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

Basisdokumentation for biogaspotentialet i organisk dagrenovation

2. Del: Scenarier og resultater

2.1 Indledning

Denne del af bilagsrapporten præsenterer de miljømæssige vurderinger af en række scenarier for bioforgasning af kildesorteret organisk dagrenovation. En beregning for hver scenario omfatter dog, som alternativ til kildesortering at det organiske dagrenovation, en uopdelt indsamling af det organiske dagrenovation sammen med andet affald med henblik på forbrænding. Scenarierne har alle som udgangspunkt en kildesorteret mængde af organisk dagrenovation på 1000 kg.

Beregningerne af massestrømme, energi, emissioner af drivhusgasser samt udnyttelse af næringssalte er beregnet med DTU-biogasmodellen, som er beskrevet i det ovenstående (Del 1).

Beregningerne bygger i væsentligt omfang på data bestemt under Miljøstyrelsen basisdokumentation for bioforgasning af organisk dagrenovation; blandt andet sammensætning af kildesorteret organisk dagrenovation, målte biogaspotentialer og data for forbehandlingen (Christensen m.fl. 2002).

Til scenarieberegningerne er der for overblikkets skyld taget udgangspunkt i den kemiske affaldssammensætning af det kildesorterede organiske dagrenovation indsamlet i Hovedstadsområdet, se Tabel 2-1. Beregningerne i referencesecenariet samt i de efterfølgende scenarier foretages kun for affald med sammensætning som i Hovedstadsområdet. Et sammenlignende scenario i sammenfatningen sammenligner dog de energi- og CO₂-mæssige konsekvenser for de forskellige affaldssammensætninger fra de 5 involverede områder i Miljøstyrelsens Basisdokumentation: Hovedstadsområdet, Kolding, Vejle, Ålborg og Grindsted.

Tabel 2-1:
Kemisk karakterisering af organisk dagrenovation fra Hovedstadsområdet (beregnet efter Christensen m.fl. 2002)

De gennemførte beregninger omfatter et reference scenario samt 10 scenarier med ændrede parametre til belysning af betydning af usikre data eller ændrede forudsætninger omkring det teknologiske systems funktion. Hvert scenario indeholder 6 beregninger bestående af 5 forskellige forbehandlinger kombineret med bioforgasning samt alternativet, hvor det organiske dagrenovation forbrændes direkte sammen med øvrigt indsamlet affald, Figur 2-1. Der er valgt 5 forskellige forbehandlinger i alle scenarier, da forbehandlingen antages at være et meget kritisk element i systemet, og hvormed der kun haves begrænsede erfaringer. Beregningerne i det enkelte scenarierne er mærket a til f:

1. Forbehandling med rullesigte: data for affald fra Hovedstadsområdet forbehandlet på rullesigte i Herning
2. Forbehandling med skrueseparator: data for affald fra Hovedstadsområdet forbehandlet på skrueseparator i Vaarst Fjellerad (Ålborg)
3. Forbehandling med stempelpresse: data for affald fra Hovedstads-området forbehandlet på fra AFAV
4. Hypotetisk forbehandling hvor vand og glødetab (VS) fordeler sig ligeligt mellem forbehandlet biomasse og rejekt (andel af H₂O til biomasse 50 %, andel af VS til biomasse 50 %)
5. Hypotetisk forbehandling, hvor andelen af glødetab (VS) til biomassen er væsentlig lavere end andelen af vand til biomasse (andel af H₂O til biomasse 80 %, andel VS af til biomasse 40 %). Herved dannes et rejekt med et relativt højt tørstofindhold og en forbehandlet affaldsfraktion med et lavt tørstofindhold.
6. Forbrænding af al organisk dagrenovation

Referencerne a-e henviser til forskellige forbehandlingsmetoder, som har betydning for biogasproduktion, affaldsforbrænding af rejekt og dermed også for konsekvenserne for miljøet. Referencerne a, b og c er faktuelle fuld-skala forbehandlinger udført på affald fra Hovedstadsområdet, hvor fordelingen af de karakteristiske parametre er beregnet ud fra analyser af forbehandlet biomasse og rejekt (Christensen m.fl. 2002). Fordelingen for forbehandling c bygger dog kun på et enkelt forsøg, hvor fordelingen for a og b bygger på en større række forsøg. Referencerne d og e er hypotetiske forbehandlinger, hvor vand og VS (og alle resterende kemiske parametre) bliver fordelt henholdsvist uhensigtsmæssigt og meget fordelagtig set i forhold til bioforgasning og den totale energiproduktion. Fordeling af masse, vand og andre karakteristiske parametre til forbehandlet biomasse til bioforgasning ses i Tabel 2-2. Værdierne er udtryk for den andel mellem 0 og 1 af den enkelte parameter, som føres til biogasanlægget. Den resterende mængde op til værdien 1 af hver parameter føres således til rejektet.

Tabel 2-2:
Fordeling af kemiske parametre ved forbehandling til bioforgasning, værdi angiver andelen mellem 0 og 1 af parameteren, som føres i den forbehandlede biomasse til bioforgasning. Den resterende del af parameteren op til værdi 1 antages at bliver ført med rejekt til forbrænding.

¹⁾ Miljøstyrelsens Basisdokumentation
²⁾ AFAV forsøg med Hovedstadsområdets affald. Der foreligger kun analyseresultater for TS og VS, resterende stoffer fordeles som TS og VS
³⁾ Hypotetisk fordeling

Bilagsrapporten er opbygget indledningsvist med referencescenariets antagelser samt resultater. Derefter følger beskrivelse af hvert af de 10 scenarier med beskrivelse af de ændrede parametre samt de deraf følgende resultater. Endeligt opsummeres og sammenlignes alle scenarier kort.

Figur 2-1:
Scenarier og beregninger

I sammenfatningen af scenarierne vurderes parametrene og effekterne af ændrede teknologier, samt en sammenligning af de indsamlede affaldssammensætninger fra de 5 involverede områder i Miljøstyrelsen basisdokumentation: Hovedstadsområdet, Kolding, Vejle, Ålborg og Grindsted. Sammenligningen foretages for alle områderne med undtagelse for Grindsted for beregninger a), b) og f), dvs. for forbehandling på rullesigte, skrueseparator i Vaarst-Fjellerad samt forbrænding.

2.2 Reference scenario

2.2.1 Anvendte teknologier i referencescenariet

Dette afsnit beskriver de teknologier, som er indgår i referencescenariet. En del af disse ændres i de scenarier, der beskrives i kapitel 3.:

	Biogasanlægget er valgt som i Herning, termofil men uden væsentlig efterseparering.
	Energiudnyttelse af biogas til både el- og fjernvarmeproduktion.
	Affaldsforbrænding udnytter ligeledes energien til produktion af både el og fjernvarme.
	Efterlagring af gødningsvæske sker med opsamling og afbrænding af gasser uden emission af metan til atmosfæren.
	Indsamlingen antages at foregå i etagebebyggelse.
	Transporter af biomasse og rejekter er valgt med gennemsnitsværdier af små og store lastvogne.
	Allokering af energi mellem el og fjernvarme ved ekstern kraftvarme produktion sker ved exergimetoden, som tager hensyn til kvaliteten af hhv. elektricitet og fjernvarme ved udregning af CO2 emissioner fra kraftvarmeværker.

Tabel 2-3 viser de valgte teknologier. Navnene henviser til metodevalg i DTU Biogasmodel. De enkelte teknologier er nærmere beskrevet i modeldokumentationen (Del 1).

Tabel 2-3:
Teknologier i affaldssystemet gældende for referencescenario

Indsamlingen antages at ske i områder med blandet bebyggelse. Desuden antages, at separat indsamling af kildesorteret organisk dagrenovation kræver et dobbelt så stort dieselforbrug (per vægtenhed) i forhold til traditionel indsamling uden kildesortering af organisk dagrenovation. Denne antagelse anses at være den øvre grænse for energiforbruget til separat indsamling. Betydningen af dette valg undersøges senere. Afstand fra indsamlingsområdet til hhv. forbehandlingsanlægget og forbrændingsanlæg er sat til 25 og 15 km, Tabel 2-4. Afstanden på 25 km fra indsamlingsområde til et forbehandlingsanlæg med biogasanlæg kan være lavt sat, men i scenario 3 øges denne afstand til 150 km, for at vurdere betydningen af kørselsafstande.

Tabel 2-4:
Indsamlingsområde og dieselforbrug (Interne oplysninger DTU, 2002)

Teknologien for biogasanlæg er defineret som et termofilt biogasanlæg uden væsentlig efterseparering af gødningsvæske. Omsætningen af glødetab (VS) er vurderet ud fra forsøgsanlæg sammenholdt med målte biogaspotentialer til 75 % (beregnet af data i Christensen m.fl. 2002), Tabel 2-5.

Tabel 2-5:
Tekniske specifikationer ved biogasanlæg

Teknologien for gasmotoren svarer til motoren i Herning, som udnytter gassen til produktion af både fjernvarme og elektricitet. Den totale virkningsgrad for motoren er 85 % hvoraf 38 % er elvirkningsgraden. Metanudslippet af uforbrændt metan fra gasmotoren er sat til 3 % af den producerede mængde metan, hvilket anses som en gennemsnitlig værdi for typiske udslip (J. de Wit, 1998). Se Tabel 2-6.

Tabel 2-6:
Tekniske specifikationer ved biogasmotor

Affaldsforbrændingsanlægget er defineret til at udnytte energien til produktion af både elektricitet og fjernvarme, hvorved den bedste energivirkningsgrad opnås. Energivirkningsgraden er 85 % hvoraf 22 % er til elproduktion. Egetforbruget på forbrændingsanlægget er fastsat til 80 kWh per ton. Se Tabel 2-7.

Tabel 2-7:
Tekniske specifikationer for affaldsforbrændingsanlæg

Ved forbrug og produktion af energi i form af el og fjernvarme hhv. forbruges og substitueres energikilder, som indfyres ved kraftvarmeværker. Ligeledes opstår eller undgås emissioner fra kraftvarmeværkerne, og disse energiforhold og emissioner medtages i vurderingen af det samlede affaldssystem. Allokeringen af energikilder og emissioner mellem 1 kWh elektricitet og 1 kWh fjernvarme gøres med exergimetoden, som tager hensyn til energikvaliteten . Herved tillægges elektricitet en højere kvalitet end varme, da udnyttelsesgraden er væsentlig lavere ved elproduktion end ved varmeproduktion. Tabel 2-8 viser energikilder og emissioner der dannes eller substitueres ved forbrug og produktion af el og varme.

Tabel 2-8:
Energideklaration for exergi allokeringsmetode (Energi E2, 2000)

2.2.2 Resultater for referencescenariet

Resultaterne fra DTU Biogasmodellen giver en oversigt over massestrømmene i affaldssystemet, en oversigt over energiforbrug og produktioner samt en oversigt af emissioner, eller undgåede emissioner, af drivhusgasser fra systemet (Del 1 for nærmere beskrivelse).

Figur 2.1 til 2.7 viser massestrømmene for våd vægt, TS, vand, VS, og for næringssaltene N, P og K for referencescenario b), som svarer til forbehandling med skrueseparator på Vaarst-Fjellerad biogasanlæg.

Se her!

Figur 2-2:
Massestrømme for våd vægt for reference scenario b). Figuren viser at rejektmængden er på ca. 44 % og at biogassen udgør 88 kg per ton kildesorteret organisk dagrenovation til biogasanlæg. Der føres 444 kg til forbrænding og 464 kg gødningsvæske til landbruget.
    

Se her!

Figur 2-3:
Massestrømme for TS for reference scenario b). Figuren viser at rejektmængden er på ca. 47 % på TS basis og at biogassen udgør 88 kg TS per ton kildesorteret organisk dagrenovation til biogasanlæg. Der føres 141 kg TS til forbrænding og 69 kg TS i gødningsvæske til landbruget.
    

Se her!

Figur 2-4:
Massestrømme for vand for reference scenario b). Størstedelen af vand i kildesorteret organisk dagrenovation føres med gødningsvæsken til landbruget. Der føres dog en stor del, ca. 300 kg, fra forbehandlingen til forbrænding.
   

Se her!

Figur 2-5:
Massestrømme for VS reference scenario b). 88 kg VS omsættes til biogas og 36 kg føres videre ikke nedbrudt til landbruget. 125 kg VS føres fra forbehandling til forbrænding.
    

Se her!

Figur 2-6:
Massestrømme for kvælstof for reference scenario b). Knap6 kg kvælstof, N, som udgør ca. 56 %; føres til landbruget, hvor de resterende 44 % føres fra forbehandling til forbrænding. Der tages ikke i massestrømmene hensyn til afdampning af kvælstof i form af ammoniak.
    

Se her!

Figur 2-7:
Massestrømme for fosfor for reference scenario b). Fosfor fjernes i højere grad ved forbehandling end kvælstof og derfor føres kun ca. 39 % videre til landbrugsjorden, hvor de resterende 61 % føres fra forbehandling til forbrænding. Det skyldes fordelingen ved forbehandling ved forbehandling b), se Tabel 2-2.
   

Se her!

Figur 2-8:
Massestrømme for kalium for reference scenario b). Fordelingen af kalium følger billedet fra kvælstof strømmene. Ca. 55 % af det tilstedeværende kalium i kildesorteret organisk dagrenovation føres til landbrugsjorden.

Tabel 2-9 viser forbruget af primær energi i MJ og udslippet af drivhusgasser i kg CO₂-ækvivalenter. Negative værdier repræsenterer en besparelse af energi eller emission, hvor positive værdier repræsentere et forbrug af energi eller en emission af drivhusgasser. Værdierne under forbehandling inkluderer elektricitetsforbruget til selve separeringen i en forbehandlet affaldsfraktion og en rejektfraktion. Under biogasanlægget er værdierne en sum af el- og varmeforbrug på anlægget samt energiproduktionen og metanemissioner fra biogasmotoren. Resultaterne under lagring refererer til metanemission ved efterlagring af gødningsvæske hos landmændene. Der antages ingen energiforbrug eller -produktion ved lagring, og derfor er energiresultatet under lagring altid 0. Resultatet under subs. gødning repræsenterer den energimængde, som substitueres ved anvendelse af næringssalte på landbrugsjorden. Resultaterne under forbrænding inkluderer ikke kun energiproduktionen ved affaldsforbrænding, men også de forbrug der måtte være af el og varme. Indsamling og transport inkluderer selve indsamlingen af husholdningsaffaldet, men også de transporter der måtte være af forbehandlet husholdningsaffald, rejekt og afgasset affald mellem behandlingsanlæg og slutdisponering.

Energimæssigt kan en gevinst på op mod 20 % opnås, hvis forbehandlingen er tilstrækkelig effektiv til at sortere vandet i affaldet til bioforgasning og tørstoffet, inklusiv glødetabet, til forbrænding. Hvis forbehandlingen ikke opfylder disse betingelser, opnås ingen gevinst ved bioforgasning i forhold til forbrænding mht. energi. Emissionen af drivhusgasser følger meget energibalancen, da der ved energiproduktion opstår CO₂ emissioner. Der er dog en lidt mindre gevinst med hensyn til drivhusgasser ved bioforgasning, idet der opstår metanudslip fra bl.a. gasmotoren. Da metan har et højt drivhusgaspotentiale (1 kg CH4 = 25 kg CO₂-ækvivalenter) bidrager dette udslip væsentlig til emissionen af drivhusgasser. Det betyder, at på trods af en energigevinst på ca. 20 % i scenario e, er gevinsten på udslippet af drivhusgasser kun på 13 %. De øvrige scenarier a til d har et større udslip af drivhusgasser (=mindre negativt) end forbrænding, på trods af samme energigevinst.

Tabel 2-9:
Resultater for energi og udslip af drivhusgasser for reference scenario (1000 kg)

Figur 2-9 viser de totale emissioner af drivhusgasser sammenholdt med det totale energiforbrug. Energiforbruget er i alle scenarier negativt, hvilket betyder at der forekommer en samlet produktion af energi i affaldssystemet.

Figur 2-9:
Energiforbrug og emissioner af drivhusgasser for referencescenariet for bioforgasning med 5 typer forbehandling og forbrænding.

Figur 2-10 viser energiforbruget (positive værdier) og energiproduktionen (negative værdier) for de enkelte processer ved affaldssystemet. Det ses, at forbehandlingerne a til d har næsten samme resultat, hvorimod forbehandling e, hvor størstedelen af vandet føres til biogasanlægget og størstedelen af glødetabet til forbrænding, overordnet set har det bedste resultat, som også er væsentlig bedre end forbrænding, referencescenario f. Det fremgår af figuren, at den store energigevinst, skyldes den energi, der opstår ved forbrænding af rejektet, som er relativ tørt i forhold til den ikke forbehandlede dagrenovation.

Figur 2-10:
Referencescenario for primær energiforbrug angivet i MJ primær energi for hver enkelt delproces i affaldssystemet. Positive værdier er udtryk for et forbrug, mens negative værdier er udtryk for et undgået forbrug af primære energiressourcer fra energiproduktion i systemet.

2.2.3 Fortolkning af resultater

2.2.3.1 Energi

Energimæssigt er variationen fra det dårligste biogasscenario til det bedste på 25 %. Det bedste scenario kan dog kun opnås ved en ideel forbehandling. En ideel forbehandling kan defineres ved at føre vandindholdet i det kildesorteret affald til biogas, og samtidig føre tørstof og glødetab til forbrænding. Energigevinsten opnås pga. en meget høj energiproduktion ved affaldsforbrænding af det relative tørre rejekt.

2.2.3.2 Drivhusgasser

Emissionen af drivhusgasser er stort set ens for scenario a til d. Scenario e) har dog en væsentlig forbedring på ca. 30 % i forhold til de øvrige biogasscenarier. Det skyldes, at udslippet af uforbrændt metan her ikke er væsentligt, da en meget stor del af affaldet forbrændes, og biogasproduktionen følgelig er mindre end i de øvrige scenarier.

2.2.3.3 Næringssalte

Mængden af næringssalte, N, P og K, der føres tilbage til landbrugsjorden, er forskellig for de forskellige delscenarier, idet forbehandlingen har betydning for, hvordan næringssaltene fordeler sig. Potentialet af næringssalte i det kildesorteret organiske dagrenovation er:

	N 9,8 kg/ton
	P 1,2 kg/ton
	K 2,95 kg/ton

Det fremgår af Tabel 2-10, at mængden af næringssalte, der føres til landbrugsjorden, er mere end fordoblet i delscenario c i forhold til e. Dette skyldes, at den samlede rejektmængde er på kun 7 % i c, mens den tilsvarende mængde i delscenario e) er 32 %. Ved en stor rejektmængde mistes en stor del af næringssaltene til forbrænding.

Tabel 2-10:
Næringssalte tilført landbrugsjord i referencescenario samt andele af potentiale i kildesorteret organisk affald

2.3 Scenarier med ændrede parametre

Referencescenariet beskriver et sandsynligt teknologisk system til bioforgasning af kildesorteret organisk dagrenovation, idet forbehandlingen dog er repræsenteret med forskellige aktuelle og hypotetiske teknologier. De øvrige elementer i det teknologiske system kan imidlertid også variere, og der kan være usikkerhed om anvendte forudsætninger og data. Der er derfor gennemført en række yderligere beregninger af scenarier, hvor centrale parametre er søgt varieret. De gennemregnede scenarier vedrører:

Scenarierne består, som referencescenarierne, hver især af 6 scenarier: 5 forskellige forbehandlingsteknologier med efterfølgende bioforgasning (a til e) og et forbrændingsscenario (f).

2.3.1 Ændrede kildesorteringskriterier

I Scenario 1 antages at kildesorteringen ændres fra de nuværende sorteringskriterier til et system, hvor kildesorteringskriterierne foreskriver, at tørt organisk dagrenovation indsamles med restfraktionen. Det kan være tørre servietter, køkkenrulle og lignende, som har en god brændværdi, der udnyttes mere optimalt ved affaldsforbrænding. Det antages, at der kan føres 10 % af den organiske fraktion til restfraktionen til forbrænding. Tørstofindholdet i denne mængde antages at være 80%, da den forventes at bestå af den mest tørre del af den organiske dagrenovation. Det medfører at de sidste 90 % af den organiske dagrenovation føres til forbehandling og efterfølgende bioforgasning, Figur 2-11. TS i denne delfraktion er på 24,33 %. Affalds-sammensætningen er som vist i Tabel 2-11. Opnåelse af dette kildesorteringskriterium er muligvis vanskelig, men scenariet har til formål, at vise i hvilken retning resultaterne vil føre, hvis der søges en ændret kildesortering.

Tabel 2-11:
Mængder, TS og VS i referencescenario og i scenario 1

Se her!

Figur 2-11:
Massestrømme for scenario 1b, ændret kildesortering. Det ses at 100 kg føres uden om forbehandling og 900 kg føres til forbehandling.

Resultaterne viser en forbedring på i gennemsnit 8 % for energiproduktionen og 11 % på udslippet at drivhusgasser, Tabel 2-12 og Figur 2-12. Det er især forbrændingen, der forbedrer resultatet, da en større andel af affald forbrændes, og denne del har samtidig et mindre vandindhold og dermed et mindre fordampningstab under forbrændingsprocessen. Resultatet for forbrændingsscenario 1f er uændret, hvorved fordelen for biogasscenarierne øges. Scenario 1e har ca. 25 % bedre energigevinst og knap 20 % bedre CO₂-gevinst end forbrændingsscenariet, Figur 2-13. For de øvrige delscenarier er forskellen 10-15% hvad angår energi.

Tabel 2-12:
Resultater fra scenario 1: Ændrede kildesorteringskriterier

Figur 2-12:
Energiforbrug og udslip af drivhusgasser for scenario 1: Ændret kildesortering. Både de undgåede energiressourcer og emission af drivhusgasser øges i scenario 1 i forhold til referencescenariet.
   

Figur 2-13:
Energiforbrug ved reference scenario og scenario 1: Ændre kildesorteringskriterier.

2.3.2 Lavere energiforbrug til indsamling

Under referencescenarierne antages, at indsamlingen af den organiske fraktion har et dieselbehov, som er dobbelt så stort som ved traditionel indsamling, og denne antagelse skal anses som et grænsetilfælde. Det andet grænsetilfælde er, at indsamlingen har samme dieselbehov, uanset om der indsamles separat organisk og restaffald eller traditionelt med hele mængden af dagrenovation. Dette kan i praksis opnås ved at reducere hyppigheden for indsamlingen, f.eks. fra 1 gang ugentlig til 1 gang hver anden uge. Afstande mellem indsamlingsområde og behandlingsanlæg bibeholdes som i referencescenariet, se Tabel 2-13.

Tabel 2-13:
Indsamlingsområde og dieselforbrug i scenario 2

Resultaterne viser en marginal forbedring på det samlede resultat på ca. 3 % for både energiforbrug og emission af drivhusgasser for bioforgasningsscenarierne (a til e). Resultatet for forbrændingsscenariet er uændret, se Tabel 2-14, Figur 2-14 og Figur 2-15.

Tabel 2-14:
Resultater fra scenario 2: Energiforbrug i indsamlingen

Figur 2-14:
Energiforbrug og udslip af drivhusgasser for scenario 2, indsamling. Det mindre dieselforbrug i scenario 2 forbedrer resultaterne marginalt i forhold til referencescenariet.
  

Figur 2-15:
Energiforbrug ved reference scenario og scenario 2. Energi til indsamling næsten halveres i scenario 2 i forhold til referencescenariet.

2.3.3 Øget transportafstand til biogasanlæg

I scenario 3 ændres transportafstanden fra indsamlingsområdet til forbehandlingsanlægget fra 25 km i reference scenariet til 150 km. Dieselforbrug til indsamling er som i referencescenariet, Tabel 2-15.

Tabel 2-15:
Indsamlingsområde og dieselforbrug i scenario 3

Resultaterne (Tabel 2-16, Figur 2-16 og Figur 2-17) viser en forringelse af resultaterne for biogasscenarierne på 9 % mht. energi og CO₂. Resultatet for forbrændingsscenariet er uændret. Bioforgasning af organisk dagrenovation er ikke fordelagtigt mht. energi og drivhusgasser i forhold til forbrænding med denne transportafstand med undtagelse af forbehandling som i scenario e.

Tabel 2-16:
Resultater fra scenario 3, transportafstand til biogasanlæg

Figur 2-16:
Energiforbrug og udslip af drivhusgasser for scenario 3 i forhold til referencescenariet: Transportafstande til biogasanlæg. Resultaterne er forringede pga. den større kørselsafstand fra indsamlingsområde til biogasanlægget.
   

Figur 2-17:
Energiforbrug ved reference scenario og scenario 3. Energiforbruget til indsamling er næsten fordoblet forhold til referencescenariet, ellers er de øvrige delprocesser uændrede.

2.3.4 Øget biogasproduktion

De parametre, som anvendes til beregning af metan i biogasanlægget, er det totale glødetab i den forbehandlede organisk dagrenovation, den potentielle metanproduktion i l CH₄ per kg VS samt nedbrydningsgraden, som beskriver andelen af den potentielle metanprodutkion, som faktisk opnås i biogasreaktoren. I referencescenarierne antages en nedbrydningsgrad på 75 % (Christensen, m.fl., 2002), mens scenario 4 viser konsekvenserne af en bedre nedbrydning og dermed udnyttelse af metandannelsespotentialet. Nedbrydningsgraden sættes til 85 %, mens øvrige parametre bibeholdes, Tabel 2-17.

Tabel 2-17:
Tekniske specifikationer ved biogasanlæg i scenario 4.

Resultaterne viser en forbedring ved biogasscenarierne på mellem 5 og 13 % på energibalancen og 4 og 12 % på CO₂-balancen. Der er størst forbedring, ved scenario c, hvor mængdemæssigt den største andel af affald bliver bioforgasset, Den mindste forbedring er ved scenario e, da en stor del af energien kommer fra forbrænding, som ikke er berørt af ændringen, men scenario e) er dog alligevel det mest fordelagtige med en energi- og CO₂-gevinst på ca. 25 % i forhold til forbrænding, Figur 2-18.

Tabel 2-18:
Resultater fra scenario 4: Øget biogasproduktion.

Figur 2-18:
Energiforbrug og udslip af drivhusgasser for scenario 4, øget nedbrydningsgrad af glødetab. Resultaterne forbedres i forhold til referencescenariet pga. den øgede nedbrydning af VS.
   

Figur 2-19:
Energiforbrug ved reference scenario og scenario 4. Energiproduktion ved biogasanlægget øges i forhold til referencescenariet, men hvor de øvrige delprocesser er uændrede.

2.3.5 Elproduktion alene fra biogasmotor

I scenario 5 antages at gasmotoren kun udnytter energien til elektricitet uden udnyttelse af varmen til fjernvarme. Dette mindsker den samlede virkningsgrad fra 85 % til 38 %, Tabel 2-19.

Tabel 2-19:
Tekniske specifikationer ved biogasmotor i scenario 5.

Resultatet har størst konsekvenser for scenarier hvor størstedelen af energien kommer fra biogasanlægget, især i scenario c, hvor forringelsen er på ca. 35 % på ^{energi og CO}2 i forhold til referencescenariet. Scenario e har en forringelsen på ca. 14 %. Forbrændingsresultatet er uændret, og er fordelagtigt i forhold til scenarierne a til d, og ligestillet med scenario e, Figur 2-20.

Tabel 2-20:
Resultater fra scenario 5: Energiproduktion af biogas

Figur 2-20:
Energiforbrug og udslip af drivhusgasser for scenario 5, energiproduktion ved biogasmotor. Resultaterne i forhold til referencescenariet er væsentlig forringede pga. den lavere udnyttelsesgrad af biogassen.

Af Figur 2-21 fremgår at den energiproduktionen ved biogasanlægget ikke mindskes i samme forhold som energivirkningsgraden i Tabel 2-19, idet exergibetragtningen anvendes til omregning fra produceret energi til primær energi. Da elproduktionen bevares, bevares ligeledes størstedelen af besparelsen af primære energiressourcer, da el er energi af højere kvalitet end varme.

Figur 2-21:
Energiforbrug ved reference scenario og scenario 5. Den lavere energivirkningsgrad ved gasmotoren er årsagen til den lavere produktion.

2.3.6 Mindsket metanudslip fra gasmotor

I referencescenariet er udslippet af uforbrændt metan gennem motoren 3 % af den samlede mængde metan dannet i biogasanlægget, men i scenario 6 antages en reduktion i metanudslippet svarende til kun 1 % udslip som følge af udviklingen af bedre motorer. Energivirkningsgraden ved biogasmotoren stiger til 87 %, da mere metan forbrændes i motoren, Tabel 2-21.

Tabel 2-21:
Tekniske specifikationer ved biogasmotor i scenario 6

Resultaterne viser en forbedring af biogasscenarierne på i gennemsnit 8 % mht. udslippet af drivhusgasser. Drivhusgasudslippet for forbrænding samt energibalancen for biogasscenarierne er uændret i forhold til referencescenarierne.

Tabel 2-22:
Resultater fra scenario 6: Reduceret metanudslip fra gasmotor

Figur 2-22:
Energiforbrug og udslip af drivhusgasser for scenario 6: Reduceret metanudslip ved gasmotor. Energiproduktionen er uændret i forhold til referencescenariet. Resultatet for drivhusgasser er marginalt forbedret pga. den lavere emission af uforbrændt metan fra gasmotoren.

2.3.7 Metanudslip ved efterlagring

Opsamling af biogas fra efterlagring af gødningsvæske sker kun meget sjældent hos landmændene. Derfor antager scenario 7 i modsætning til referencescenariet, at efterlagring af gødningsvæske foregår uden opsamling af gasser. Herved kan den delvist afgassede biomasse fortsat producere metan, som emitterer til atmosfæren.

Omsætningen er sat til 8 %¹ af det tilbageværende metandannelsespotentiale, Tabel 2-23. Dette tilbageværende potentiale består af 25 % af det totale potentiale (75 % af den potentielle metanproduktion udnyttes i biogasanlægget), hvilket betyder, at 6 % heraf svarer til 2 % af den producerede metan.

Tabel 2-23:
Tekniske specifikationer for efterlagring af gødningsvæske i sc. 7

Resultatet viser en forringelse mht. emissionen af drivhusgasser på mellem 17 kg og 38 kg CO₂-ækvivalenter per ton, svarende til 6 og 12 %, størst forringelse på scenarierne a til d og mindst på scenario e. Resultatet for forbrænding samt energibalancerne for alle beregninger er uændret.

Tabel 2-24:
Resultater fra scenario 7: Øget metanudslip fra efterlagring

Figur 2-23:
Energiforbrug og udslip af drivhusgasser for scenario 7: Øget metanudslip ved efterlagring. De undgåede emissioner af drivhusgasser mindskes i forhold til referencescenariet ved en ukontrolleret åben lagring af gødningsvæske.
   

Figur 2-24:
Emission af drivhusgasser for scenario 7 og for referencescenariet. Efterlagring af gødningsvæske medfører et betydelig bidrag til emission af drivhusgasser, hvorved resultatet for drivhusgasser forringes.

2.3.8 Fjernvarmeproduktion alene ved forbrændingsanlæg

I referencescenariet antages et effektivt forbrændingsanlæg, som udnytter forbrændingsvarmen til produktion af både el og varme. I scenario 8 antages, at kun fjernvarme produceres på et varmtvandsanlæg, hvor energivirkningsgraden er 80 % imod 85 på et kombineret kraftvarme anlæg, som anvendes i referencescenariet, Tabel 2-25. Dette scenario kan være interessant, da ikke alle ovnlinjer på forbrændingsanlæggene på nuværende tidspunkt har energiudnyttelse til produktion af elektricitet. Der kan derfor argumenteres for, at den mængde affald, der fjernes fra forbrænding, i realiteten fjernes fra disse ovnlinjer, da man ønsker at holde driften oppe på kapaicitetsmaximum for de øvrige ovnlinjer, hvor både el og varme produceres.

Tabel 2-25:
Tekniske specifikationer for affaldsforbrændingsanlæg i scenario 8

Resultaterne indikerer en klar forringelse ved forbrændingsscenariet på hele 30 % for både energi og drivhusgasser. Biogasscenarierne får en forringelse på mellem 4 og 20 % i forhold til referencescenariet, værst for scenario e. Scenario c er derimod ikke følsom overfor energiudnyttelsen på forbrændingsanlægget, da kun en meget lille del forbrændes som rejekt. Scenario c er den mest fordelagtige løsning og fordelen til bioforgasning er på ca. 40 % for scenario c i forhold til forbrænding, hvor elektricitet ikke produceres, Figur 2-25.

Det kan tilføjes, at energimæssig optimering af forbrændingskoncepterne er mulig, f.eks. ved røggaskondensering, hvor vanddamp kondenseres fra røggassen og derved frigiver varme. På den måde øges energivirkningsgraden og dermed forbedres resultatet af forbrændingsscenariet.

Tabel 2-26:
Resultater fra scenario 8, energiproduktion ved forbrænding

Figur 2-25:
Energiforbrug og udslip af drivhusgasser for scenario 8, energiproduktion ved forbrændingsanlæg. Resultaterne for alle behandlinger forringes væsentligt i forhold til referencescenariet pga. den mindskede energivirkningsgrad ved forbrænding. Ændringen er størst for forbrændingsscenariet f og for biogasscenario 8, hvor der er en stor mængde rejekt.
   

Figur 2-26:
Energiforbrug ved scenario 8, energiproduktion ved forbrændingsanlæg. Energiproduktionen ved forbrænding forringes væsentligt ved et varmtvandsanlæg i forhold til et kraftvarmeanlæg.

2.3.9 Energisubstitution baseret på hhv. kul og naturgas alene

I scenario 9 og 10 antages, at den eksterne energi, som forbruges og substitueres i affaldssystemet er produceret på hhv. stenkul og naturgas og ikke som i reference scenariet, hvor produktionen bygger på et landsgennemsnit. Tabel 2-27 viser forbruget af energikilder samt emissionen af CO₂ for produktion af elektricitet og fjernvarme for de 2 scenarier, og hvor allokeringen mellem el og varme er ved exergimetoden. Det ses, at den samlede energi, der indfyres er uændret, mens CO₂ emissionerne ændres. Scenarierne 9 og 10 har dermed ikke indflydelse på det primære energiforbrug men på udslippet af drivhusgasser.

Tabel 2-27:
Energideklaration for exergi allokeringsmetode for scenario 9 og 10 (Energi E2 og Energistyrelsen, 2002)

Resultaterne viser, pga. den væsentlige energiproduktion i affaldssystemet, at der undgås størst udslip af drivhusgasser, når den eksterne energi er baseret på kulkraft. Det skyldes, at kul har et større udslip af CO₂ per indfyret energi end naturgas. Udslippet af CO₂ er for kul 95 kg/GJ mens for naturgas er værdien 56,9 kg/GJ (Energistyrelsen, 2000). Det betyder, at kul bør substitueres ved energiproduktion frem for naturgas, som er en renere energikilde. Energiproduktion ændrer dog ikke ved prioriteringen mellem forbehandlingsteknologierne og forbrænding, da emissionen af CO₂ har ens betydning for alle beregninger.

Tabel 2-28:
Resultater fra scenario 9, energiproduktion ved kul

Figur 2-27:
Energiforbrug og udslip af drivhusgasser for scenario 9, energiproduktion ved kul. De undgåede emissioner af drivhusgasser øges væsentligt i forhold til referencescenariet pga. substitution af energi baseret udelukkende på kul, som har en stor emission af CO₂ per energienhed.
  

Tabel 2-29:
Resultater fra scenario 10, energiproduktion ved naturgas

Figur 2-28:
Energiforbrug og udslip af drivhusgasser ved scenario 10, energiproduktion ved naturgas. De mindskede undgåede emissioner af drivhusgasser opstår fordi, naturgas har en lavere emission af CO2 per energienhed end gennemsnitlige danske energiproduktion. Energiresultaterne er dog ikke ændret.

2.4 Sammenfatning af scenarieberegninger

Figur 2-29 viser resultaterne på tværs af scenarierne med forbehandling på en skrueseparator, som den foregår i Vaarst-Fjellerad.

Figur 2-29:
Samlet oversigt over energiforbrug per 1000 kg kildesorteret organisk dagrenovation for bioforgasning med forbehandling på skrueseparator for referencescenariet samt for 10 forskellige scenarier.

De vigtigste parametre for et effektivt affaldssystem for bioforgasning, er:

	En effektiv forbehandling som fører TS og VS til forbrænding og vand til biogasanlægget
	En kildesortering som sikrer at den tørre del af det organiske dagrenovation føres til forbrænding (scenario 1), hvor energigevinsten er størst.
	En effektiv nedbrydning af glødetabet i biogasanlægget (scenario 4), således, at gasudbyttet er størst muligt.
	Biogassen udnyttes bedst muligt med produktion af både el og varme.

Derudover kan det konkluderes at:

	Energiforbruget ved indsamling ikke har væsentlig indflydelse
	Meget lange transportafstande (150 km) har nogen om end kun mindre betydning.
	Reduktion af udslip af metan fra gasmotor og efterlagring har nogen om end kun mindre betydning.
	Bioforgasning er klar fordelagtig både energimæssigt og mht. emission af drivhusgasser hvis den alternative forbrænding foregår uden elproduktion.
	Energisubstitution baseret på kul og naturgas har stor betydning for den samlede undgåede emission af drivhusgasser, men det ændrer dog ikke på prioriteringen, da virkningen stort set er ens for bioforgasning og forbrænding.

2.5 Sammenligning af affaldssammensætninger

Til beregning for affaldssammensætninger, som de er indsamlet i de 5 områder, er foretaget under samme antagelser, som referencescenariet i ovenstående beregninger. Dvs. beregninger ikke nødvendigvis repræsenterer et eksisterende system.

Sammenligning af resultater på tværs af affaldssammensætningerne med udgangspunkt i organisk dagrenovation fra de 5 involverede områder i Miljøstyrelsens basisdokumentation viser store forskelle i energi såvel som emission af drivhusgasser. Disse forskelle beror hovedsageligt i forskellige tørstofindhold i affaldet (Tabel 2-30), hvor affald med højt tørstofindhold giver de højeste energiproduktioner både ved bioforgasning og ved affaldsforbrænding, Figur 2-30. Prøvetagningen har antydet, at affaldet fra de 4 områder (Affald fra Grindsted er ikke blevet kørt til Herning og Vaarst-Fjellerad til forbehandling) bliver fordelt forskelligt på de 2 eksisterende forbehandlingsmetoder:. Rullesigte og skrueseparator. Andelen af de relevante parametre, som føres til biogasanlægget fra forbehandlingen, for de 4 typer affald og 2 forbehandlingsmetoder ses i Tabel 2-31. Det har medført gennemsnitlige rejektmængder på:

Tabel 2-30:
Kemisk sammensætning af affald indsamlet i Hovedstadsområdet, Kolding, Vejle, Ålborg og Grindsted (beregnet på grundlag af Christensen, m.fl., 2002).

Tabel 2-31:
Fordeling af kemiske parametre ved forbehandling til bioforgasning, værdi angiver andelen mellem 0 og 1 af parameteren, som føres i den forbehandlede biomasse til bioforgasning. Den resterende del af parameteren op til værdi 1 antages at bliver ført med rejekt til forbrænding (beregnet på grundlag af Christensen, m.fl., 2002).

Resultaterne viser (Tabel 2-32 og Figur 2-30), at på trods at relative store forskelle i rejektmængder for en affaldstype, er resultaterne ikke nødvendigvis væsentlig forskellige. De største fordele ved bioforgasning i forhold til forbrænding opnås hovedsageligt ved affald fra Ålborg. Det skyldes for Ålborgs vedkommende, at store dele af vandindholdet i affaldet føres til biogasreaktoren og et tørt rejekt opnås. Dette sker især ved forbehandling på rullesigten.

Tabel 2-32:
Resultater fra sammenligning af affaldssammensætninger

Figur 2-30:
Energiforbrug og emissioner af drivhusgasser per ton affald indsamlet i for bioforgasning med 2 typer forbehandling for 4 typer affald samt for Grindsted uden forbehandling og forbrænding for alle områder.
   

Figur 2-31:
Energiforbrug fordelt på delprocesser for bioforgasning med 2 typer forbehandling og forbrænding per ton affald indsamlet i de 5 områder.
    

Figur 2-32:
Emission af drivhusgasser fordelt på delprocesser for bioforgasning med 2 typer forbehandling og forbrænding per ton affald indsamlet i de 5 områder.
    

Figur 2-33:
Energiforbrug opgjort i liter råolie per ton for bioforgasning med 2 typer forbehandling og forbrænding for affald indsamlet i de 5 områder.

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