afval goed gebruiken met afval naar energie
Foto: Jan Truter
in de afgelopen vier decennia hebben wij mensen onze consumptie van de natuurlijke hulpbronnen van de aarde verdrievoudigd, aldus een recent rapport van het Milieuprogramma van de Verenigde Naties. En volgens het World Resources Institute ” wordt de helft tot driekwart van de jaarlijkse hulpbronneninput in industriële economieën binnen één jaar als afval aan het milieu teruggegeven.”
in 2013 produceerde de VS 254 miljoen ton afval, of vast stedelijk afval. Ongeveer 87 miljoen ton hiervan werd gecomposteerd of gerecycleerd, 32,7 miljoen ton werd verbrand voor energie en 134,3 miljoen ton ging naar stortplaatsen.
vast stedelijk afval bestaat uit papier, karton, voedsel, grasknipsels, bladeren, hout, leer, kunststoffen, metalen en op aardolie gebaseerde synthetische materialen. Geen enkele aanpak is geschikt voor alle soorten afval, zodat een “hiërarchie van afvalbeheer” wordt gebruikt om de strategieën voor afvalverwerking te rangschikken op basis van hun milieueffecten. Een belangrijk beginsel van duurzaam afvalbeheer is om te proberen afval zo hoog mogelijk in de afvalhiërarchie te behandelen.
de eerste prioriteit is het vermijden van de productie van 
afval door het verminderen van verbruik en verpakking. De volgende beste optie is recyclen; compostering van organisch afval komt hierna. Dit wordt gevolgd door verbranding van het post-gerecycleerde afval voor energie en dan uiteindelijk, storten.
het aantal stortplaatsen in de VS is in de loop der jaren afgenomen, maar de gemiddelde omvang van bestaande stortplaatsen is toegenomen. Stortplaatsen kunnen kooldioxide, methaan, vluchtige organische stoffen en andere gevaarlijke verontreinigende stoffen in de lucht uitstoten. In de VS zijn ze de op twee na grootste veroorzaker van methaanemissies, waarvan het aardopwarmingsvermogen 25 keer krachtiger is dan dat van koolstofdioxide in 100 jaar. Stortgassen kunnen zich ook ondergronds verplaatsen, wat mogelijk branden en explosies kan veroorzaken, en de vloeistof of percolaat die zich op stortplaatsen ophoopt, kan het grondwater verontreinigen. Bovendien zijn stortplaatsen lelijk en geurig.
een stortplaats in Danbury, Conn. Foto: Verenigde Naties
storten van vast afval brengt de hierboven beschreven problemen met zich mee en betekent ook dat alle energie die inherent is aan het afval wordt verspild. Het verbranden van afval in waste-to-energy-installaties vermindert niet alleen het volume met 87 procent, maar kan ook de ingebedde energie benutten en goed gebruiken.
installaties die afval verbranden om elektriciteit te produceren werden voor het eerst gebouwd in de jaren zeventig. na de inwerkingtreding van de Clean Air Act werd duidelijk dat de installaties gevaarlijke kwik-en dioxineemissies produceerden; er werden normen vastgesteld die ongecontroleerde verbranding van afval en beperkte emissies van deeltjes verboden. Tijdens de jaren 1990, de VS Environmental Protection Agency stelde de maximaal haalbare regelgeving voor controletechnologie vast, die waste-to-energy-installaties vereiste om luchtverontreinigingsbeheersing te installeren. In 2007 vergeleek EPA afval-met-energie-emissies tussen 1990 en 2005; het vond dalingen van 24 procent in stikstofoxide, 88 procent in zwaveldioxide, 99 procent in dioxines en 96 procent in kwik.
in de VS zijn er momenteel 77 waste-to-energy-installaties in 22 staten, die 95.023 ton afval per dag verwerken en 20.800 gigawatt uur elektriciteit per jaar kunnen opwekken. Europa heeft meer dan 400 dergelijke planten, en nog eens 300 zijn te vinden in andere delen van de wereld.
de meeste van deze installaties zijn massaverbrandingsinstallaties. Afval wordt opgeslagen in grote bunkers en vervolgens getransporteerd naar een bewegend rooster in een oven waar het gedurende ten minste twee seconden bij 850C wordt verbrand om volledige verbranding te garanderen. De warmte van de oven verwarmt water in een ketel, waardoor stoom ontstaat die een turbine draait om een generator aan te drijven die elektriciteit maakt. De elektriciteit komt dan het net binnen. In Europa combineren sommige centrales elektriciteitsopwekking met een stadsverwarmingssysteem, waarbij de overtollige stoom wordt gebruikt om warmte te creëren die wordt gebruikt om huizen te verwarmen.
afval wachtend om verbrand te worden. Foto: Ari Herzog
ongeveer 20% van wat na verbranding overblijft, is ongevaarlijke bodemas; een deel ervan wordt gebruikt voor de dekking van stortplaatsen om percolaat te verminderen of wordt gestort. In Europa wordt het vaak gebruikt in de bouwsector of voor wegenbouw.
het verbranden van kunststoffen zoals polyvinylchloride veroorzaakt toxische emissies, zodat het uitlaatgas van de ketel, rookgas, moet worden behandeld met filters, absorptie, schrobben en/of andere apparatuur voordat het in de atmosfeer kan worden afgegeven. Het rookgas bevat vliegas bestaande uit deeltjes en giftige chemicaliën. De vliegas is minder dan 5 procent van het afval dat de installatie binnenkomt; het kan worden behandeld, maar moet worden verwijderd als gevaarlijk afval. In feite moeten alle verontreinigende stoffen, zelfs als ze worden gefilterd of gevangen, op speciale stortplaatsen worden gestort. Het door de installatie geproduceerde afvalwater wordt vervolgens gezuiverd en vrijgegeven.De Clean Air Act stelt normen vast voor de emissie van zwaveldioxide, waterstofchloride, stikstofoxiden, koolmonoxide, deeltjes, cadmium, lood, kwik en dioxinen. De federal Resource Conservation and Recovery Act vereist het testen van de overgebleven as om ervoor te zorgen dat het niet gevaarlijk is en op de juiste manier wordt verwijderd of hergebruikt. De eisen van de staat zijn soms zelfs strenger dan de federale regelgeving.Nickolas Themelis, directeur en oprichter van het earth Engineering Center van Columbia University en voorzitter van de Global Waste-to-Energy Research and Technology Council, en zijn student Henri Dwyer publiceerden een inventaris van 2012 dioxine-emissies.
” alle waste-to-energy-installaties bedroegen ongeveer drie gram voor een jaar,” zei Themelis. “Om te vergelijken, de totale dioxines van de VS waren 3.000 gram. Een van de grote bronnen was stortbranden met 1300 gram.”
” All the plants in the U. S. uitstoot aanzienlijk lagere dioxine-emissies dan de nationaal vastgestelde grenswaarden … ongeveer 100-voudige lager, “zei Athanasios Bourtsalas, adjunct-assistent professor in Columbia University’ s Earth and Engineering department. “En er is geen bewijs van toxische stoffen die verband houden met waste-to-energy. Al ons onderzoek uit het verleden heeft aangetoond dat waste-to-energy een zeer duurzame afvalbeheertechniek is voor de meer dan 1.000 installaties die momenteel in de wereld actief zijn.”
de klauw bij Covanta ‘ s Haverhill, MA plant. Foto: Rebecca Zieber
Covanta, een marktleider met 41 faciliteiten over de hele wereld, beweert dat haar fabrieken in de VS meer dan 60 tot 90 procent onder de vereiste emissiegrenswaarden werken. De state-of-the-art emissiebeheersingstechnologie injecteert ammoniak of ureum in de oven om stikstofoxide (een bestanddeel van smog en zure regen) om te zetten in onschadelijke stikstof; actieve kool toegevoegd aan de rookgassen absorbeert kwik en dioxines; kalk drijfmest wordt gespoten in de uitlaat, het verwijderen van 95 procent zwaveldioxide en zoutzuur; en een “baghouse”, net als een stofzuiger, verwijdert 99,5 procent van de deeltjes uit het rookgas. Covanta bewaakt de emissies 24/7.
naast een duurzaam beheer van afval bieden afval-naar-energie-installaties ook andere voordelen, zoals gate-Vergoedingen (de vergoeding per ton die door de gemeente wordt betaald aan de installatie voor de ontvangst van het afval), de geproduceerde elektriciteit en/of mede-opgewekte warmte, de waarde van ingezameld schroot en potentieel koolstofkredieten voor hernieuwbare energie (omdat de brandstofbron duurzaam is, wordt afval-naar-energie beschouwd als een hernieuwbare technologie). Een gemiddelde fabriek die vast stedelijk afval verwerkt, kan ongeveer 500-600 kWh per ton produceren; bij 6 cent per kWh kan een ton afval 30 tot 36 dollar opleveren. Het produceren van elektriciteit door middel van afval in plaats van fossiele brandstoffen bespaart ook een vat olie of een kwart ton steenkool voor elke ton vast afval dat wordt verbrand. In termen van CO2-uitstoot, wanneer deze methode wordt vergeleken met stortplaatsen die hun methaanemissies niet terugwinnen, bespaart waste-to-energy één ton CO2 per ton afval; in vergelijking met stortplaatsen die wel hun stortgassen terugwinnen, bespaart het ongeveer een halve ton CO2 per ton afval.
drie nieuwe technologieën hebben het potentieel om de toxische emissies verder te verminderen, minder residu achter te laten en syngas te produceren, een gasmengsel dat als brandstof voor elektriciteit kan worden gebruikt of tot andere energieproducten kan worden verwerkt. De drie nieuwe technologieën-vergassing, plasma vergassing en pyrolyse-worden beschouwd als “conversietechnologieën,” dat zijn technologieën die geen verbranding (verbranding met zuurstof). Ze verhitten vast afval in zuurstofarme omgevingen, wat de productie van giftige emissies sterk vermindert en de onmiddellijke terugwinning van metalen en slakken vergemakkelijkt, zodat minder residu naar stortplaatsen gaat en de rest minder giftig is.
ondanks deze voordelen is nog geen van deze nieuwe technologieën op commerciële schaal gelanceerd in de VS.in Japan en Europa, waar land voor stortplaatsen schaars is, zijn installaties voor conversietechnologie ondersteund met overheidssubsidies en gunstige regelgeving. Maar de kosten zijn hoog, omdat sommige installaties meer homogeen afval nodig hebben, waarvan de voorsortering bijdraagt aan de kosten, en de huidige methoden voor het reinigen van syngas zijn duur.Bourtsalas legde uit dat terwijl massaverbrandingsinstallaties meer dan 1.000 ton vast afval per dag kunnen verwerken, de fabrieken met omzettingstechnologie in Japan slechts ongeveer 100 ton per dag verwerken; ze bevinden zich in de proeffase. De 900 miljoen dollar Tees Valley-faciliteit in het Verenigd Koninkrijk werd gebouwd met behulp van vergassing om 700.000 ton afval per jaar te verwerken. Opgericht om te openen in 2015, het nooit van de grond, en ging failliet.
” alle technieken die nu worden gebruikt zijn basische verbranding, waardoor stoom wordt geproduceerd, met uitzondering van de kleine fabrieken in Japan. Het zou goed zijn om meer dan één technologie te hebben,” zei Themelis. “Maar een van de problemen van afval-naar-energie vs.storten is het kost een beetje meer—gemiddeld kost het $20 per ton meer. Zelfs dat beetje geld is genoeg om een verschil te maken, dus als je een nieuw proces krijgt dat $100 meer gaat kosten, gaat het niet. Het is Economie.”
kunststoffen zijn goed voor 13 procent van het Stedelijk vast afval.
de beste manier om de omzettingstechnologieën te bevorderen zou zijn om meer van de 10.000 verschillende soorten kunststoffen in vast stedelijk afval te scheiden. Momenteel wordt slechts 10 procent van de kunststoffen gescheiden in recyclingprogramma ‘ s. “Als je kon scheiden van alle kunststoffen, dan zou je een goede grondstof voor de conversie-technologieën hebben…we werken aan dat,” Themelis zei. “Het Stedelijk vast afval van New York heeft gemiddeld 11 megajoule per kilogram. Kunststoffen, als ze gescheiden worden, zouden 35 megajoule per kilogram hebben, dus het is logisch om daarmee te beginnen.”
omdat de recyclingpercentages in de VS jarenlang op ongeveer 34 procent zijn blijven steken, betogen sommige voorstanders van omzettingstechnologieën dat recycling en compostering niet alle afvalstoffen kunnen behandelen en dat om de hoeveelheid afval die naar stortplaatsen gaat te verminderen, een bepaalde vorm van thermische verwerking noodzakelijk is. De tegenstanders van waste-to-energy beweren dat het concurreert met recycling, omdat de installaties in staat moeten zijn om genoeg afval te verwerken om winstgevend te zijn, en soms zelfs van ver weg moeten halen, waardoor meer broeikasgasemissies in het vervoer ontstaan. En omdat bijna de helft van de kosten van een installatie gaat naar de bestrijding van vervuiling, ze houden geld beter kan worden besteed aan het bevorderen van afvalreductie en recycling.
de waste-to-energy-installatie
in Europa is waste-to-energy echter geen afschrikmiddel voor recycling. Zweden, Denemarken en Nederland behoren tot de landen met de meeste waste-to-energy-installaties en hebben enkele van de hoogste recyclingpercentages. Enkele van Europa ‘ s state-of-the-art fabrieken bieden nu ook andere attracties. Een fabriek in Kopenhagen, die in maart 2017 zal worden geopend, zal een skipiste hebben, en de Spittelau-fabriek in Wenen wordt beschouwd als een van de top 10 bezienswaardigheden van de stad vanwege zijn fantasierijke exterieurdesign.
de Spittelau-fabriek in Wenen
in de VS verbrandde waste-to-energy ongeveer 12 procent van het vaste stedelijk afval in 2013, tegen 15 procent in de vroege jaren negentig. dit komt mede doordat storten nog steeds een zuinigere optie is in de VS, waar er veel land is. De uitzonderingen zijn plaatsen als New York City die afval over lange afstanden moeten vervoeren.Sinds vele jaren stuurt New York ongeveer 550.000 ton afval naar waste-to-energy-installaties in andere delen van de staat, maar onlangs heeft het Department of Sanitation toegezegd 800.000 ton te sturen, met een toename in de toekomst. In New York gaat 25 procent van het afval naar dergelijke installaties en 75 procent naar stortplaatsen, wat beter is dan het nationale gemiddelde van 10 procent en 90 procent, zei Themelis.
er zijn verschillende redenen voor de stagnerende ontwikkeling van waste-to-energy in de VS Het heeft in sommige kringen nog steeds een ongefundeerde reputatie van verontreiniging, en gemeenschappen kunnen bezwaar maken tegen de vestiging van faciliteiten in hun midden. Bovendien zijn de kosten van de bouw van een nieuwe faciliteit hoog en kan het jaren duren om economische voordelen te bieden.”In de meeste staten in de VS is de stortbelasting minder duur dan de waste-to-energy gate fee, en er is geen nationale wetgeving,” zei Bourtsalas. “In Europa zijn er zeer sterke richtlijnen-alle landen van de Europese Unie zijn verplicht om waste-to-energy in hun afvalbeheersystemen in te voeren. In de VS heeft elke staat zijn eigen wetgeving, ze hebben niet één richtlijn met de mogelijkheid om wetgevers en verschillende belanghebbenden onder druk te zetten om duurzaam afvalbeheer te bevorderen.”
de eerste en enige waste-to-energy-installatie die sinds 1995 in de VS werd gebouwd, is afgelopen zomer in bedrijf genomen in Palm Beach County, Fla. De 672 miljoen dollar state-of-the-art plant verwacht te verminderen afval naar de stortplaats met 90 procent, het genereren van 100 MW aan elektriciteit, en terugwinning 27.000 ton metalen nadat het afval wordt verbrand elk jaar. Het voldoet aan de laagste emissiegrenswaarden van een dergelijke faciliteit in gebruik in de VS.
de Shenzhen-fabriek
de grootste waste-to-energy-fabriek ter wereld wordt gebouwd in Shenzhen, China. Gelegen op 35 hectare met een stadionontwerp, zal de vijf hectare faciliteit 5.500 ton afval per dag verbranden, een derde van het afval dat wordt gegenereerd door de bewoners van Shenzhen. De state-of-the-art fabriek, die naar verwachting zal worden geopend in 2020, beschikt ook over een park en een hotel. De groei van de technologie in China is opmerkelijk: in 2005 had het 15 afval-naar-energie-installaties; vandaag zijn er 188.
Oslo, de Noorse Centrale Klemetsrud, die elektriciteit en warmte produceert, stoot ook meer dan 330.700 ton CO2 per jaar uit omdat het vast stedelijk afval verbrandt. Onlangs heeft de fabriek een test uitgevoerd om de CO2-uitstoot van de dampen op te vangen en was het in staat om tot 90 procent van hen uit de atmosfeer te houden. Noorwegen plant nu tegen 2020 een volledige koolstofafvanginstallatie van 300 miljoen dollar. Het opgevangen CO2 wordt naar de Noordzee vervoerd om onder zee te worden geïnjecteerd en opgeslagen, of in olie-en gasvelden te worden geïnjecteerd om de productie te verbeteren.Volgens een rapport uit 2015 zal de wereldwijde markt voor afval / energie jaarlijks met ongeveer 5,9 procent groeien tot 37,64 miljard dollar in 2020, tegenover 25,3 miljard dollar in 2013. De Waste-to-Energy Research and Technology Council helpt deze groei te bevorderen door de beste technologieën te promoten, samen te werken met zusterorganisaties in Brazilië, Chili, China, India, Italië en elders, en het woord te verspreiden over de voordelen van waste-to-energy.