der føres videre til bioforgasning – og dermed afgørende indflydelse på energiudbyttet og indhold af næringsstof i restproduktet. Sammenhængen mellem indsamling og forbehandling er undersøgt ved, at affald fra de forskellige områder og indsamlingsordninger er behandlet på forskellige anlæg /19/.

Ud over de undersøgte forbehandlingsanlæg forbehandles organisk dagrenovation på en skrueseparator på Novoren og et rullesigteanlæg i Århus, som dog planlægges udskiftet med en skrue- eller stempelseparator.

Neddeling og magnetseparering giver meget lidt rejekt - mindre end 1%, men denne forbehandlingsmetode kan kun anvendes på meget rent kildesorteret organisk dagrenovation. Den lave rejektprocent betyder, at hovedparten af det oprindeligt kildesorterede organiske dagrenovations-tørstof og -glødetab føres til bioforgasning med deraf følgende højt biogasudbytte pr. ton indsamlet organisk dagrenovation.

Både rullesigten og skrueseparatoren giver meget høje rejektprocenter - i gennemsnit 35. Det betyder, at kun ca. halvdelen af det oprindelige kildesorterede organiske dagrenovations-tørstof og -glødetab senere bioforgasses, mens den anden halvdel frasepareres og forbrændes.

Biomassen fra skrueseparatoren er meget ren, om end små plaststumper visuelt kan identificeres efter indsamling i plastposer - men vægtmæssigt er det meget lidt. Rullesigten resulterer i mere plast og større partikler i form af plast og papir i biomassen efter indsamling i plastposer. Rullesigten i Herning er nu nedlagt. Denne løsning synes ikke at kunne sikre et tilstrækkeligt lavt plastindhold i biomassen til at undgå tekniske problemer ved den efterfølgende bioforgasning og til, at biomassens indhold af plastblødgørere kan holdes sikkert under slambekendtgørelsens afskæringsværdi for plastblødgørere (DEHP). Anvendes papirposer findes stort set ikke plast ved sigtning af biomassen.

Stempelseparatoren på AFAV I/S har kun været anvendt på få læs affald. De foreløbige resultater peger på, at det kildesorterede affalds sammensætning har stor betydning for rejektmængden, som i afprøvningen har ligget mellem 7 og 35 %. Affald indsamlet i papirpose giver den laveste rejektprocent – lavere end når tilsvarende affald behandles på de øvrige forbehandlingsanlæg.

4.3 Karakterisering

Formålet med karakterisering af den kildesorterede organiske dagrenovation har været at etablere grundlæggende dokumentation for hvor meget næringsstof, der potentielt kan genindvindes og hvor meget energi, der kan produceres ved bioforgasning af affaldet afhængig af indsamlingssystem, kildesortering og forbehandling. Konkret er kildesorteret organisk dagrenovation fra fælles og individuelle skraldespande fra kildesorteringsordningerne i Grindsted, Hovedstadsområdet, Kolding, Vejle og Aalborg over en 11 måneders periode hver to gange blevet behandlet på forskellige forbehandlingsanlæg: neddeling+magnetseparering, rullesigte og skrueseparator. I enkelte tilfælde er den tidsmæssige variation belyst med 6 prøver over perioden /11/. Den forbehandlede organiske dagrenovation (biomassen) og rejektet er karakteriseret fysisk og kemisk, og metanpotentialet er målt i laboratoriet eller på pilot-biogasanlæg. Efterfølgende er den afgassede biomasse karakteriseret med hensyn til kemisk sammensætning og restmetanpotentiale.

Biomassen består typisk af 22-32% tørstof heraf 83-93% organisk stof (VS). Tørstoffet består af 10-14% fedt, 13-15% protein, 10-16% stivelse, 4-10% sukker og 16-24% træstof. De målte komponenter udgør i snit 80% af det organiske stof, resten anses for at være "andre kulhydrater".

Sammensætningen af biomassen for et givet system varierer over tid – forskelligt for forskellige parametre. Variationen er størst for stivelse og sukker, som let omsættes, men også indholdet af P og Cl varierer meget. For de øvrige parametre er den tidsmæssige variation lille. For centrale parametre som tørstof, glødetab og enzymfordøjeligt organisk stof (EFOS) kun 3-10 %.

Tabel 4.6
viser den gennemsnitlige sammensætningen for de forskellige geografiske områder og forbehandlingsteknologier /14/ og /11 /.

Kun hvad angår askeindholdet har man konstateret en signifikant forskel mellem de geografiske områder. Askeindholdet er størst i biomasse fra Kolding og Vejle (15,0-16,7%) og mindst i Hovedstadsområdet (6,5-11,2%) og Grindsted (10,0%). Den geografiske variation i askeindholdet, som findes i den kildesorterede organiske dagrenovation, påvirkes ikke signifikant ved forbehandlingen.

De væsentligste forskelle i biomassens sammensætning skyldes forbehandlingen. Mellem neddeling + magnetseparering og rullesigtning er forskellen med hensyn til den resulterende biomasses sammensætning dog marginal. Den væsentligste forskel findes mellem biomasse fra rullesigtning og skrueseparator. Anvendes skrueseparator indeholder biomassen mere vand (relativt 7-20% mindre TS), mere fedt (relativt 10-20% mere), mindre træstof (relativt 22-40% mindre) og mere EFOS.

Det organiske stof i rejektet (ekskl. plast) er overordnet set ikke væsentligt forskelligt i sammensætning fra det organiske stof i biomassen; men metanpotentialet på VS-basis er dog i snit 25-40 % mindre end potentialet i biomassen.

Komponentsammensætning og grundstofindhold varierer meget lidt i biomassen fra kildesorteret organisk dagrenovation. Det teoretiske biogaspotentiale er beregnet på basis af den gennemsnitlige komponentsammensætning og fås til i gns. 530 Nm³ CH₄/ton VS. Der er ikke signifikant forskel mellem geografiske områder, fælles eller individuelle skraldespande eller forbehandling.

Målinger i laboratoriet over 50 døgn viser et metanpotentiale på i middel 465 Nm³ CH₄/ton VS. Der er heller ikke her systematiske forskelle mellem geografiske områder, fælles eller individuelle skraldespande eller forbehandling. De beregnede værdier er som forventet noget højere end de faktisk målte værdier, men der er ingen korrelation mellem beregnede og målte værdier.

Endelig er metanudbyttet for biomasse fra kildesorteret organisk dagrenovation bestemt for 14 prøver ved bioforgasning i pilot-biogasanlæg. Resultaterne varierede mellem 300 og 400 Nm³ CH₄/ton VS, med et gennemsnit på 340 Nm³ CH₄/ton VS. Variationen i gas-udbyttet kan heller ikke her henføres til geografisk område, fælles eller individuel indsamling eller til forbehandlingsteknologien.

I tabel 4.7 er metanindholdet omregnet til biogasmængder. I de velfærdsøkonomiske beregninger i kapitel 6 regnes med, at der i gennemsnit produceres 125 m³ biogas pr. ton forbehandlet organisk dagrenovation (biomasse). Dette udbytte er fastsat ud fra resultaterne i tabel 4.7 og en forventning om, at forbehandlingsteknologien kan forbedres ved en markant udbygning af antallet af forbehandlingsanlæg.

Tabel 4.7
Producerede mængder metan og biogas /14/.

Bioforgasningen i pilot-biogasanlægget omsatte mellem 75 og 80 % af VS-indholdet i biomassen. Metanudbyttet er bestemt efter, at stabil drift er etableret, og det vurderes næppe for sandsynligt, at væsentlig højere metanudbytte kan opnås i fuldskala anlæg. Den afgassede biomasse har et potentiale for yderligere at danne 40-50 Nm³ CH₄/ton VS oprindeligt tilført pilot-biogasanlægget svarende til yderligere 10-15% metan /22/.

Opholdstiden i termofile, kontinuerte biogasreaktorer vil typisk være så kort (ca. 15 dage), at en væsentlig del af affaldets metanpotentiale ikke bliver realiseret. Der er derfor gennemført et projekt til belysning af hvor meget rest-metan, der dannes ved efter- slutlagring af afgasset organisk dagrenovation /22/.

Undersøgelserne viser, at metanproduktionen i praksis er meget lille ved de temperaturer, der findes i gylletanke, der bruges til lagring af det bioforgassede materiale. Restmetanproduktionen fra bioforgasset organisk dagrenovation er begrænset både af temperaturen og af omsætteligheden af VS.

Ud fra beregninger vurderes der ikke at være nogen væsentlig energigevinst forbundet med at opsamle denne restmetanproduktion. Den er beregnet til kun at udgøre ca. 8 promille af den metan, der i øvrigt produceres under bioforgasningen.

Emissionen vil have nogen effekt på drivhusgasbalancen, idet metanemissionen fra lagring af afgasset affald er beregnet til at reducere den samlede besparelse på drivhusgasregnskabet med ca. 4 %.

4.4 Brændværdi og energibalance

De samlede energiforhold ved henholdsvis forbrænding og bioforgasning af organisk dagrenovation er opgjort for de to teknologiers energiproduktion og energiforbrug /11/ og /24/.

Den producerede biogas kan brændes af i en gasmotor med kedelanlæg med kombineret el- og varmeproduktion eller i en gasmotor med elproduktion alene. Energieffektiviteten i et kedelanlæg med kombineret el- og fjernvarmeproduktion er som på et forbrændingsanlæg på mellem 80 og 90 % af indfyret energi. Elvirkningsgraden i en gasmotor er typisk højere end i et affaldsforbrændingsanlæg. Den samlede energivirkningsgrad på et affaldsforbrændingsanlæg ligger mellem 80 og 85%.

Antages det, at biogassen indeholder 65 % metan opnås i et anlæg (energivirkningsgrad på 85 % i gasmotoren) med både el- og varmeproduktion en samlet energiproduktion på 19,8 MJ per Nm³ biogas. Produceres kun el på gasmotoren falder energivirkningsgraden væsentlig og vil ligge på mellem 30 og 40 % afhængig af gasmotortype.

I tabel 4.8 er de forskellige energi-input og -output ved selve forbrændingen og bioforgasningen opstillet for de i fuldskalaforsøgene undersøgte områder og teknologier inklusiv energien til gødningssubstitution, men eksklusiv energiforbrug til indsamling og transport. Ligeledes er der i tabellen ikke taget hensyn til kvaliteten af energien, hvor el er en mere højværdig energiform end varme /11/.

Tabel 4.8
Energimæssig sammenligning af behandling af 1 ton kildesorteret organisk dagrenovation ved forbrænding og bioforgasning (MJ/ton organisk dagrenovation) /11/.

Se her!

I projektet om basisdokumentation for biogaspotentialet af organisk dagrenovation /11/ og /24/ er der gennemført modelberegninger af forskellige systemer. Modelberegningerne af energibesparelser er gennemført for kildesorteret organisk dagrenovation for de forskellige scenarier med hensyn til kildesorteringskriterier, indsamlingssystem, forbehandling og bioforgasning samt forbrænding af rejektet. Tilsvarende besparelser er også beregnet for direkte forbrænding af den organiske dagrenovation. I beregningerne indgår transport, procesenergi, energiproduktion samt energiforbruget til substitution af kunstgødning.

Energibalancen for bioforgasning af den organiske dagrenovation er den samme, om forbehandlingen sker på rullesigte eller skrueseparator og er i øvrigt ikke signifikant forskellig fra forbrænding af den organiske dagrenovation for Grindsted, Hovedstadsområdet, Kolding og Vejle. Der er en lille fordel (ca. 9%) i Aalborg, hvis gassen benyttes til både el og varmefremstilling.

Det skyldes hovedsageligt, at elproduktionen er relativ større ved bioforgasning end ved forbrænding, og da 1 kWh el leveret til en forbruger har højere kvalitet (energi) end 1 kWh fjernvarme, spares der en større mængde (primær) energi. Dette bygger på en antagelse om, at hele fordelen ved samproduktion af el og varme på et kraftvarmeværk tillægges varmeproduktionen. Regnes resultaterne i leveret energi som i tabel 4.8, bliver forskellen på energiproduktionen mellem forbrændings- og bioforgasningsscenarierne minimal.

Bioforgasningen af biomassen og forbrændingen af rejektet bidrager stort set med lige stor produktion af energi. Den største samlede energiproduktion fås, når mest tørstof går i rejektet og mest vand i biomassen. Energibesparelsen ved at substituere kunstgødning og energiforbruget til indsamling og transport af affaldet udgør hver for sig kun ca. 10% af energien. Dette indikerer, at optimering af energibesparelsen ved bioforgasning bør fokusere på optimering af gasproduktionen, gasudnyttelsen og forbrændingen af rejektet.

Den samlede energibalance er meget robust over for ændringer i det teknologiske system, idet ændringerne i energibesparelsen er lille ved en rejektmængde på 7 % frem for normalt på 30-40 % (+7%), ved en halvering af energiforbruget til indsamling af kildesorteret affald (+5%), ved en øget køreafstand fra 25 km til 150 km til forbehandlingsstedet (-9%) og ved en 13 % forøgelse af biogasproduktionen per ton (+9%). Dog vil en ændring i det teknologiske system hvad angår energiudnyttelsen have væsentlige konsekvenser, idet et biogasanlæg med en gasmotor, hvor varmen køles væk, vil give en reduktion i energibalancen på 23 % (-23%). Tilsvarende vil et affaldsforbrændingsanlæg, der ikke kan afsætte varmeproduktionen, forringe forbrændingsløsningen væsentligt.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |