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

Madaffald fra storkøkkener

6 LCA-screening af biogas med central indsamling og forbehandling

6.1 Systemafgrænsning

Løsningen med biogas med central indsamling og forbehandling omfatter følgende processer:

• Håndtering af madaffald i køkkenerne
• Indsamling og transport
• Forbehandling (Neddeling, hygiejnisering og tøndevask)
• Bioforgasning
• Produktion af el og varme
• Anvendelse af gødning

Indsamlingen af madaffald for dette scenarie forudsættes at udgøres af det eksisterende system baseret på spande. Det forudsættes, at ca. 50% af køkkenerne tager spanden med ind i køkkenet, således at der anvendes små opsamlingsspande ved håndtering af halvdelen af madaffaldsmængden. De små opsamlingsspande vaskes i køkkenernes opvaskemaskine, efter de er tømt i indsamlingsspanden.

Madaffaldet køres til 2-3 centrale forbehandlingsanlæg. Indsamlingssystemet benyttes kun til madaffald fra storkøkkener. Transporten foregår over relativt lange afstande. Beregning af transporten er baseret på data fra de nuværende behandlingsanlæg.

På de centrale forbehandlingsanlæg bliver spandene tømt, madaffaldet neddelt og hygiejniseret. Det er i princippet de samme processer, madaffaldet gennemgår, som ved den tidligere produktion af madpulp, bortset fra, at madaffaldet hygiejniseres (ved 70 °C i en time) i stedet for at blive tryksteriliseret. På forbehandlingsanlægget foretages vask af spande med varmt vand og rengøringsmiddel.

Varmeforbruget til hygiejnisering baseres på varme fra naturgasbaseret kraftvarmeanlæg, som også forudsættes at være den varme, der fortrænges, når biogasanlægget producerer varme på baggrund af madaffaldet. Der varmeveksles på madaffaldet, og varmen anvendes til vask af de store spande. Efter forbehandlingen transporteres madaffaldet ud til et nærliggende biogasanlæg.

Gasproduktionen/-potentialet er fastsat på baggrund af et gennemsnit af stikprøver på madaffaldets sammensætning fra PNA samt de udrådningsforsøg (baseret på prøver fra Daka Ortved), der er gennemført i tilknytning til projektet. Udrådningsforsøget konkluderede, at der sker en større omsætning af affald, der har været varmebehandlet (ved 70 °C, 1 time) end ubehandlet affald. Det er på baggrund af udrådningsforsøget antaget, at der sker en 90% omsætning af affaldet, når det har været varmebehandlet.

Det forudsættes, at biogassen forbrændes på et kraftvarmeanlæg. Biogasanlæggets eget forbrug af el fratrækkes anlæggets elproduktion.

Den producerede el substituerer el produceret på et gennemsnitligt kulfyret kraftvarmeanlæg. Den producerede varme substituerer varme fra naturgasbaseret kraftvarmeanlæg. Tilvejebringelsen af råstofferne til den substituerede el- og varmeproduktion samt tilvejebringelsen af dieselolie er medtaget i LCA-screeningen.

Ved udbringning af afgasset madaffald forudsættes næringsstofferne i madaffaldet at substituere handelsgødning. Gødningsværdien af det afgassede madaffald fastsættes på baggrund af madaffaldets indhold af fosfor og kalium samt den forventede udnyttelse af kvælstof fra det afgassede storkøkkenaffald (På baggrund af Thorkil Birkmose, Landskontoret for Planteavl), der sættes til 75%.

Tilvejebringelse af spande og andet indsamlingsmateriel, forbehandlingsanlæg og biogasanlæg er ikke med i LCA-screeningen. Tilvejebringelsen af energianlæg til den substituerede el- og varmeproduktion er med i LCA-screeningen, da det ikke har været muligt at skille disse data fra driftsdata.

6.2 Håndtering af madaffald i køkkenerne.

Da en del af de blå indsamlingsspande må placeres i køkkenerne og en del ikke må (afhængig af holdningen hos den enkelte Fødevareregion), forudsættes det, at ca. 50% af madaffaldet opsamles i en 20 liters spand, inden det tømmes over i selve indsamlingstønden, og at spanden gennemgår en vask efter hver tømning. Der er tale om 50% af 3,8 tons vådt affald pr. t TS, vægtfylde sættes til 650 kg/m³, hvilket giver et antal snavsede spande på ca. 150 spande pr. t TS, som skal vaskes i køkkenets opvaskemaskine.

Der forudsættes vasket ca. 4 spande i en vask, hvilket giver ca. 38 vask pr. t TS.

Tabel 6.1: Forbrugsdata for opvaskemaskine 2002 (Jeros 8130)

Ovennævnte data for opvaskemaskine, der er anvendt i LCA-screeningerne, er indhentet hos en leverandør af opvaskemaskiner til storkøkkener og er baseret på en maskine af mærket Jeros 8130. Dataene er fra 2002. Hovesta har efterfølgende oplyst, at der er andre typer opvaskemaskiner, der er mere udbredte blandt storkøkkenerne. Der er derfor indhentet oplysninger om en Hobart HX60, der er en noget mindre maskine og derfor vil kunne vaske 2 (evt. 3) spande pr. vask i stedet for 4 (eller mere). Denne har et energiforbrug på i alt 0,35 kWh el pr. vask og et vandforbrug på 3,5 liter pr. vask. For begge maskiners vedkommende er der taget højde for, at vandet i vasketanken kun skiftes et begrænset antal gange pr. dag. Hobart-maskinen kræver en decideret afskylning af emnerne inden opvask, hvorimod Jeros-maskinen kun behøver en begrænset afskylning. Der skal således tillægges et ekstra forbrug af opvarmet vand til Hobart-maskinen.

Sammenfattende må siges, at de anvendte forbrugsdata nok ligger i den høje ende, men at de samtidig ikke er urealistisk høje.

Indsamling og transport

Ved fastsættelse af datagrundlaget for transport af madaffald fra storkøkkener er der primært taget udgangspunkt i de oplysninger, det har været muligt at tilvejebringe fra de eksisterende indsamlere af madaffald. Det drejer sig om data fra Renoflex og Daka hhv. på Sjælland og i Randers.

Daka Randers og Ortved indsamler 25-30 kg madaffald pr. km. Da de også indsamler fra nogle enkelte større virksomheder, sættes værdien til 25 kg/km svarende til 40 km/ton. Der indsamles hos køkkenerne 1-2 gange pr. uge. Der forudsættes kørsel i en 18 tons lastbil med en lasteevne på 9,2 ton. Ved en gennemsnitligt kapacitetsudnyttelse på 50% for hele ruten og en gennemsnitlig hastighed på 50 km/time fås 0,23 l/km (jf. nedenstående tabel) x 40 km/ton =9,2 liter/ton. Værdien er lavere end de oplyste værdier fra de andre indsamlere (jf. Tabel 6.2), hvilket evt. kan skyldes mindre hyppig indsamlingsfrekvens, som der er i hele Jylland/Fyn området, ligesom energiforbrug til tomgang ikke er med.

Tabel 6.2: Brændstofforbrug for 18 tons lastbil (Cowi, 2000).

Renoflex anvender 6,6 liter/ton i København og 9,7 liter/ton i Nordsjælland (der indsamles med meget forskellig hyppighed, men gennemsnitligt ca. 2-3 gange pr uge). Hertil skal lægges en transport til Daka Ortved (i 9-10 ton containere): 0,27 l/km (v. 70 km i timen og næsten fuld kapacitetsudnyttelse x 60 km) = 1,8 liter/ton.

Dvs. 8,4 liter/ton for København og 11,5 liter/ton for Nordsjælland.

Daka Ortved (øvrige Sjælland) anvender 11,5 liter dieselolie pr. ton madaffald (2-3 gange indsamling pr. uge)

En gennemsnitlig værdi for central indsamling sættes til ca. 10 liter/ton madaffald. I Jylland/Fyns-området indsamles som nævnt ikke så hyppigt som på Sjælland.

Dvs. 38 liter/t TS for den centrale løsning.

Dertil kommer transport fra forbehandlingsanlæg til biogasanlæg, der er sat til en afstand på 40 km (80 km incl. tom returtransport). Dieselolieforbrug i er km (Cowi, 2000).

Ved selve udbringning på mark anvendes overslagsmæssigt 0,4 l/t km (Johnsen Høj, 1995) svarende til ca. 50 MJ/t TS.

Dieselolie forudsættes afbrændt i en 16-18 tons lastbil, Euro II, baseret på UMIP-data.

Tøndevask
På det centrale forbehandlingsanlæg foretages vask af 60 liters tønder. Ved 3,8 tons vådt affald pr. t TS, vægtfylde på ca. 650 kg/m³, giver det et antal snavsede tønder på ca. 98 stk. pr. t TS. Data for tøndevask er baseret på oplysninger om Renoflex' tøndevaskeanlæg og firmaet Ib Faldt (leverandør af tøndevaskeanlægget). Dataene er fra 2002.

Tabel 6.3: Forbrugsdata for tøndevaskeanlæg (Ib Faldt/Renoflex, 2002).

Der foreligger ingen oplysninger om spildevandsudledning separat for tøndevask.

To leverandører, der leverer sæbe til tøndevask til de to største indsamlere af madaffald, har givet oplysninger om sammensætningen af sæberne. I miljøoplysningerne for den ene sæbe er anført, at den indeholder et organisk stof, som er giftigt for organismer i vandmiljøet og samtidig kan give uønskede langtidseffekter på grund af stoffets langsomme nedbrydning. I UMIP-metoden findes ikke karakteriseringsfaktorer for de stoffer, der er indeholdt i denne sæbe.

Dette gælder også for den anden sæbe, bortset fra et af stofferne, hvis bidrag til toksicitet er medtaget i LCA-screeningen.

Ifølge miljøgodkendelse af PNA-anlægget fra 1990 ligger COD-indholdet i det udledte rengøringsvand her på ca. 2.800 mg/l. Dette indeholder imidlertid også 7-8% kondensat, som formentlig er mere stofholdigt. På den anden side anvender PNA-anlægget en del mere vand pr. spand, så et bud på COD-udledning for et tøndevaskeanlæg sættes til ca. 3.000 mg/l, svarende til en COD-udledning på ca. 15 kg/t TS.

Spildevandet føres til kommunalt renseanlæg, hvor det renses ned til Vandmiljøplanens grænseværdier. Rensningen er forbundet med nedenstående forbrug samt slammængde.

Tabel 6.4: Forbrugsdata for renseanlæg baseret på et konkret anlæg (Topholm, 1995).

I forbindelse med tøndevask opsamles der endvidere en mindre mængde madrester fra spildevandet i et filter. Dette kommer sammen med det øvrige madaffald til bioforgasning.

6.3 Neddeling og hygiejnisering

Energiforbruget til neddeling af madaffaldet er på baggrund af oplysninger i et grønt regnskab fra Daka Ortved sat til ca. 1 kWh/ton madaffald, dertil er lagt et energiforbrug fra samme kilde på 1,3 kWh/ton madaffald til intern transport, i alt er energiforbruget til neddeling på 9 kWh/t TS.

Energiforbruget til hygiejnisering er beregnet på baggrund af, hvor meget energi der skal til for at opvarme 1 ton madaffald (her sat lig varmekapaciteten for 1 ton vand). Opvarmningen forudsættes at være fra 15°C til 75°C (kravet er 70°C, men i praksis vil det opvarmes til 75°C) og udgør et energiforbrug på 280 kWh/t TS (inkluderet et skønnet varmetab på 5% for at kunne holde temperaturen over en time). 15°C er en gennemsnitlig udgangstemperatur baseret på oplysninger fra PNA og Daka Ortved, der ligger på hhv. 20°C og 10°C på grund af forskellige opbevaringsforhold for madaffaldet. Madaffaldet forudsættes opvarmet til 75 °C for med sikkerhed at kunne overholde de 70 °C i en time.

Der er lavet varmetabsberegninger på transport og lagring af hygiejniseret madaffald. Hvis der forudsættes transport i en 30m³ tank på en strækning på 40 km (45 min, 80 km/t, gennemsnitstemp. udenfor på 7,5 °C – ifølge DMI), vil varmetabet være på ca. 6,5 °C. Forudsættes det, at madaffaldet aflæsses og opbevares i en 50 m³ tank med 200 mm isolering og løbende indfødes i biogasreaktoren over to døgn, tabes yderligere ca. 1,5 °C. I alt er det et varmetab på 8 °C, som sættes til ca. 10°C, (usikkerhed ±3°C) (Baunwall, 2002).

I forbindelse med central forbehandling vil det være relevant at varmeveksle på det færdighygiejniserede madaffald, således at varmen kan udnyttes til opvarmning af vand til vask af tønder. Der vil her være tale om at udtage en varmemængde svarende til et temperaturfald i madaffaldet på ca. 10°C (PNA, 2002). Rent beregningsteknisk er dette håndteret ved, at vi som tidligere beskrevet har medtaget hele forbruget til tøndevask og i stedet kompenserer for en mulig varmegenvinding fra madaffaldet ved at antage, at der fortrænges en varmemængde svarende til det nævnte temperaturfald (10°C x 4,2 KJ/kgK x 3,8 kg madaffald/t TS = 44 kWh/t TS).

Temperaturen i madaffaldet vurderes således at være på ca. 55 °C ved indfødning i biogasreaktoren svarende til procestemperaturen i reaktoren.

6.4 Biogasanlæg

I det følgende er de emissioner, der vil optræde i forbindelse med biogasanlægget og efterfølgende udbringning af afgasset biomasse, kvantificeret:

Ammoniakfordampning fra lager er sat til, at ca. 4% af kvælstofindholdet i madaffald fordamper, svarende til 1,6 kg NH₃/t TS (usikkerhed ±2%). (Forskningscenter Foulum og Bygholm, 2002).

Ammoniakfordampning efter udbringning er sat til, at 10% af kvælstofindholdet i madaffaldet fordamper, svarende til 4,1 kg NH₃/t TS (På baggrund af et groft skøn vurderes det, at ammoniakfordampningen kan variere mellem 5-15%). (Birkemose, 2002).

Methanudslip fra lager er beregnet på baggrund af data fra DJF’s rapport fra 2001 ”Reduktion af drivhusgasemission fra gylle og organisk affald ved biogasbehandling” (0,37 kg CO₂-ækv./kg VS og 21 kg CO₂-ækv./kg CH₄) svarende til ca. 16 kg CH₄/t TS. (Usikkerhed ±25%, kvalificeret skøn af en af rapportens forfattere).

Afdampning i form af lattergas efter udbringning er beregnet på baggrund af data fra samme kilde: (0,05 kg CO₂-ækv./kg VS og 310 kg CO₂-ækv./kg N₂O) svarende til ca. 0,15 kg N₂O /t TS. (usikkerhed DO).

Methanudslip fra gasmotor er vurderet på baggrund af kommunikation med Dansk Gasteknisk Center og er sat til 1,5% af indfyret gasmængde (usikkerhed ± 1%) svarende til 5,5 kg CH₄/t TS madaffald (507 m³ CH₄/t TS madaffald, massefylde på 0,72 kg/m). I dag er emissionen gennemsnitlig ca. på 3 % af indfyret gasmængde på naturgasfyrede motorer, som både omfatter for- og åbenkammer motorer. Biogasmotorer er udelukkende åbenkammer motorer, som har en lavere emission.

Emission af SO₂ fra gasmotor er sat til 0,018 g/MJ på baggrund af kommunikation med Energistyrelsen (Tafdrup, 2002), svarende til 328 g/t TS.

Emission af NO_x fra gasmotor er sat til 0,200 g/MJ (Koordineringsudvalget for biogasfællesanlæg, 1991), svarende til 3.640 g/t TS.

Egetforbruget på biogasanlægget
Egetforbrug i form af elforbrug på anlægget ligger gennemsnitligt set på 5-6 kWh/ton (Fødevareøkonomisk Institut, 2002). Af hensyn til madaffaldets højere tørstofindhold og dermed øget elforbrug ved omrøring sættes elforbruget for madaffald skønsmæssigt til 9 kWh/ton. Elforbruget baseres på samme type energi, som anlæggets elproduktion fortrænger, jf. nedenstående.

Der er ikke noget egetforbrug i form af varme knyttet til behandlingen af madaffaldet.

Efter hver aflevering af forbehandlet madaffald på biogasanlæg skal der foretages vask af bil. Såfremt der forudsættes anvendt en lastbil med 10 tons nyttelast, er der tale om 0,4 vask pr. t TS. Der regnes med et vandforbrug på 1 m³ vandværksvand pr. vask (Faldt, 2002). Der anvendes samme type sæbe som ved tøndevask, hvor de miljømæssige udvekslinger som nævnt er svære at kvantificere.

6.5 Produktion af el og varme

Gaspotentialet i madaffaldet er ifølge afsnittene om sammensætning af madaffald og udrådningsforsøg sat til ca. 510 Nm³ CH₄/t TS svarende til 18.200 MJ/t TS. Der er nogen usikkerhed forbundet med fastsættelse af gaspotentiale for madaffaldet, hvorfor denne parameter indgår i følsomhedsvurderingen, jf. afsnit herom.

Elvirkningsgraden for biogasanlæg er sat til 37% og varmevirkningsgraden til 48% (Deutz, Jenbacher 2002), hvilket giver en elproduktion på 1870 kWh og en varmeproduktion på 2430 kWh.

Elproduktionen forudsættes at fortrænge elproduktion på gennemsnitlige kulfyrede kraftvarmeanlæg, og varmeproduktionen forudsættes at fortrænge varme fra naturgasfyrede kraftvarmeanlæg.

6.6 Produktion af gødning

Det forudsættes, at den afgassede biomasse erstatter handelsgødning ved udbringning på landbrugsjord.

Ifølge analyser af madaffaldets sammensætning (PNA, 2002) er der 22 kg kalium og 8,4 kg fosfor pr. t TS. Det forudsættes, at kalium og fosfor har udnyttelsesgrader i forhold til handelsgødning på ca. 100%, således at der erstattes en tilsvarende mængde handelsgødning. Udnyttelsesgrad for kvælstof er sat til 75% (Birkemose, 2002) svarende til, at der erstattes 25 kg N pr. t TS som handelsgødning.

Med henblik på vurdering af effekten på udvaskning ved tilsætning af organisk affald til gylle er der nedenstående gennemregnet, hvad der sker med kvælstofpuljerne ved en normalsituation og i samme situation, men hvor der er tilsat 25 kg N pr. ha fra organisk affald. Det forudsættes, at kvælstofudnyttelsen af den afgassede gylle er 75 pct. og at kvælstofudnyttelsen af afgasset organisk affald er 80 pct. Det forudsættes tillige, at den afgassede gylle erstatter N i handelsgødning, svarende til den udnyttede del af kvælstoffet i den afgassede gylle.

Beregningerne er foretaget ud fra kendt og generel viden om omsætningen af kvælstof i organiske forbindelser. Resultatet skal ses som en generel vurdering af udvaskningsniveauet, og i praksis vil udvaskningen variere meget som funktion af jordtype, bevoksning om efteråret, nedbørsforhold mv.

• den givne blanding af gylle og organisk affald giver en udnyttelsesgrad på 76%

Tabel 6.5: Udvaskning af kvælstof (N) ved tilførsel af 1. afgasset gylle og 2. afgasset gylle tilsat organisk affald.

Hvad sker der med den forøgede tilførsel af total-N?
Optagelse i afgrøden 1. år: 1/3
Omsætning i efteråret 1. år: 1/3
Udvaskning 1. efterår: ½
Udvaskning i årene efter: ca. 2/3
Udvaskning i alt = 2/3+2/3 kg

Det vurderes altså, at ca. 4 pct. af det tilførte kvælstof i affald vil udvaskes. Ved at tilføre f.eks. 10.000 kg N i organisk affald til et område, vil man altså forøge udvaskningen i området med ca. 400 kg N. Ovenstående vurdering af udvaskning er baseret på (Birkemose, 2002).

I madaffaldet er der et begrænset indhold af tungmetaller, som indgår i den afgassede biomasse og udbringes på landbrugsjord. Der regnes med følgende værdier, jf. afsnit om sammensætning af madaffald.

Tabel 6.6: Tungmetalindhold i madaffaldet (Daka Ortved, Rovesta Miljø I/S 2002).

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

Version 1.0 November 2003, © Miljøstyrelsen.