att sätta sopor till god användning med avfall till energi
foto: Jan Truter
under de senaste fyra decennierna har vi människor tredubblat vår konsumtion av jordens naturresurser, säger en ny rapport från FN: s miljöprogram. Och enligt World Resources Institute ” returneras en halv till tre fjärdedelar av de årliga resursinsatserna till industriella ekonomier till miljön som avfall inom bara ett år.”
år 2013 producerade USA 254 miljoner ton sopor eller kommunalt fast avfall. Cirka 87 miljoner ton av detta komposterades eller återvanns, 32,7 miljoner ton brändes för energi och 134,3 miljoner ton gick till deponier.
kommunalt fast avfall består av papper, kartong, mat, gräsklipp, löv, trä, läder, plast, metaller och petroleumbaserade syntetiska material. Ingen enskild metod kan hantera alla typer av avfall, så en ”hierarki för avfallshantering” används för att rangordna strategierna för att hantera avfall enligt deras miljöpåverkan. En nyckelprincip för hållbar avfallshantering är att försöka hantera avfall så högt upp i avfallshierarkin som möjligt.
den första prioriteringen är att undvika att producera 
avfall genom att minska konsumtion och förpackning. Det näst bästa alternativet är att återvinna; kompostering av organiskt avfall kommer nästa. Detta följs av förbränning av det återvunna avfallet för energi och slutligen deponering.
antalet amerikanska deponier har minskat under åren, men den genomsnittliga storleken på befintliga deponier har ökat. Deponier kan avge koldioxid, metan, flyktiga organiska föreningar och andra farliga föroreningar i luften. I USA är de den tredje största bidragsgivaren av metanutsläpp, vars globala uppvärmningspotential är 25 gånger mer potent än koldioxidens över 100 år. Deponigaser kan också röra sig under jord, vilket kan orsaka bränder och explosioner, och vätskan eller lakvattnet som ackumuleras i deponier kan förorena grundvattnet. Dessutom är deponier fula och luktiga.
en deponi i Danbury, Conn. Foto: FN
deponering av fast avfall medför de problem som beskrivs ovan och innebär också att all energi som är inneboende i avfallet slösas bort. Att bränna avfallet i avfall till energianläggningar minskar inte bara volymen med 87 procent, utan kan också utnyttja sin inbäddade energi och använda den till god användning.
anläggningar som bränner avfall för att producera el byggdes först på 1970-talet. efter att Clean Air Act trädde i kraft blev det klart att anläggningarna producerade farliga kvicksilver-och dioxinutsläpp.standarder fastställdes som förbjöd okontrollerad förbränning av avfall och begränsade utsläpp av partiklar. Under 1990-talet, USA. Environmental Protection Agency fastställde de maximala uppnåbara reglerteknikbestämmelserna, vilket krävde anläggningar för avfall till energi för att installera luftföroreningskontroller. År 2007 jämförde EPA utsläpp av avfall till energi mellan 1990 och 2005; det fann minskningar med 24 procent i kväveoxid, 88 procent i svaveldioxid, 99 procent i dioxiner och 96 procent i kvicksilver.
i USA finns det för närvarande 77 avfall-till-energi-Anläggningar i 22 stater, som bearbetar 95 023 ton avfall varje dag, som kan generera 20 800 gigawattimmar el per år. Europa har över 400 sådana växter, och ytterligare 300 finns i andra delar av världen.
de flesta av dessa växter är massförbränningsanläggningar. Avfall lagras i stora bunkrar och transporteras sedan till ett rörligt galler i en ugn där det bränns vid över 850C i minst två sekunder för att säkerställa fullständig förbränning. Värmen från ugnen värmer vatten i en panna, vilket skapar ånga som förvandlar en turbin för att driva en generator som gör El. Elen kommer sedan in i nätet. I Europa kombinerar vissa anläggningar elproduktion med ett fjärrvärmesystem, med hjälp av överflödig ånga för att skapa värme som används för att värma hem.
avfall som väntar på att brännas. Foto: Ari Herzog
cirka 20 procent av det som finns kvar efter förbränning är icke-farlig bottenaska; en del av det används för täckning vid deponier för att minska lakvatten eller deponeras. I Europa används det ofta inom byggbranschen eller för vägbyggnad.
förbränning av plast som polyvinylklorid ger giftiga utsläpp, så pannans avgaser, rökgas, måste behandlas med filter, absorption, skrubbning och/eller annan utrustning innan den kan släppas ut i atmosfären. Rökgasen innehåller flygaska bestående av partiklar och giftiga kemikalier. Flygaska är mindre än 5 procent av avfallet som kommer in i anläggningen; det kan behandlas, men måste kasseras som farligt avfall. Faktum är att alla föroreningar, även om de filtreras eller fångas, måste kasseras i speciella deponier. Avloppsvattnet som produceras av anläggningen behandlas och släpps sedan ut.
Clean Air Act fastställer standarder för utsläpp av svaveldioxid, väteklorid, kväveoxider, kolmonoxid, partiklar, kadmium, bly, kvicksilver och dioxiner. Federal Resource Conservation and Recovery Act kräver testning av kvarvarande aska för att säkerställa att den inte är farlig och bortskaffas eller återanvänds korrekt. Statliga krav är ibland ännu strängare än de federala bestämmelserna.
eftersom dioxinutsläpp är det största problemet med avfall till energianläggningar, Nickolas Themelis, chef och grundare av Columbia University Earth Engineering Center och ordförande för Global Waste-to-Energy Research and Technology Council, och hans student Henri Dwyer publicerade en inventering av 2012 dioxinutsläpp.
”alla avfalls-till-energianläggningar kom till ungefär tre gram i ett år,” sade Themelis. ”För att jämföra var de totala dioxinerna i USA 3000 gram. En av de stora källorna var deponibränder med 1300 gram.”
” alla växter i USA. avge betydligt lägre dioxinutsläpp än de nationellt fastställda gränserna … cirka 100 gånger lägre”, säger Athanasios Bourtsalas, adjungerad biträdande professor i Columbia Universitys jord-och ingenjörsavdelning. ”Och det finns inga bevis på några giftiga ämnen som är förknippade med avfall till energi. All vår tidigare forskning har visat att avfall till energi är en mycket hållbar avfallshanteringsteknik för de över 1 000 anläggningar som för närvarande är verksamma i världen.”
kloen vid Covantas Haverhill, MA-anläggning. Foto: Rebecca Zieber
Covanta, en branschledare med 41 anläggningar runt om i världen, hävdar att dess amerikanska anläggningar arbetar med mer än 60 till 90 procent under de nödvändiga utsläppsgränserna. Dess toppmoderna utsläppskontrollteknik injicerar ammoniak eller urea i ugnen för att förvandla kväveoxid( en komponent av smog och surt regn) till ofarligt kväve; aktivt kol tillsatt till rökgaserna absorberar kvicksilver och dioxiner; kalkuppslamning sprutas in i avgaserna och tar bort 95 procent svaveldioxid och saltsyra; och ett” baghouse”, ungefär som en dammsugare, tar bort 99,5 procent av partiklarna från rökgasen. Covanta övervakar utsläpp 24/7.
förutom hållbar hantering av avfall ger avfall till energianläggningar andra fördelar, såsom portavgifter (avgiften per ton som kommunen betalar till anläggningen för att ta emot avfallet), den el och/eller samgenererad värme som produceras, värdet av insamlad metallskrot och eventuellt kolkrediter för förnybar energi (eftersom dess bränslekälla är hållbar anses avfall till energi vara en förnybar teknik). En genomsnittlig anläggning som bearbetar kommunalt fast avfall kan generera cirka 500-600 kWh per ton; vid 6 cent per kWh kan ett ton avfall ta in $30 till $36. Att producera el genom avfall istället för fossila bränslen sparar också ett fat olja eller ett kvart ton kol för varje ton fast avfall som förbränns. När det gäller CO2-utsläpp, när denna metod jämförs med deponier som inte återvinner sina metanutsläpp, sparar avfall till energi ett ton CO2 per ton avfall; jämfört med deponier som återvinner sina deponigaser sparar det ungefär ett halvt ton CO2 per ton avfall.
tre nya tekniker har potential att ytterligare minska giftiga utsläpp, lämna mindre rester och producera syngas, en gasblandning som kan användas som bränsle för el eller göras till andra energiprodukter. De tre nya teknikerna-förgasning, plasmaförgasning och pyrolys—betraktas som ”omvandlingstekniker”, som är tekniker som inte involverar förbränning (förbränning med syre). De supervärmer fast avfall i miljöer med låg syre, vilket kraftigt minskar produktionen av giftiga utsläpp och underlättar omedelbar återvinning av metaller och slagg så att mindre rester går till deponier och det som återstår är mindre giftigt.
trots dessa fördelar har ingen av dessa nya tekniker ännu lanserats i kommersiell skala i USA i Japan och Europa, där mark för deponier är knappa, omvandlingsteknologianläggningar har fått stöd med statliga subventioner och gynnsamma regler. Men kostnaderna är höga, eftersom vissa växter kräver mer homogent avfall, vars försortering bidrar till kostnaden, och de nuvarande metoderna för rengöring av syngas är dyra.
Bourtsalas förklarade att medan massförbränningsanläggningar kan bearbeta över 1000 ton fast avfall om dagen, bearbetar omvandlingsteknikanläggningarna i Japan endast cirka 100 ton om dagen; de är i pilotfasen. Tees Valley-anläggningen på 900 miljoner dollar i Storbritannien byggdes med förgasning för att bearbeta 700 000 ton avfall per år. Satt att öppna 2015, Det kom aldrig från marken och gick i konkurs.
” all teknik som används nu är grundläggande förbränning, vilket gör ånga, förutom de små anläggningarna i Japan. Det skulle vara bra att ha mer än en teknik,” sade Themelis. ”Men ett av problemen med avfall till energi vs deponering är att det kostar lite mer-i genomsnitt kostar det $20 per ton mer. Även den lilla pengarna räcker för att göra skillnad, så om du får en ny process som kommer att kosta $100 mer, kommer det inte att gå. Det är ekonomi.”
plast utgör 13 procent av kommunalt fast avfall.
det bästa sättet att främja konverteringstekniken skulle vara att separera mer av de 10 000 olika typerna av plast i kommunalt fast avfall. För närvarande separeras endast 10 procent av plasten i återvinningsprogram. ”Om du kunde skilja ut all plast, skulle du ha ett bra råmaterial för omvandlingstekniken…vi arbetar med det,” sa Themelis. ”Det kommunala fasta avfallet i New York har i genomsnitt 11 megajoule per kilo. Plast, om det separeras, skulle ha 35 megajoule per kilo, så det är vettigt att börja med det.”
eftersom amerikanska återvinningsgrader har fastnat på cirka 34 procent i flera år, hävdar vissa förespråkare för omvandlingsteknik att återvinning och kompostering inte kan hantera allt avfall och att för att minska mängden som går till deponier är någon form av termisk bearbetning nödvändig. De mot avfall till energi hävdar att det konkurrerar med återvinning eftersom anläggningarna måste kunna bearbeta tillräckligt med avfall för att vara lönsamma, och ibland måste till och med dra in det långt borta, vilket skapar fler växthusgasutsläpp i transporter. Och eftersom nästan hälften av kostnaden för en anläggning går in i föroreningskontroll, behåller de pengar som bättre kan användas för att minska avfall och återvinning.
Köpenhamns avfalls-till-energianläggning
i Europa är emellertid avfalls-till-energi inte avskräckande för återvinning. Sverige, Danmark och Nederländerna är bland de länder som har mest avfall till energi och har några av de högsta återvinningsgraden. Några av Europas toppmoderna växter erbjuder nu också andra attraktioner. En anläggning i Köpenhamn, som ska öppnas i mars 2017, kommer att innehålla en skidbacke, och Spittelau-anläggningen i Wien anses vara en av stadens 10 bästa sevärdheter på grund av sin fantasifulla exteriördesign.
Spittelau-anläggningen i Wien
i USA förbrände avfall till energi cirka 12 procent av kommunalt fast avfall 2013, ner från 15 procent i början av 1990-talet. detta beror delvis på att deponering fortfarande är ett mer ekonomiskt alternativ i USA, där mark är rikligt. Undantagen är platser som New York City som behöver transportera skräp långa avstånd.
under många år har New York skickat cirka 550 000 ton avfall till avfall till energianläggningar i andra delar av staten, men nyligen har Sanitetsdepartementet åtagit sig att skicka 800 000 ton, med ökningar i framtiden. I New York City går 25 procent av avfallet till sådana anläggningar och 75 procent går till deponier, vilket är bättre än det nationella genomsnittet på 10 procent och 90 procent, sa Themelis.
det finns flera orsaker till den avstannade utvecklingen av avfall till energi i USA.Det har fortfarande ett ogrundat rykte för föroreningar i vissa kretsar, och samhällen kan invända mot att placera anläggningar i deras mitt. Dessutom är kostnaden för att bygga en ny anläggning hög, och det kan ta år att ge ekonomiska fördelar.
” i de flesta stater i USA är deponiskatten billigare än avfallsavgiften, och det finns ingen nationell lagstiftning”, sa Bourtsalas. ”I Europa finns det mycket starka direktiv-alla EU-länder är skyldiga att genomföra avfall till energi i sina avfallshanteringssystem. I USA har varje stat sin egen lagstiftning, de har inte ett direktiv med förmågan att pressa lagstiftare och olika intressenter för att främja hållbar avfallshantering.”
den första och enda avfallsenergianläggningen som byggdes i USA sedan 1995 började fungera förra sommaren i Palm Beach County, Fla. Den toppmoderna anläggningen på 672 miljoner dollar räknar med att minska avfallet som går till deponiet med 90 procent, Generera 100 MW el och återvinna 27 000 ton metaller efter att avfallet förbränns varje år. Den uppfyller de lägsta utsläppsgränserna för en sådan anläggning i drift i USA.
Shenzhen-anläggningen
världens största avfalls-till-energianläggning byggs i Shenzhen, Kina. Ställ på 35 hektar med en stadiondesign, kommer den fem hektar stora anläggningen att förbränna 5,500 ton avfall dagligen, en tredjedel av soporna som genereras av invånarna i Shenzhen. Den toppmoderna anläggningen, som förväntas öppna 2020, har också en park och ett hotell. Tillväxten av tekniken i Kina är anmärkningsvärd: 2005 hade den 15 avfall till energianläggningar; idag finns det 188.
Oslo, Norges Klemetsrud-anläggning, som producerar el och värme, avger också över 330 700 ton CO2 varje år när det brinner kommunalt fast avfall. Nyligen genomförde anläggningen ett test för att fånga CO2-utsläpp från ångorna och kunde hålla upp till 90 procent av dem från att komma in i atmosfären. Norge planerar nu en fullskalig koldioxidavskiljningsanläggning på 300 miljoner dollar år 2020. Den fångade CO2 kommer att skickas till Nordsjön för att injiceras och lagras under havet eller injiceras i olje-och gasfält för att förbättra produktionen.
den globala marknaden för avfall till energi beräknas växa cirka 5,9 procent årligen för att nå 37,64 miljarder dollar år 2020, upp från 25,3 miljarder dollar 2013, enligt en rapport från 2015. Waste-to-Energy Research and Technology Council hjälper till att främja denna tillväxt genom att främja den bästa tekniken, arbeta med sina systerorganisationer i Brasilien, Chile, Kina, Indien, Italien och på andra håll och sprida ordet om fördelarna med waste-to-energy.