|
Metoder til behandling af tungmetalholdigt affald - Fase 3 3 Sammenligning af behandlingsteknologier
I afsnit 2 omtales kort de anlæg, som projektet har besøgt i denne fase 3 af projektet, mens udførlige rapporter fra besøgene på 11 fuldskalaanlæg findes i appendiks B - L. I de følgende afsnit vil de bedste teknologier blive vurderet og sammenlignet i forhold til disse kriterier:
Da stort set alle de kendte processer er udviklet med henblik på at behandle shredderaffald, vil hovedvægten i bedømmelsen tage udgangspunkt i denne affaldstype og deres muligheder for at behandle andre affaldstyper. Processer til behandling af imprægneret affaldstræ og læder- og garveriaffald sammenlignes sidst i afsnittene 3.2 og 3.3. 3.1 Behandlingsteknologier egnede til shredderaffaldTabel 3 viser de bedste teknologier til behandling af shredderaffald og deres udviklingsstade. Processerne er karakteriseret ud fra deres krav til forbehandling, procestemperatur og mulighed for slaggeraffinering. Tabel 3. Teknologier til behandling af shredderaffald og deres udviklingsstade
Tabel 4 angiver, hvilke produkter og restprodukter processerne er i stand til at producere. De enkelte processer vurderes også på deres evne til at producere kraftvarme og dioxindannelse. Tabel 4. Produkter og restprodukter fra processer til behandling af shredderaffald
Behandlingsteknologierne, der er egnede for behandling af shredderaffald kan opdeles i følgende kategorier:
Der vil i det følgende blive lavet en sammenligning mellem de tilgængelige teknologier inden for disse kategorier. For en mere detaljeret beskrivelse af de omtalte processer henvises til logbøgerne. 3.1.1 Mekanisk sortering og efterfølgende termisk behandling3.1.1.1 Mekanisk sortering
Metoderne, som praktiseres hos H. J Hansen og hos R+, opnår stort set de samme resultater. Suppleres metoderne med plastseparation (fx Salyp) eller en simpel vægtfyldeseparering for genvinding af plast, vil der af den grove fraktion i begge processer kunne genvindes plast. Begge mekaniske sorteringsprocesser er økonomisk fordelagtige, de har begge høj driftsikkerhed, danske miljøkrav og krav til arbejdsmiljø vil kunne indfris uden problemer, og teknologierne lader sig indpasse i den danske affaldsstruktur. Begge processer er i stand til med et moderat energiforbrug at genvinde næsten alle ubundne metaller af shredderaffaldet, men de oxiderede metaller genvindes ikke ad denne vej. Kombinationen med Salyp eller en anden simplere proces, der kan genvinde plast (ikke beskrevet i denne undersøgelse) kan være økonomisk fordelagtig i den udstrækning, der kan findes aftagere af den genvundne plast. Konklusionen af denne sammenligning er, at der findes processer til mekanisk sortering, der fungerer så godt og fjerner så mange metaller fra shredderaffaldet, at dette er egnet til termisk behandling i en af de nævnte processer i afsnit 3.1.1.2. De nævnte teknologier er kommercielt tilgængelige. Der forgår en meget hurtig udvikling inden for mekanisk sortering baseret på identifikation af metal eller plastemner med sensor-systemer og sorteringsmekanismer med luftdyser (fx ved SSE, S+S, LLA instruments og en række andre virksomheder). Der udvikles løbende udstyr, som kan separere stadig mindre partikler og således konkurrere med traditionelle separationsmetoder som fx massefyldeseparation. 3.1.1.2 Efterfølgende termiske processer
CT-Environment har i et større pilotforsøg vist, at den anbefalede teknologi er en mulighed for termisk behandling af shredderaffald med samtidig nyttiggørelse af røggasrensningsprodukt fra affaldsforbrændingsanlæg. Teknologien er medio 2002 valgt af Schweiz, som den teknologi man her vil bruge til oparbejdning shredderaffald. CT-Environment tilbyder såvel forbehandling af shredderaffaldet som den termiske behandling. CT-Environment har dog ikke været i stand til over for os at demonstrere, at de behersker en teknologi til forbehandling af shredderaffaldet med genvinding af metallerne. Det vil derfor være fornuftigt at kombinere den termiske del af processen med en mekanisk sortering, som den praktiseres hos H. J. Hansen eller måske R+. Den valgte teknologi til sortering skal dog suppleres med en ekstra neddelingsproces, idet den termiske proces kræver findelt materiale med en partikelstørrelse helst ikke over 4 mm. Den termiske proces, smeltecyklonen, er en robust og driftsikker smeltereaktor, der er i kommerciel drift til en lang række forskellige materialer. Bl.a. har den været anvendt til oparbejdning af zink fra støv fra røggasrensning i elektrostålværker. Det første kommercielle anlæg til behandling af shredderaffald forventes sat i drift i Schweiz i 2005. Moderselskabet til CT-Environment, Babcock Borsig Power er i skrivende stund under konkursbehandling. CT-Environment er netop blevet rekonstrueret med en ny ejerstab. Von Roll har i et længere forsøg i et demonstrationsanlæg i Bremerhaven oprindeligt bygget til behandling af husholdningsaffald vist, at de behersker teknologier til termisk behandling af shredderaffald. Von Roll teknologiens slaggebehandlingsovn giver en helt speciel mulighed for at kontrollere og styre slaggesammensætningen, en mulighed som ikke er set praktiseret af andre, og som er en interessant option. Det besøgte anlæg var oprindeligt bygget til behandling af husholdningsaffald, og da von Roll senere har indset, at konceptet er for dyrt til behandling af husholdningsaffald, er anlægget senere ombygget. Von Rolls tilbyder både ristepyrolyseprocessen og deres smelteteknologi på kommercielle vilkår til behandling af shredderaffald. Sammenligning CT-Environment og Von Roll:
De nævnte teknologier er alle baseret på skaktovnsprocesser. Dog er Kawasaki en kombination af pyrolyse i en kanal og skaktovnsprincippet. Processerne udmærker sig ved at kunne køres stærkt reducerende og dermed omsætte metaloxiderne i shredderaffaldet til en metalfase, hvilket vil medføre et mindre metalindhold i slaggen i forhold til mindre reducerende processer. Processerne udmærker sig alle desuden ved, at det termiske output er en brændbar gas, der kan anvendes til drift af forbrændingsmotorer eller som procesgas i industrien. Begrænsningerne i behandling af shredderaffald ligger for SVZ, KSK og Enviroarcs vedkommende i, at skaktovne kræver tilførsel af briketter, der er stabile ved temperaturer over 1000 °C. Shredderaffald er svært at brikettere, hvorfor tilførslen af dette affald er begrænset til ca. 15% af den indfyrede affaldsmængde. Dog har SVZ med ekstruderet shredderaffald forsøgt sig med større andel af shredderaffald, men ekstruderingen er dyr. SVZ oplyser, at deres omkostninger til ekstrudering er 600 DKK/t. Enviroarc hævder dog at være i stand til at indføde 100% shredderaffald i briketteret form og åbenbart til væsentlig lavere omkostninger. (Jvf. de økonomiske sammenligninger 3.1.3). Kawasaki har kørt forsøg med shredderaffald. Dette krævede tilførsel af supplerende kul. Desuden gav pyrolysekanalen og indfødningssystemet visse problemer. 3.1.2 Behandlingsmetoder til af shredderaffald uden forbehandling
De fire er nævnte processer er alle opbygget med en pyrolyse- eller forgasningsdel, et system til metalseparation og en smelteovn. Takuma og Mitsui er i princippet den samme proces, idet idegrundlaget for begge er en licens fra Siemens-KWUprocessen. Takuma har videreudviklet denne proces for shredderaffald, og Mitsui har primært koncentreret sig om husholdningsaffald. PKA har udviklet en proces, hvor det termiske output er en brændbar gas. PKA har dog ikke i det besøgte anlæg forsøgt sig med shredderaffald, men har dog gennemført forsøg på et pilotanlæg. PKA er pt. under konkursbehandling. EBARA-processen adskiller sig fra de andre processer i det første termiske trin, som er en lavtemperatur fluid bed-forgasser, medens de tre andre processer betjener sig af roterovne til pyrolyseprocessen. Fluid bed-forgasseren i EBARA-processen har flere gode egenskaber sammenlignet med roterovne. Disse er følgende:
Sammenligning EBARA og Takuma:
For alle de her nævnte termiske processer er hovedproduktet ud over energiproduktion i form af varme eller syntesegas en glasagtig slagge, der i alle økonomiske beregninger er ansat til en meget lav værdi, idet vi har antaget, at den kan afsættes til vejbygningsmateriale, opfyldning eller lignende. Det er dog sandsynligt, at slaggen ved en mindre, supplerende metallurgisk behandling vil kunne omdannes til et mere værdifuldt materiale med andre anvendelsesmuligheder. Eksempelvis kan det nævnes, at Sverige i flere århundrede har benyttet slaggen fra højovne til fremstilling af mursten. Sådanne og lignende overvejelser bør gøres inden endelig valg af teknologi. I denne forbindelse kan der være fordele ved at benytte processer, der kan køres reducerende, idet man her har større muligheder for dirigere metallerne derhen, hvor det vil være formålstjenlig at have dem. (Jvf. Tabel 5). Tabel 5. Termiske processer opdelt efter oxidationsgraden i smelteprocessen
1) Von Roll uden HSR-slaggebehandlingsanlæg. Se logbog fra besøget, fase 2b). 3.1.3 Omkostninger for teknologier til behandling af shredderaffaldI dette afsnit sammenlignes økonomien i de syv bedste processer. De fælles forudsætninger for de økonomiske beregninger er:
1) Inklusiv statsafgift, eksklusiv moms. 2) Pris for legeringer proportional med Cu-koncentrationen. 3) Ca. 10% vand, ca. 48% aske. Sekundære udgifter til fx brændsel, O2 og andre hjælpestoffer, som er specifikke for de enkelte teknologier, er vist i besøgsrapporter fra de pågældende virksomheder/processer. Priser ved køb og salg af el og salg af varme er fastlagt som gennemsnittet for danske affaldsforbrændingsanlæg. Omkostninger til deponering er ansat ud fra oplysninger fra et bredt udsnit af private og kommunale priser. Priser ved salg af metallerne Cu, Al og Fe er fastsat ud fra praktisk opnåelige verdensmarkedspriser for skrot-metaller. Bemandingen på alle anlæg er skønnet den samme - nemlig 25 mand svarende til 5 mand per skift ved femholdsskift uanset om kapaciteten er 27.000 eller 100.000 t/år, idet den nødvendige bemanding ikke forventes at variere væsentligt med mindre ændringer i kapaciteten af anlæggene. Den nødvendige bemanding vil være afhængig af de lokale forhold herunder eventuel udnyttelse af eksisterende personale, som betjener andet udstyr. Det skal bemærkes, at der regnes med en forrentning over 15 år. En forrentning over fx 8 år vil således forøge kapitaludgiften og dermed behandlingsomkostningerne for et anlæg med en investering på 300 mio. DKK med ca. 350 DKK/t. Der regnes endvidere ikke med et eventuelt overskud til anlægsoperatøren. For alle anlæg regnes med de driftsudgifter, som er opgivet af leverandørerne i logbøgerne. Driftsudgifterne er dog opgivet med forskellig bemanding, hvorfor der her er korrigeret til den samme bemanding på 25 personer. I logbøgerne har de enkelte leverandører opgivet forskellige indtægter for salg af metaller og kraft/varme, da en del af økonomiberegningerne omfatter udenlandsk affald eller affald af anden type. Det er derfor her forsøgt at skønne realistiske virkningsgrader og salgspriser for de genvundne metaller for at gøre en sammenligning mulig. Skønnene er forbundet med en vis usikkerhed. Tabel 6. Sammenligning af økonomien for de bedste behandlingsteknologier.
1 Kapitalomkostninger er inkl. bygninger. 2 De beregnede behandlingsomkostninger er baseret på en række forudsætninger, som medfører en vis usikkerhed og må betragtes som vejledende. Omkostningerne i tabel 6 er opgivet som uforpligtende oplysninger af leverandørerne. Forudsætningerne for de enkelte anlæg er Ebara Fra logbogen fra besøget hos Ebara benyttes følgende data om energiproduktion: Dampdata: 400 C, 38 bar, netto el-produktion: 14%, netto total virkningsgrad: 74%. Total virkningsgraden er sat konservativt til 70%. Der er regnet med genvinding af 2% jernmetal fra shredderaffaldet og 3,5% kobber/aluminium med salgspris 2 DKK/t. Takuma/Mitsui Udfra oplysninger i logbøgerne og leverandøroplysninger vurderer vi, at et anlæg kan leveres med nogenlunde samme dampdata som Ebaras og dermed nogenlunde samme netto el virkningsgrad (14%) og nogenlunde samme totale virkningsgrad (70%). Der er regnet med genvinding af 2% jernmetal fra shredderaffaldet og 3,5% kobber/aluminium med salgspris 2 DKK/t. Von Roll Det forudsættes, at kapaciteten på smelteenheden, som indgår i von Rolls RCP proces, øges med 50%, så den svarer til kapaciteten af den foranliggende proces. Udfra logbogen og leverandøroplysninger vurderer vi, at et anlæg kan leveres med nogenlunde samme dampdata som Ebaras og dermed nogenlunde samme netto el-virkningsgrad (14%) og samme totale virkningsgrad (70%). Den producerede jernkobberlegering antages at kunne afsættes til 0 DKK/t inkl. transport. CT-Environment Økonomiberegningerne er baseret på et anlæg med den dobbelte kapacitet af Ebaras svarende til 100.000 t shredderaffald/år. Vi vurderer, at et anlæg kan leveres med nogenlunde samme dampdata som Ebaras og dermed nogenlunde samme netto el-virkningsgrad (14%) og samme totale virkningsgrad (70%). Anlægget er designet til samtidigt at kunne behandle 90.000 t røggasrensningsprodukt/år. Der er regnet med genvinding af 2% jernmetal fra shredderaffaldet og 3,5% kobber/aluminium med salgspris 2 DKK/t, hvilket forudsætter etablering af en forbehandlingsproces, som er i stand til at udskille de frie metaller. Thermoselect Kapitalomkostninger og driftsomkostninger er behæftet med en del usikkerhed. Udfra data i logbogen og leverandøroplysninger vurderer vi, at et anlæg kan leveres med nogenlunde med nogenlunde samme netto el-virkningsgrad som Ebaras (14%). Til gengæld forventes en lavere total energieffektivitet på ca. 50%, idet der i Thermoselect-processen indgår bratkøling af den 1200 C varme gas til under 80C, så der ikke kan produceres så store mængder fjernvarme. I princippet vil varmen dog kunne udnyttes til andre "lavtemperatur" formål fx garverier og industrier med stort forbrug af varmt vand. Den producerede jernkobberlegering antages at kunne afsættes til 0 DKK/t inkl. transport. SVZ SVZ opgiver en ”gatefee” ved behandling hos SVZ. De økonomiske forhold hos SVZ er meget sammensatte. Det er dog tvivlsomt om denne "gatefee" afspejler de reelle behandlingsomkostninger. Pyroarc Behandlingsomkostningerne er baseret på et estimat for behandling af shredderaffald med fugtindhold mindre end 10%. Beregningen omfatter et komplet turn-key-anlæg inklusive anlæg til fremstilling af briketter. Der forventes en netto el-virkningsgrad for Pyroarc-processen på ca. 5% hvilket er lavere end for de anlæg, som ikke er skaktovnsbaserede. Anlæggets el-produktion er relativ lav, fordi fremstillingen af brændselspiller og selve plasmageneratoren bruger megen energi. Den totale virkningsgrad forventes at kunne nå nogenlunde samme niveau som de ikke skaktovnsbaserede anlæg (65-75%), hvorfor den totale virkningsgrad er sat til 70%. Hvis man antager, at Pyroarc processen kombineres med en mekanisk forbehandling af shredderaffaldet med fraseparering af større stykker metaller (over ca. 6 mm) inden restaffaldet tilføres Pyroarc processen, vil den mekaniske behandling medføre en merudgift i de samlede kapitaludgifter og driftsomkostninger. Vi vurderer, at indtægterne fra salg af metaller fra den mekaniske proces overstiger udgifterne, så de samlede behandlingsomkostninger for en mekanisk proces kombineret med Pyroarc-processen eller lignende skaktovne ikke øges. Diskussion Kapitalomkostningerne og dermed investeringen per ton varierer fra 478 DKK/t til 905 DKK/t for de viste anlæg. En del af de viste anlæg har en kapacitet på ca. 50.000 t/år, men for nogle anlæg er kapaciteten to gange større eller 2 gange mindre, hvorfor man skal være forsigtig med sammenligninger, da kapitalomkostningerne vil varierer på forskellig vis med kapaciteten. Kapitalomkostningerne er den største udgiftspost for anlæggene og har derfor afgørende betydning for behandlingsprisen. Det ses, at behandlingsomkostningerne inkl. bygninger ligger fra ca. 470 til 1.091 DKK/t. Herfra skal trækkes sparede deponeringsudgifter i størrelsesordenen 675 DKK/t inkl. affaldsafgift. Nogle af processerne ser således ud til at kunne opnå et lille overskud, hvis der benyttes en afskrivningsperiode på 15 år. Det ses, at salg af kraft/varme udgør den største indtægt. Energien kan alternativt benyttes til smeltning af røggasrenseprodukter, såfremt processerne er designet til dette. CT-Environment tilbyder en proces med samtidig smeltning af røggasrensningsprodukter, og vi forventer, at en del andre processer til en vis grad også vil kunne gøre dette. Således recirkulerer fx Ebara, Takuma og Enviroarc deres egne røggasrensningsprodukter i processerne, hvorved en del af røggasrensningsprodukterne smeltes til en slagge. Det skal dog bemærkes, at Ebaras og Takumas anlæg er udlagt til at producere varme af al energien i affaldet, hvilket medfører dyrere kedelanlæg, end hvis man vælger at udnytte energien til smeltning af røggasrensningsaffald og kun producerer damp af den lille rest overskudsvarme. Indtægter fra salg af metaller kan variere meget afhængigt af om det lykkes at udvinde rene metaller, blandinger eller legeringer. 3.2 Behandlingsteknologier til CCA-imprægneret affaldstræImprægnering af træ med Cr, Cu og As benyttes stort set kun i de nordiske lande og i USA, hvilket betyder, at potentialet for virksomheder, der udvikler affaldsbehandlingsteknologi, er begrænset. Vores undersøgelse af internationale teknologier, der genvinder metallerne af imprægneret affaldstræ, har da også vist, at der stort set kun foregår udviklingsarbejder i Danmark, Norge, Sverige og Finland. Der findes ingen fuldskala teknologier, der behandler CCA-imprægneret affaldstræ med oparbejdning af metallerne. Der eksisterer dog et system til genanvendelse af CCA-imprægnerede stolper, sveller, mm. i Finland; men det har ikke været muligt at få tilstrækkelig detaljeret information om de forskellige termiske og kemiske processer til, at vi har kunnet vurdere, om systemet er egnet til danske forhold. Det finske system oparbejder Cu, Cr og As i affaldstræet til nyt imprægneringsmiddel. Kommunekemi har gennemført vellykkede forsøg i pilotskala med modstrømsforgasning af imprægneret affaldstræ og optimeret en kemisk proces til oparbejdning af asken fra forgasseren. Kommunekemi planlægger at bygge et behandlingsanlæg, men de forventede behandlingsomkostninger er ikke kendte. En kemisk oparbejdning af asken forventes dog at være en forholdsvis dyr proces, hvor mængden af aske og eventuelle rester af jord og anden forurening af træet kan øge behandlingsomkostningerne betragteligt. Kommunekemi har desuden opbygget et pilotanlæg til pyrolyse af forskellige affaldstyper og planlægger at afprøve Chartherms koncept med lavtemperaturpyrolyse af imprægneret affaldstræ (se tabel 1). Målet er at bringe Cr, Cu og As på en form, der gør det muligt at adskille de metalholdige partikler fra kokspartikler med mekaniske separationsprocesser. KK planlægger at gennemføre forsøgene tidligt i 2003. Enviroarc har for afprøvet deres skaktovns-proces (Pyroarc) med imprægneret affaldstræ i pilot-skala. Ved behandling af CCA-imprægneret træ forventer Enviroarc, at hovedparten arsen-indholdet i træet findes i procesgassen, hvorfra det kan udsepareres i et slamprodukt via en renseproces. Ved tilbageføring af slammet til forgasseren og tilsætning af jernholdigt materiale bør der ifølge Enviroarc kunne produceres en jern-arsen-holdig smelte, hvor arsen er hårdt bundet. Kobber og krom vil fordele sig på forskellig vis mellem den smeltede slagge og metalsmelter. Der er ikke fremlagt tilstrækkelige forsøgsdata til at kunne dokumentere fremgangsmåden nærmere. Udover evt. udvundne metalfraktioner vil mineraler og oxiderede metaller findes i en tæt glasagtig slagge, som sandsynligvis vil kunne overholde kravene til genanvendelse i den danske restproduktbekendtgørelse for kategori III og muligvis også kategori II. Dette bør dog undersøges nærmere. Processen er ikke afprøvet i fuld skala, men leverandøren har udført et overslag på behandlingsomkostningerne for trykimprægneret affaldstræ er 400-500 DKK/t for et anlæg med en kapacitet på 50.000 t/år (se logbogen for Pyroarcanlægget ved Borge garveri). Andre skaktovnsprocesser fra fx KSK og British Lurgi (SVZ) forventer vi i grove træk vil kunne gennemføre nogenlunde samme behandling af imprægneret træ som Pyroarc-processen. Med de foreliggende oplysninger er der mulighed for at skaktovnsprocesserne kan udvikles til en forholdsvis billig total løsning, men formentlig ikke med så høj en genanvendelsesgrad af metaller som ved en kemisk oparbejdning af restprodukterne. Også danske virksomheder er begyndt at udvikle processer, der kan ekstrahere tungmetallerne fra aske og koks fra imprægneret affaldstræ. Watech A/S arbejder med separationsprocesser, der kan fjerne tungmetaller i aske fra CCA-imprægneret træ, PVC, shredderaffald, mm. Teknologien er meget lovende og relativt billig og er demonstreret i industriel skala med PVC. Hvis udgangspunktet for vurderingen af processerne er, at energien i affaldstræet skal udnyttes bedst muligt, mens metallerne i aske/slagge/restprodukter skal oparbejdes i en efterfølgende proces, findes flere termiske processer fra pyrolyse, over forgasning til forbrænding. Fælles for alle processerne er, at As vil ende i alle udgående strømme: Støv, røggasrensningsprodukt, tjære, aske/slagge, metallegeringer, etc. Det vil derfor være nødvendigt, at alle de termiske processer efterfølges af flere rensningsprocesser, der kan fjerne og fiksere As til deponering. Foster Wheelers boblende eller cirkulerende fluid bed forbrændings- eller forgasningsprocesser vil sandsynligvis også være velegnede til imprægneret affaldstræ. De to svenske værker på hver 90 MW (Iglestaverket og Högdalenverket) brænder nedrivningsaffald uden problemer. Begge processer vil skulle efterfølges af restproduktoprensnings- og slaggestabiliseringsprocesser. 3.3 Behandlingsteknologier til læder- og garveriaffaldDer er kun fundet og besøgt en proces, som behandler læderaffald (Pyroarc). Pyroarc-processen er udviklet til decentral placering ved et garveri og løser som sådan alle garveriets affaldsproblemer, idet alle affaldsstrømme kan behandles, uden at der forekommer affald, som må deponeres. I bilag B findes en nøjere beskrivelse af Pyroarc-processen. Processen er opbygget omkring en skaktovn, som producerer en jern-krom metallegering og en smeltet slagge til genanvendelse. Processen er forholdsvis dyr i den lille kapacitet på 5.000 t/år læderaffald på tørstof basis, som haves fra garveriet men formodentlig ikke væsentligt mere end tilsvarende løsninger, hvor der produceres en smeltet slagge og en metallegering, der uden yderligere oparbejdning kan afsættes til genanvendelse. Andre skaktovnsprocesser eller reducerende smelteprocesser forventes at ville kunne være en mulig løsning til behandling af læderaffald uden restprodukter til deponi fx:
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
