Central sorting systems in Municipal Solid Waste management

Affaldsteknologier udvikler sig over tid og det samme gør de baggrundssystemer og rammevilkår som affaldssystemer afhænger af. Gennem de sidste, og sandsynligvis også de kommende, årtier vil den politiske udvikling således i væsentlig grad ændre rammerne for optimering af affaldssystemernes indretning.

De mest afgørende fremtidige baggrundsbetingelser defineres især af tre politiske områder. For det første af stigende bestræbelser for en bedre styring af samfundets materiale-ressourcer, på vejen med en ’cirkulær økonomi’, herunder forhøjede mål for materialegenvinding. For det andet af en omfattende omlægning af energisystemet til vedvarende energi, motiveret af ønsker om fortsat god fremtidig forsyningssikkerhed såvel som reduceret klimapåvirkning. For det tredje af den affaldspolitiske udvikling selv, herunder forbud mod affaldsdeponering, skatter og afgifter og sidst men ikke mindst af den øgede liberalisering og udvikling af et internationalt marked for affaldshåndtering.

Hvad angår materialegenvinding fra kommunalt affald, prioriterer den aktuelle europæiske affaldspolitik kildesortering og separat indsamling. Der er imidlertid væsentlige økonomiske og sociale begrænsninger ved denne tilgang, som kan udgøre et grundlag for innovative løsninger. Inden for rammerne af den sandsynlige udvikling af energisystemet vil den nuværende ensrettede affaldsforbrændingstilgang, som indebærer en ikke-fleksibel, kontinuert energigenvinding, miste sine nuværende klimafordele på længere sigt.

Hidtidige metoder og praksis for systemanalyse, især livscyklusvurdering, LCA, repræsenterer og vurderer oftest affaldssektoren i et for forsimplet samspil med sine omgivelser med et minimum af fremtidig interaktion og systemeffekter, i de fleste tilfælde gennem inkonsistente metoder og statisk repræsentation af baggrundssystemerne, og deres utilstrækkelige evne til at afspejle konsekvenserne af beslutninger om implementering af forskellige affaldshåndteringsstrategier er kompromitterende for deres brug i beslutningsstøtte. Der er derfor et behov for videreudvikling af metoder til at modellere effekten af interaktioner med omgivende systemer, herunder en involvering af økonomiske modelleringsmetoder.

Dette PhD arbejde har undersøgt den rolle og de implikationer mekanisk forsortering og central sortering kan have som en nøgleteknologi i strategier for optimeret ressource- og energigenvinding og minimering af klimapåvirkningen fraaffaldshåndtering i lyset af fremtidens rammebetingelser. Projektets overordnede mål kan nedbrydes i fem del-mål:
1) At gennemgå og udbygge den eksisterende viden om fysisk/mekanisk behandling af kommunalt affald, inklusive forståelsen af det nuværende stade for teknisk udvikling, proces-effektivitet og økonomiske aspekter af sorterings- og separations-systemer
2) Gennem teknisk-økonomisk analyse og materiale- og energiflow modellering at simulere og designe alternative affaldssystemers, som sigter mod øget materialegenvinding og øget fleksibilitet i produktionen af affalds-relateret energi
3) At vurdere egnetheden og konkurrencedygtigheden af affaldssystemer med central sortering og identificere de fordele og ulemper sådanne systemer har i form af økonomi, klimapåvirkning og ressourcegenvinding sammenlignet med systemer med affaldsforbrænding
4) At afklare og kvantificere, hvor meget ændrede rammevilkår betyder for de relative fordele og ulemper ved central sortering, herunder Danmarks og EU's politik og ambitioner for vedvarende energi og reduktion af klimapåvirkning
5) At identificere og vurdere betydningen af synergi og andre indirekte effekter i baggrundssystemerne, der opstår som konsekvens af beslutninger om affaldshåndtering

Erkendelserne fra dette PhD arbejde peger på, at fysisk/mekanisk processering og sortering af kommunalt affald har nået et teknisk modent niveau og spiller en afgørende rolle i både sortering og forbehandling til genvinding af kildesorterede genanvendelige materialer såvel som af blandet rest-affald.

Central sortering er allerede anvendt med succes flere steder verden over som en effektiv måde at genvinde de forskellige materialegrupper i kommunalt affald, herunder genanvendelige materialer, bionedbrydeligt organisk affald til særskilt biologisk behandling samt en mere energitæt ’refuse derived fuel’, RDF. Fra et ressourceperspektiv er en stærk motivation for central sortering denne tekniks potentiale for at supplere eller helt erstatte kildesortering og separat indsamling af genanvendelige materialer i områder, hvor sådan indsamling er vanskelig, så som tæt bymæssig bebyggelse.

Gennem PhD studiet er simuleret og vurderet et stort antal alternative systemer til håndtering af kommunalt affald, herunder mange kombinationer af separat indsamling af mono-fraktioner, blandende fraktioner og restaffald og mange forskellige teknikker til videre behandling af disse fraktioner. Alle scenarier blev desuden vurderet og sammenlignet på baggrund af et stort antal forskellige scenarier for baggrundssystemerne, og i alt blev opstillet og sammenlignet mere end tusind forskellige affaldssystem modeller. Formålet med denne store varietet var at skabe et robust sammenligningsgrundlag og at forstå, hvordan sammenligningen afhænger af antagelser om fremtidige rammevilkår, for herigennem at skabe et ’mønster’ af resultater for alternativernes relative fordele og ulemper mht. materialegenvinding, energieffektivitet og klimapåvirkning.

Materialegenvinding: Resultaterne peger på et højt genvindingspotentiale generelt og på, at systemer med central sortering har den højeste materialegenvinding for alle materialekategorier på nær papir og pap. Mht. bio-affald peges på vigtigheden af kontaminering/kvalitet af den fraseparerede bio-fraktion for den videre anvendelse af fraktionen.

Energieffektivitet: Studiet viser, at øget materialegenvinding fra separat indsamling eller central sortering – i affaldsoplandet for et forbrændingsanlæg – ikke sker på bekostning af ringere energigenvinding. Tværtimod blev det påvist, at der opnås samme eller højere energigenvinding, når der tages højde for markedsmekanismerne fra det liberaliserede marked for affaldshåndtering i EU. På længere sigt vil systemer, der prioriterer højere materialegenvinding, bevare en større klimafordel, idet de er mindre følsomme for den faldende fordel ved energifortrængning, der følger af udviklingen mod vedvarende energi i energisystemet.

Carbon footprint: Evalueringen af carbon footprint baseredes på konsekvens-LCA, og sammenligningen mellem reference-systemet med affaldsforbrænding og alternative strategier for produktion af bio-methan fra bio-affaldet og RDF fra restaffaldet i fremtidens vedvarende energisystem gav en række robuste konklusioner. På kort til mellemlangt sigt falder klimafordelene ved energigenvinding fra affaldet som nævnt proportionalt med, at den fortrængte energi i energisystemet gradvis ændres til vedvarende energi. Affaldssystemets evne til at opretholde en netto klimagevinst er således fundet at afhænge af, hvor godt energigenvindingen fra affaldet kan integreres i den fluktuerende vedvarende energiproduktion. Fleksibiliteten af energigenvindingen fra affaldet og dens evne til at erstatte spidslast el og varme (dvs. de teknologier, der anvendes, når vinden ikke blæser) bliver derfor afgørende for klimagevinsten fra affaldshåndteringen. Sådan spidslast vil på kort til mellemlangt sigt sandsynligvis være baseret på fossile brændsler og på længere sigt på biomasse. I et vedvarende energi system vil det således være karakteren og oprindelsen af den marginale biomasse, der afgør hvor stor klimagevinst, der er fra fleksibel affalds-baseret energi-genvinding.

Systemer med central sortering med produktion af et lagerstabilt RDF til brug for fjernvarme til spidslast i vintersæsonen, blev fundet klimamæssigt særligt attraktive og blev fundet at opretholde netto klimagevinster og at være bedre end konventionel affaldsforbrænding under alle baggrundsbetingelser.

Specielt for Danmark, men også relevant for andre lande med stor animalsk produktion i landbruget, er der store klimafordele og sandsynligvis også økonomiske fordele ved at anvende kildesorteret bio-affald som co-substrat i landbrugs-biogasanlæg baseret på husdyrgødning. Klimagevinsten opstår ved enten 1) at tilvejebringelsen at et co-substrat muliggør mere biogas på husdyrgødning og derved medfører mindre udledning af klimagasser fra konventionel håndtering af husdyrgødning eller 2) at bio-affaldet erstatter andre co-substrater, mest sandsynligt energiafgrøder, og dermed undgår den klimabelastninger, der er forbundet med disse.

Implementeringen af øget materialegenvinding i lande med fuld affaldsbehandlingskapacitet, herunder fuld forbrændingskapacitet, som fx Danmark, kan påvirke et stigende internationalt marked for affaldshåndtering og dermed affaldshåndteringen i andre lande. Når affaldsstrømme kanaliseres væk fra investeringstung, eksisterende infrastruktur med lang restlevetid som affaldsforbrændingsanlæg, fx via separat indsamling eller central sortering til øget materialegenvinding, udbydes dennes kapacitet på markedet og affald importeres. Det afføder, at den marginale affaldshåndtering på markedet undgås, og dette er deponi. Sådanne kaskade-effekter er i de fleste tilfælde miljømæssigt fordelagtige. Affaldsimport kan på kort til mellemlangt sigt fungere som en økonomisk favorabel overgang i en gradvis afvikling af affaldsforbrænding, idet importeret affald kan understøtte eksisterende forbrændingsanlæg i deres restlevetid, mens investering i ny kapacitet undlades.