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

Basisdokumentation for biogaspotentialet i organisk dagrenovation

4 Miljøvurdering: Energi, drivhusgasser og næringsstoffer

I dette afsnit gennemføres beregninger af de ressourcemæssige og miljømæssige aspekter af bioforgasning af kildesorteret organisk dagrenovation. For sammenlignelige systemer, men forskellige geografiske og tekniske udformninger gennemføres beregninger af den samlede energibesparelse (MJ primærenergi), besparelse i emissionen af drivhusgasser (CO₂-ækvivalenter) og besparelse i produktion af kunstgødning (kg N, P og K).

Indledningsvist omtales behovet for at kunne beregne de ressourcemæssige og miljømæssige konsekvenser, hvorefter hovedelementerne i DTU-Biogasmodellen præsenteres. Efterfølgende præsenteres de væsentligste resultater af en lang række gennemførte beregninger, idet forskelle mellem geografiske områder, kildesorteringssystemer og forbehandling belyses. Der gennemføres en nærmere analyse af hvor i systemet energi forbruges og spares, og konsekvenserne af eventuelle ændringer i teknologi vurderes.

Beregningerne gennemføres med udgangspunkt i 1 ton våd kildesorteret organisk dagrenovation. Først i sidste afsnit sættes disse beregninger i forhold til hvor meget der kildesorteres pr. person.

DTU-BIOGASMODELLEN og samtlige gennemregnede scenarier er beskrevet i detaljer i Bilag 4.

4.1 Introduktion til beregningsmodel

Bioforgasning af organisk dagrenovation involverer separat indsamling af den organiske dagrenovation ved kilden samt en række teknologiske procestrin som forbehandling, bioforgasning, forbrænding af rejekt og oplagring af forgasset materiale. Den kildesorterede organiske dagrenovation vil eventuelt afhænge af kilden og de benyttede kildesorteringskriterier, ligesom de enkelte procestrin kan udformes teknologisk forskelligt. Bioforgasning af organisk dagrenovation er således ikke en bestemt teknologisk løsning men potentielt mange forskellige teknologiske løsninger. Udfra ønsket om en konsistent beskrivelse af disse alternative teknologiske løsninger samt muligheden for at simulere ændringer i de enkelte delprocesser er det opbygget en excell-baseret model: DTU-BIOGASMODEL (vs 1.00). Modellen beregner for et defineret system masseflow, energiforbrug og –produktion, besparelser i emission af drivhusgasser samt besparelser i næringsstoffer med hensyn til N, P og K.

I modellen indgår forbrænding af rejektet fra forbehandlingen af den kildesorterede organiske dagrenovation. Modellen kan derfor også beregne konsekvenserne for en løsning med forbrænding uden bioforgasning af den organiske dagrenovation.

Det eksisterende datamateriale tillader ikke en egentlig modellering af selve kildesorteringssystemet, indsamlingen samt forbehandlingen af den kildersorterede organiske dagrenovation. Antal af variable og deres kombinationer er stort og deres generelle funktionelle sammenhæng kan ikke bestemmes udfra de eksisterende data. Dette betyder, at modellens første trin er baseret på eksemplariske datasæt for specifikke kombinationer af kildesorteringskriterier, indsamlingssystem og forbehandling. For eksempel, må der vælges, med udgangspunkt i de i nærværende undersøgelse præsenterede data, en kombination af kildesorteringskriterier og indsamlingssystem, som de aktuelt er beskrevet for Grindsted, Hovedstadsområdet, Kolding, Vejle og Aalborg, samt forbehandlingsteknologi, som de pågældende affaldstyper nu er blevet forbehandlet på. De efterfølgende trin i modellen er generelt funktionelle, idet de baserer sig på grundlæggende karakteristiske parametre som brændværdi, metanpotentiale og lignende.

DTU-BIOGASMODEL beregner masseflow, idet disse er grundlaget for enhver systembetragtning, energi, drivhusgasser og næringsstoffer. Disse ressource- og miljøparametre er valgt, fordi de repræsenterer de vigtigste ressource- og miljømæssige parametre ved vurdering af bioforgasning. Det betyder, at modellen i sin nuværende udformning hvad angår ressourcer og miljø ikke vurderer:

	Lugt
	Andre emissioner end metan fra forbrænding af gas og rejekt (og kildesorteret organisk dagrenovation i forbrændingsscenariet)
	Slagger og røggasrensningsprodukter fra forbrænding af rejekt (og kildesorteret organisk dagrenovation i forbrændingsscenariet)
	Værdien af tilførslen af organisk stof til jorden som funktion af anvendelsen af afgasset biomasse
	Emissioner fra transport bortset fra kuldioxid
	Om de beregnede substitutioner for energi (el, varme) og kunstgødning i realiteten kan effektiviseres

4.2 DTU-BIOGASMODELLEN

DTU-BIOGASMODELLEN er kort beskrevet i det følgende, idet det betragtede system beskrives, de teknologiske specifikationer opsummeres og grundlaget for de miljømæssige beregninger præsenteres.

4.2.1 Systembeskrivelse

DTU-BIOGASMODEL betragter et system, som beskrevet i figur 4.2-1. Modellen præsenteret i Bilag 4 har en række yderligere muligheder, der ikke benyttes til de her gennemførte beregninger og som ikke beskrives i det følgende.

Udgangspunktet er 1 ton kildesorteret organisk dagrenovation med en given sammensætning. Affaldet rutes via indsamling, transport og forbehandlingsanlæg til biogasanlæg, hvad angår biomassen, mens rejektet føres til forbrænding. Fra biogasanlægget udtages også bundfald, der deponeres, og flydestof, der tilføres forbrændingsanlægget. Disse mængder er dog i de givne beregninger meget små. Biogassen, der produceres, benyttes i en gasmotor. Den afgassede biomasse oplagres og benyttes som gødning på marker.

Undervejs beregnes alle energiforbrug og energiproduktioner, ligesom mængden af næringsstoffer, der via den afgassede biomasse tilføres marken, antages at substituere kunstgødning, der ellers skulle produceres og transporteres.

Se her!

Figur 4.2.1
Systemskitse for DTU-BIOGASMODEL.

4.2.2 Tekniske specifikationer

De tekniske specifikationer og antagelser er med udgangspunkt i 1 ton våd kildesorteret dagrenovation:

	Den kildesorterede organiske dagrenovation specificeres ud fra data for det undersøgte affald i Grindsted, Hovedstadsområdet, Kolding, Vejle eller Aalborg. Der skelnes ikke mellem affald fra fælles og individuelle skraldespande. Dele af affaldet kan efter nærmere specifikation rutes direkte til forbrænding, hvis dette ønskes. Denne mulighed kan benyttes til at undersøge eventuelle ændringer i kildesorteringskriterierne.
	Indsamlingen af den kildesorterede organiske dagrenovation beskrives ved et dieselforbrug pr. ton våd indsamlet dagrenovation og antages som udgangspunkt at kræve dobbelt så meget energi pr. ton som indsamling af restaffaldet. Data for sidstnævnte stammer fra upublicerede data indsamlet af DTU.
	Forbehandlingen specificeres som fordelingen af våd vægt, TS, VS, vand, N, P og K mellem biomasse og rejekt for de kombinationer af kildesorteret organisk dagrenovation og forbehandlingsteknologi, der er indgået i nærværende undersøgelse. Fiktive forbehandlingsteknologier kan også inddrages, blot fordelingen af ovennævnte parametre kan specificeres. Forbehandlingens forbrug af el specificeres på baggrund af data fra rullesigten på Knudmoseværket og skrueseparatoren i Vaarst-Fjellerad.
	Biogasanlægget inklusiv hygiejnisering, efterafgasningstank og lagertanke beskrives ved en mængde metan produceret pr. t VS tilført. Denne fastsættes som et metanpotentiale for biomassen multipliceret med en nedbrydningsgrad. I referencescenariet er benyttet et metanpotentiale på 450 Nm3CH4/tons VS og en nedbrydningsgrad på 75%. Forbrug af el, varme og vand er fastsat ud fra data fra danske biogasfællesanlæg.
	Rejektet føres til forbrændingsanlæg og energien benyttes som udgangspunkt til el og varme. Brændværdien af rejektet er baseret på målinger fra de pågældende forbehandlingsanlæg og rejektets vandindhold. Forbrændingsanlæggets forbrug af el baserer sig på grønne regnskaber fra danske forbrændingsanlæg.
	Biogassen afbrændes i gasmotor med fremstilling af el og som udgangspunkt også varme. Emissionen af uforbrændt metan antages at være 3% af metanmængden.
	Lagringen af gødningsvæsken hos landmand antages som udgangspunkt at ske ideelt, det vil sige uden emission af metan.
	Transporten beskrives som dieselforbrug pr. ton og km og fastsættes på baggrund af erfaringstal for lastbiler med stor fyldningsgrad. Som udgangspunkt benyttes følgende afstande til forbehandlingsanlæg: 25 km, fra forbehandlingsanlæg til biogasanlæg: 0 km, fra biogasanlæg til forbrændingsanlæg: 25 km og fra biogasanlæg til landmand: 12 km.

4.2.3 Ressource- og miljøparametre

De ressourcemæssige og miljømæssige parametre opgøres efter følgende retningslinjer:

	Energi omregnes fra el, varme og diesel til primærenergi målt som megajoule (MJ), hvilket betyder at kvaliteten af energien tages i betragtning. Primærenergi udtrykker således alle direkte og indirekte energiforbrug der medgår til at producere den el, varme og diesel, der forbruges eller spares. Omregningerne følger principperne i UMIP, 1997. Alle energiudnyttelsesanlæg antages som udgangspunkt at være effektive og med høje virkningsgrader. For eksempel antages for både gasmotor og forbrændingsanlæg at den samlede energivirkningsgrad er 85%, med ca. 22% til el ved affaldsforbrænding og 38% til el ved gasmotoren.
	Drivhusgasemissionerne beregnes udfra forbrænding af fossile brændsler, dvs. olie, kul o.l. der benyttes i fremstillingen af diesel, el og varme. Kuldioxid stammende fra organisk affald tillægges ingen drivhusgasemission, da det organiske affald bygger på fotosyntese. Metan, der emitteres, tillægges en drivhusgasemission der er 25 gange kuldioxids, idet alle drivhusgasser omregnes til CO2-ækvivalenter.
	Næringsstofferne opgøres som kg N, P og K, idet næringsstofferne konservativt følger biomassen efter forbehandlingen. Det antages at kun 60% af N tilføres markerne, idet en del tabes som ammoniak og noget bindes utilgængeligt for planter. P og K antages ligeså tilgængeligt som P og K i kunstgødning. Næringsstofferne antages at substituere tilsvarende mængder N, P og K i kunstgødning. Dette giver også en energimæssig besparelse, idet udvindingen, oparbejdningen og transporten af kunstgødningen spares. Denne besparelse indgår i energiopgørelsen og baserer sig på generelle tal om kunstgødningsproduktion.

4.3 Gennemførte beregninger

Opgørelsen af energi, drivhusgasser samt N, P og K er gennemført for ca. 80 scenarier som beskrevet i Bilag 4. Udvalgte resultater er præsenteret i det følgende.

4.3.1 Geografiske og systemmæssige vurderinger

Med udgangspunkt i de i afsnit 4.2 præsenterede specifikationer er besparelserne i energi, drivhusgasser og næringssalte beregnet for kildesorteret organisk dagrenovation fra de 5 geografiske områder forbehandlet i nærværende undersøgelse på forskellige forbehandlingsanlæg. Samme beregninger er gennemført for forbrænding af det samme affald sammen med restaffaldet. Resultaterne er præsenteret i tabel 4.3-1.

Energibesparelsen 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, mens der er en lille fordel på bioforgasning i Aalborg (ca. 9%).

For drivhusgasserne er besparelsen ens ved bioforgasning og forbrænding for alle de undersøgte scenarier. Dog opnås der ca. 12 % mindre besparelse i drivhusgasemission ved bioforgasning frem for forbrænding i Grindsted. Dette skyldes udslip af metan.

Besparelsen i N, P og K forekommer ikke ved forbrænding og er ca. 5-7 kg N, 0,5-1 kg P og 1,5-2 kg K for bioforgasning af kildesorteret organisk dagrenovation fra Hovedstadsområdet, Kolding, Vejle og Aalborg. I Grindsted er besparelsen knap 100 % større, da rejektmængden her er forsvindende.

4.3.2 Energiforbrug og -besparelser

Energibesparelsen er væsentlig og også i stor udstrækning styrende for besparelsen i drivhusgasemissionen. Der er derfor foretaget en nærmere opgørelse af hvilke delprocesser, der forbruger eller producerer energi. Resultatet heraf er for de samme kombinationer som præsenteret i tabel 4.3-1 opgjort i tabel 4.3-2.

Tabel 4.3-1:
Besparelse i energi (primærenergi), drivhusgasser og næringsstoffer pr. ton kildesorteret organisk dagrenovation under antagelse af at alle energianlæg fremstiller både el og varme. Ved forbrænding kildesorteres den organiske dagrenovation ikke, men indsamles med restaffaldet.

* MJ er megajoule: 1 liter olie svarer til ca. 36 MJ

Tabel 4.3-2 viser at bioforgasningen af biomassen og forbrændingen af rejektet stort set bidrager med lige stor produktion af energi. Forskellene, der observeres i nogle af tilfældene, afhænger af fordelingen af tørstof og vand ved forbehandlingen. Den største samlede energiproduktion fås, når mest tørstof går i rejektet og mest vand i biomassen. Eller sagt med andre ord, der fås samlet set mest energi ved at forbrænde tørstoffet, men det koster energi at fordampe vandet. Det bemærkes, at energibesparelsen ved at substituere kunstgødning har samme størrelse som energiforbruget til indsamling og transport af affaldet. Hver for sig - dog med modsat fortegn - udgør de dog kun ca. 10% af den samlede energiproduktion ved bioforgasning af biomassen og forbrænding af rejektet. Dette indikerer, at optimering af energibesparelsen ved bioforgasning bør fokusere på optimering af gasproduktionen, gasudnyttelsen og forbrændingen af rejektet

Tabel 4.3-2 :
Energiforbrug (positiv) og energibesparelse (negativ) opgjort som primærenergi pr. ton kildesorteret organisk dagrenovation indsamlet i forskellige geografiske områder og behandlet på forskellig vis under antagelse af at alle energianlæg fremstiler både el og varme. Ved forbrænding kildesorteres den organiske dagrenovation ikke, men indsamles med restaffaldet.

* MJ er megajoule: 1 liter olie svarer til ca. 36 MJ
a: Der er reelt et lille energiforbrug til neddeling og magnetseparering

4.3.3 Teknologiske vurderinger

Beregninger præsenteret i tabel 4.3-1 og tabel 4.3-2 omfatter det teknologiske referencescenario omtalt i afsnit 4.2. Teknologiske systemer, der afviger fra referencescenariet, vil også resultere i ændrede besparelser med hensyn til energi, drivhusgasser og næringsstoffer. Effekterne af sådanne forandringer er beregnet i tabel 4.3-3, som viser konsekvenserne af, at en enkelt parameter er ændret i forhold til det teknologiske referencescenario for kildesorteret organisk dagrenovation indsamlet i Hovedstadsområdet.

Tabel 4.3-3 viser, at overordnet set er den samlede energibesparelse meget robust over for ændringer i det teknologiske system, idet ændringerne i energibesparelsen er lille ved:

	at skrueseparatoren kun giver 7% rejekt mod normalt 30-44 % (+7%)
	at energiomkostningerne ved reduktion af energiforbruget til indsamling af kildesorteret affald halveres og svarer til energiomkostningerne ved indsamling af restaffaldet (+5%)
	at køreafstanden til forbehandlingsstedet øges fra 25 km til 150 km (-9%)
	at biogasproduktionen pr. tons VS øges med 13% (+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 energibesparelsen på ca. 23% (-23% ved sammenligning med tallene præsenteret ovenfor).

Tabel 4.3-3:
Energiforbrug (positiv) og energibesparelse (negativ) opgjort som primærenergi pr. ton kildesorteret organisk dagrenovation indsamlet i Hovedstadsområdet behandlet på forskellig vis under varierende teknologiske scenarier. Ved forbrænding kildesorteres den organiske dagrenovation ikke, men indsamles med restaffaldet

* MJ er megajoule: 1 liter olie svarer til ca. 36 MJ

4.4 Vurdering af usikkerheder ved beregningerne

De gennemførte beregninger er naturligvis behæftet med nogen usikkerhed, dels hvad angår antagelser vedrørende det overordnede system og de enkelte delprocesser, dels hvad angår de benyttede data.

Vedrørende næringsstofferne vurderes det at usikkerhederne er relative små, idet bioforgasningen på alle punkter er væsentlig bedre end forbrændingen, og mængden af næringsstoffer, der potentielt kan genanvendes, er direkte proportional med indholdet i affaldet og andel af biomasse opnået ved forbehandlingen. Disse størrelser er målt i dette projekt på en række prøver og må opfattes som kendte. Selve udnyttelsen af næringsstofferne, det vil sige om den beregnede besparelse i brug af kunstgødning er reel, er næppe heller meget usikker, idet det må antages at langt størstedelen af bioforgasningen af den kildesorterede organiske dagrenovation vil ske på biogasfællesanlæg uden efterfraseparering af fiberfraktionen inden udbringningen af den afgassede biomasse.

Vedrørende de energimæssige beregninger vurderes de største usikkerheder at være knyttet til energianlæggenes funktion. Det er altafgørende at energianlæggene både producerer el og varme og at den producerede energi rent faktisk substituerer anden energi. Det er således vigtigt at energieffektiviteten er høj og besparelsen er reel. Dette vil ikke altid være tilfælde og det må anbefales at disse aspekter nøje vurderes i det rette lokale og regionale perspektiv. Usikkerhederne knyttet til de tekniske systemer, herunder hvor meget biogas der produceres, er af betydning men næppe afgørende. Skønsmæssigt er usikkerhederne af samme størrelse som de observerede forskelle.

Vedrørende drivhusgasserne er usikkerhederne i det væsentlige analoge til usikkerhederne vedrørende energibesparelserne. Metans særlige bidrag til drivhusgasserne er primært knyttet til udslippet ved gasmotoren og i mindre grad til opbevaringen af afgasset kildesorteret organisk dagrenovation. Usikkerheden omkring det faktiske metanudslip er ikke udslagsgivende for betragtningerne om drivhusgasserne.

Der er i undersøgelserne konstateret store lokale og tidsmæssige variationer både i affaldets sammensætning, forbehandlingens effektivitet, i metanpotentialer og delvist også i pilot-biogasanlæggets metanudbytte. Men da projektet har omfattet mange prøvetagninger, karakteriseringer og forsøg vurderes det, at de gennemførte gennemsnitsbetragtninger bygger på et godt grundlag og derfor på rimelig vis repræsenterer danske forhold hvad angår bioforgasning af kildesorteret organisk dagrenovation.

4.5 Perspektivering

De ovenfor gennemførte vurderinger er baseret på 1 ton våd kildesorteret organisk dagrenovation. Antages det, at der indsamles 60 kg vådt kildesorteret organisk dagrenovation pr. person om året (denne størrelse er vurderet som en typisk værdi baseret på rapporter publiceret inden 2001, bilag 1), svarer de beregnede energibesparelser til ca. 200-250 MJ, 15-17 kg CO₂, 0,3-0,7 kg N, 0,03-0,08 kg P og 0,08-0,17 kg K pr. person om året. Energibesparelsen svarer i runde tal til 5-6 l olie, hvilket ikke er systematisk højere en besparelsen ved at forbrænde det organiske affald.

Den eneste generelle systematiske forskel, sammenlignet med forbrænding, er besparelsen af N, P og K ved bioforgasningsløsningen og her er besparelsen størst ved de teknologier, der resulterer i mindst rejekt ved forbehandlingen. Besparelsen svarer om året pr. person til i størrelsesorden en pose kunstgødning, der vejer ca. 1-2,5 kg afhængig af forholdene og kunstgødningstypen.

Indsamles der for hver enkelt dansker 60 kg kildesorteret organisk dagrenovation svarende til 310 000 tons udgør dette om året ca. 2500 tons N, 250 tons P og 520 tons K, hvilket er hhv. 1,0 %, 1,4 % og 0,8% af Danmarks forbrug af kunstgødning (Statistisk Tiårs Oversigt 2001).

Tabel 4.3-4:
Besparelse i energi, drivhusgasser og næringsstoffer pr. person om året ved kildesortering af 60 kg våd organisk dagrenovation pr. person om året under antagelse af at alle energianlæg fremstiler både el og varme. Ved forbrænding kildesorteres den organiske dagrenovation ikke, men indsamles med restaffaldet.

* MJ er megajoule: 1 liter olie svarer til ca. 36 MJ

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