Utsläpp av fossil koldioxid från avfallsförbränning

Utsläpp av fossil koldioxid från avfallsförbränning
Sammanfattande rapport
Utsläpp av fossil koldioxid från
avfallsförbränning
En kol-14-analys av avfallet
vid Sävenäs avfallskraftvärmeverk
Lia Detterfelt, Katarina Pettersson
Återvinning och Behandling, Renova AB.
2009 10 20
Renova
sid 1(11)
Utsläpp av fossil koldioxid från avfallsförbränning
1) SAMMANFATTNING
En kol-14 analys gjordes med hjälp av acceleratormasspektrometri (AMS)
på avfallsprover på Renovas avfallskraftvärmeverk i Sävenäs i Göteborg.
Proverna togs ut på ett standardiserat sätt för att representera allt avfall i
avfallsbunkern.
Resultatet i denna studie tyder på att de fossila utsläppen från avfallsförbränning är väsentligt lägre än de som antas i schabloner som används av
myndigheter och inom avfallsbranschen. Av den koldioxid som släpps ut
är endast mellan 1 - 12 ±1 procent fossil och som därmed kan anses vara
klimatpåverkande. Detta ska jämföras med de schabloner på ca 13 procent
för hushållsavfall och ca 28 procent för blandat avfall som myndigheter,
Renova och branschen i övrigt använder sig av.
Avfallsförbränning med energiutvinning är, speciellt om resultatet verifieras i kommande studier, ännu mer klimatneutralt än vad man hitintills ansett och energi från avfallsförbränning borde i än högre utsträckning anses
vara förnyelsebar.
Resultatet av studien bör ligga till grund för en fortsatt diskussion kring
avfallsförbränningens roll i ett klimatanpassat avfallshanterings- och energisystem.
Renova
sid 2(11)
3(11)
2) BAKGRUND
Runt hela världen pågår arbetet med att begränsa utsläppen av växthusgaser till atmosfären för att minska problemet med den globala uppvärmningen. Inom EU och i Sverige är intresset för att öka kunskapen kring
källor av växthusgaspåverkande utsläpp stort och olika ekonomiska styrmedel används för att minska utsläppen. Tex har förbränningsskatten på
avfall motiverats med avfallsförbränningens växthusgasbidrag och elcertifikat ges för vissa delar av avfallets icke-fossila innehåll. En ständigt pågående diskussion är huruvida avfallsförbränning ska anses vara en förnyelsebar energikälla eller ej.
Generellt tänker man sig att kol som ingår i det naturliga kretsloppet inte
bidrar till växthuseffekten, eftersom det är biologiskt kol som tas upp av
växterna igen i fotosyntesen. Fossilt kol, däremot, är sådant kol som lagrats i marken under mer än 10 000 år och som bildat stenkol, olja och naturgas. Då detta förbränns, eller produkter tillverkade av det, ökar innehållet av koldioxid (CO2) i atmosfären och påverkar växthuseffekten negativt.
Schabloner och plockanalyser
En svårighet för myndigheter och för avfallsförbränningsanläggningarna
har varit att det är svårt att bestämma det exakta innehållet av fossilt kol i
avfallet. I plockanalyser kan man okulärt och viktandelsmässigt bestämma
andelen avfall som man antar innehåller fossilt kol. Man utgår då ofta från
att t.ex. allt matavfall endast innehåller biologisk kol och all plast innehåller endast fossilt kol. Men numera kan ju matavfall innehålla mindre
mängder fossilt kol, t.ex i form av tillsatsämnen såsom smakämnen och
stabilisatorer, och plaster kan vara tillverkade av biologiskt kol, såsom
stärkelseplast.
En viktigare felkälla vid plockanalyser är dock det okända innehållet av
andra ämnen än kol i materialen. Exempelvis är andelen vatten i matavfall
ofta mycket stort, t.ex. runt 95 procent för tomater och gurkor. Och andelen fyllmedel i plast och papper kan vara hög, ibland uppemot 50 procent
av den totala vikten av materialet.
Dessutom innehåller molekylerna där kolet finns även andra grundämnen.
T.ex innehåller PVC-molekylen med bruttoformeln (C2H3Cl) bara 53 viktprocent kol. Enligt kemikalieinspektionen kan PVC innehålla upp till 50
procent fyllmedel och med så stort fyllmedelsinnehåll blir det fossila
kolinnehållet i PVC endast drygt en fjärdedel av totalvikten.
4(11)
Figur 1 Genomsnittligt innehåll av ämnestyper i PVC. Källa: KemI Rapport 6/96.
5(11)
En annan svårighet med att bestämma det fossila innehållet vid plockanalyser är att avfallets innehåll varierar över tiden och utifrån avfallslämnare.
De plockanalyser som görs är sällan representativa för det totala flödet av
avfall till en anläggning.
Eftersom svårigheterna med att bestämma det fossila innehållet i avfall
genom plockanalyser är väl kända och eftersom det rent praktiskt innebär
problem att genomföra plockanalyser ofta, använder både myndigheter och
avfallsbranschen sig av schabloner för avfallets innehåll av fossilt avfall. I
RVF-rapporten 2003:12 har forskningsföretaget Profu uppskattat hur
mycket fossil koldioxid som släpps ut vid förbränning av olika avfallsmixer. Man har använt sig av ”sammanställningar, beräkningar och uppskattningar från ett stort antal värden”. Resultatet ligger bland annat till grund
för schablonen som används i förbränningsskattelagstiftningen, där man
har fastställt att den fossila andelen i hushållsavfall är 12,6 procent, utifrån
antagandet att blandat kommunalt avfall innehåller 14 procent fossilt avfall
och att kolinnehållet i detta avfall är 90 procent.
Renova anger i sin miljörapport att man uppskattar att 15 procent av avfallet man förbränner är fossilt. Renova antar vidare med hänvisning till
RVF-rapport 2003:12 att 28 procent av koldioxiden man släpper ut är av
fossilt ursprung.
Några svagheter med att beräkna andelen fossil koldioxid från förbränning
med hjälp av schabloner är alltså att de bland annat bygger på
•
antaganden om avfallets allmänna sammansättning,
•
att sammansättningen är konstant in till en anläggning,
•
att sammansättningen ser likadan ut till anläggningar i hela Sverige
och att
•
sammansättningen inte förändras över tiden.
Kol-14-datering
Eftersom både plockanalyser och schabloner för bestämning av det fossila
koldioxidutsläppet innebär brister, väcktes idén om att mäta detta på ett för
avfallsbranschen nytt sätt. Kol-14-datering görs vanligen för att bestämma
ålder på arkeologiska föremål. Metoden bygger på att kol-14-isotopen har
en känd halveringstid, att halten kol-14 är relativt konstant i atmosfären
och att alla levande föremål tar upp kol-14-isotopen genom fotosyntesen
6(11)
eller genom förtäring av växter och djur medan de lever. Då organismen
dör avstannar upptaget av isotopen och genom att mäta andelen kol-14 i
förhållande till den totala mängden kol kan man avgöra hur gammalt föremålet är. I denna rapport antas att allt kol, som är äldre än 10 000 år, är
fossilt.
3) METOD
I forskningsprojektet VOKAB där Renova ingår, lade man ner ett stort
arbete på att ta ut avfallsprover ur avfallsbunkern på Renova som skulle
representera hela den avfallsvolym i avfallsbunkern som förbränts under
provtiden. Metoden man följde presenteras i rapporten ”Karakterisering av
fasta heterogena bränslen – inverkan av metod för provtagning och provberedning” och som visade sig vara en effektiv metod för att få fram representativa prover.
Uppgifter om vilken typ av avfall som levererats till anläggningen under
provtiden togs från Renovas vågsystem.
Figur 2 Krossat avfall för kol-14 analys
7(11)
De uttagna proverna maldes ner av ett kemiskt analyslaboratorium till en
storlek av uppskattningsvis 1 mm och torkades. Proverna förvarades i
plastpåsar i tillslutna plastkärl i rumstemperatur.
Ur avfallsproven togs en mindre volym ut efter omblandning av varje enskilt prov, och paketerades i plastpåsar, som sedan virades in i aluminiumfolie för att undvika radioaktiv kontaminering vid frakt till analyslaboratoriet.
Proverna skickades till Laboratoriet för C-14-datering vid kvartärgeologiska avdelningen på Lunds Universitet. På laboratoriet analyserades hur stor
del av koldioxiden som avgår vid förbränning vid 500 grader som är av
fossilt ursprung av den avgivna totala koldioxiden. Detta gjordes enligt
traditionell metod för kol-14-datering, med undantaget att provet inte genomgick någon förbehandling i form av upplösning i saltsyra eller natriumhydroxidlösning, vilket hade riskerat att minska det fossila innehållet i
form av t.ex karbonater.
Resultatet bygger på prover uttagna vid fyra olika tillfällen under vårenhösten 2008. Vid två av tillfällena analyserades dubbelprov, totalt utfördes
alltså sex kol-14-analyser. Andelen verksamhetsavfall varierade mellan 13
och 99 procent i proverna.
8(11)
Tabell 1 Beskrivning av prover i studien
DATUM
PROVUTTAG
PROVBESKRIVNIN
G
UNGEFÄRLIG
ANDEL
VERKSAMHETSAVFALL (%)
UNGEFÄRLIG
ANDEL
HUSHÅLLSAVFALL (%)
UTFÖRD KOL-14
ANALYS
080517
Uttag från
bunkern på
Sävenäs
43
57
Juli 2008
080615A
Uttag från
bunkern på
Sävenäs
13
87
Juli 2009
080615B
Dubbelprov av
ovanstående
13
87
Juli 2009
080713A
Uttag från
bunkern på
Sävenäs
16
84
Juli 2009
080713B
Dubbelprov av
ovanstående
16
84
Juli 2009
081018
Uttaget från
bränslekross
på Skräppekärr
99
1
Juli 2009
9(11)
4) RESULTAT OCH SLUTSATSER
Avfallets innehåll av fossilt kol vilket ger ett fossilt koldioxidutsläpp vid
förbränning varierade mellan 1-12 ±1 procent av det totala kolinnehållet.
Spridningen i resultatet var liten då två analyser gjordes på avfallsblanding från samma tillfälle, vilket gör att resultaten kan anses relativt tillförlitliga.
Andel fossil koldioxid i rökgaser från avfallsförbränning
14
andel fossil koldioxid (%)
12
10
8
6
4
2
0
0
20
40
60
80
100
120
andel verksamhetsavfall (%)
Figur 3 Andelen fossil koldioxid i rökgaser från Sävenäs avfallskraftvärmeverk mot den
ungefärliga andelen verksamhetsavfall i det förbrända avfallet.
Denna studie tyder på att man i de allmänna schabloner som idag används
för att uppskatta det fossila utsläppet av koldioxid vid avfallsförbränning
är alldeles för högt satta. Studien antyder att de fossila utsläppen är
mycket små, kanske någonstans mellan 0-2 procent då endast hushållsavfall förbränns. Det ska jämföras med den schablon på 12,6 procent som
används i förbränningsskattelagstiftningen.
Då inblandningen av verksamhetsavfall är stort, tyder studien på att den
fossila koldioxiden inte utgör mer än 12 procent av det totala koldioxidutsläppet. Detta kan jämföras med den av RVF/Profu framräknade schablonen på motsvarande 28 procent vid en inblandning på ca 40 procent verksamhetsavfall. En siffra som Renova använder sig av i sin miljörapport
och även i andra officiella sammanhang då koldioxidutsläpp från avfallsförbränning diskuteras.
10(11)
5) DISKUSSION
Resultatet i studien tyder på att utsläppet av fossil koldioxid från avfallsförbränning är starkt överskattad i de schabloner som myndigheter och
avfallsbranschen använder sig av. Avfallsförbränningens negativa påverkan på växthuseffekten ser alltså ut att vara mycket mindre än man trott.
Energi utvunnen vid avfallsförbränning borde, om dessa resultat står sig
även i kommande studier, anses vara förnyelsebar i ännu större utsträckning än idag.
Resultaten i studien visar också att de fossila utsläppen från avfallsförbränning troligen är mindre än till och med den lägsta schablonen som
används (den för rent hushållsavfall), oavsett hur mycket verksamhetsavfall som blandas in.
Det bör påpekas att begreppen verksamhetsavfall och hushållsavfall används för att peka på vilken typ av juridisk person som har ansvaret för
avfallet enligt svensk lagstiftning. De säger egentligen ingenting om vad
avfallet innehåller. Att basera schabloner för det fossila kolinnehållet på
dessa kategorier är därför osäkert.
Några möjliga felkällor vid denna studie, och som bör undvikas i kommande studier är tex. risk för radioaktiv kontaminering vid förvaring och
posthanteringen (liten risk) och risk för avgång av (främst) icke-fossilt kol
vid torkning och förvaring av prover.
Resultatet från denna studie bör kunna användas i diskussioner om avfallsförbränningens roll i ett klimatanpassat avfallsbehandlings- och energisystem. De styrmedel som används för att nå dit bör också kunna omvärderas utifrån resultaten. Exempel på existerande sådana styrmedel är elcertifikatsystemet, förbränningsskatt och koldioxidbeskattning. Resultatet kan
också användas vid diskussioner om miljömärkningar såsom Grön el och
Grön värme.
Förslag till fortsatt arbete
Resultaten från studien kan användas som en indikation på avfallsförbränningens växthusgaspåverkan. Dock bör man ha i åtanke att det endast är en
begränsad mängd analyser som genomförts. För att säkerställa resultatet
bör det verifieras i kommande studier.
För att säkerställa en likartad hantering av fasta prover och kol-14-analyser
bör man i fortsatta studier undersöka om den amerikanska standarden
ASTM D6866 för att mäta biomasseinnehållet i fasta, flytande och gasformiga prover, kan användas.
11(11)
Det pågår arbete med att utveckla metoder för att med hjälp av C-14 mäta
innehållet av fossil koldioxid i rökgas. Idén går ut på att man absorberar all
koldioxid i rökgaserna in-situ och sedan analyserar andelen C-14 med
hjälp av acceleratormasspektrometri (AMS) på externt laboratorium.
(Mohn J, et al.) Dessa metoder bör kunna användas och utvärderas i kommande studier.
6) REFERENSER
Johansson, Ingvar. Karakterisering av fasta heterogena bränslen – inverkan av metod för provtagning och provberedning, examensarbete Borås
Högskola 2007.
Mohn J, et al. Determination of biogenic and fossil CO2 emitted by waste
incineration based on 14CO2 and mass balances, Bioresource Technology,
Volume 99, Issue 14, September 2008, Pages 6471-6479
RVF (numera Avfall Sverige). Förbränning av avfall. Utsläpp av växthusgaser jämfört med annan avfallsbehandling och annan energiproduktion. RVF:s kommentarer samt Profus rapport CO2-utsläpp från svensk
avfallsförbränning. RVF rapport 2003:12, Malmö 2003.