Projektopgaven - Miljø og bæredygtighed PDF

Preview

Summary

the project made for the course...

Description

12202: Projekt i Miljø og Bæredygtighed

Alexander s135271, Ibrahim s134738, Joakim s134080 & Simon s135165 12202 Miljø og bæredygtighed

2. Dec 2013

Kursus 12202 Miljø og bæredygtighed

Navne

Studienummer

Alexander Kruhøffer BlochAndersen Ibrahim Mohammad Nemer Joakim Eisland-Schmidt Simon Møll Jensen

s135271 s134738 s134080 s135165

Vejledere

Referat

Jakob Thaysen Rørbech

Vi har udarbejdet to affaldssystemer hvorpå vi har lavet en MFA for at se hvordan affaldet bevægede sig rundt heri.

Thomas Fruergaard Astrup Anders Damgaard

Vi har lavet en EFA for at forholde os til energien i systemerne. Vi har lavet en stofstrømsanalyse af både aluminium og fosfor så vi dermed kunne kortlægge deres færden i de to affalfssystemer. For at vi kan forholde os til om systemerne er miljømæssige bæredygtige har vi lavet ODN opgørelse.

Side 1 af 20

Alexander s135271, Ibrahim s134738, Joakim s134080 & Simon s135165 12202 Miljø og bæredygtighed

2. Dec 2013

Forord Denne rapport er udført af fire studerende på Danmarks Tekniske Universitet. Rapporten har til hensigt at belyse læseren om to forskellige affaldssystemer. Der vil dykkes ned i systemerne og ses på hvordan affaldet og energien heri kommer rundt i systemerne. Det skal ende ud med en bedre forståelse af genanvendelse. Der tages udgangspunk i det der er lært fra kursus 12202 Miljø og bæredygtighed. Billederne i rapporten er forholdsvis små og svært læselige. For rapportens udseende var dette en nødvendighed. I bilag findes billederne i stort format.

Side 2 af 20

Alexander s135271, Ibrahim s134738, Joakim s134080 & Simon s135165 12202 Miljø og bæredygtighed

2. Dec 2013

Indholdsfortegnelse Indledning .......................................................................................................................................................... 4 Fase 1: Masse- og energistrømsanalyse ............................................................................................................ 5 Formål............................................................................................................................................................ 5 Teori............................................................................................................................................................... 5 MFA(Material Flow Analysis)..................................................................................................................... 5 EFA (Energy Flow Analysis) ........................................................................................................................ 5 MFA - affaldssortering ....................................................................................................................................... 5 Diskussion .................................................................................................................................................. 6 MFA - forbrænding ............................................................................................................................................ 7 Diskussion .................................................................................................................................................. 7 EFA - affaldssortering ........................................................................................................................................ 8 Diskussion ................................................................................................................................................ 8 EFA - forbrænding.............................................................................................................................................. 9 Diskussion .............................................................................................................................................. 10 Fase 2: Stofstrømsanalyse ............................................................................................................................... 11 Fase 3: Opstrøms- Direkte-Nedstrøms CO2-opgørelse.................................................................................... 12 Konklusion ....................................................................................................................................................... 14 Bilag – billeder ................................................................................................................................................. 15 MFA - affaldssortering ................................................................................................................................. 15 MFA - forbrænding ...................................................................................................................................... 16 EFA - affaldssortering .................................................................................................................................. 17 EFA - forbrænding........................................................................................................................................ 18 Stofstrømsanalyse – aluminium .................................................................................................................. 19 Stofstrømsanalyse - fosfor........................................................................................................................... 20

Side 3 af 20

Alexander s135271, Ibrahim s134738, Joakim s134080 & Simon s135165 12202 Miljø og bæredygtighed

2. Dec 2013

Indledning Danmark producere mange tons affald hver dag. Derfor er det vigtigt at vi kortlægger hvad affald der kommer ind, så vi dermed kan genbruge ressourcerne bedst muligt. Det er derfor vigtigt at forholde sig til, om alt affaldet skal brændes for at få den bedste energi her og nu, eller om vi sparer mere energi i det lange løb ved at genanvende affaldet. Dette kan man analysere ved en masse-, stof-, og energistrømsanalyse der kigger på processernes indput og output. Vi benytter os af de forskellige værktøjer for at finde ud af hvilken tilgang til affaldet der bedst kan betale sig. Er det fokus på indsamling og genanvendelse eller energiudnyttelse?

Side 4 af 20

Alexander s135271, Ibrahim s134738, Joakim s134080 & Simon s135165 12202 Miljø og bæredygtighed

2. Dec 2013

Fase 1: Masse- og energistrømsanalyse Formål Identificere masse- og energistrømme i et affaldssystem og et forbrændingssystem vha. programmat Stan.

Teori For at løse fase 1 anvendes der to forskellige løsningsværktøjer. MFA(Material Flow Analysis) MFA er et værktøj der benyttes når der skal fremstilles en massestrømsanalyse. En MFA-model tager udgangspunkt i hvad der kommer ind i systemer, og hvordan det her efter fordeler sig inden for systemet hvor det er afgrænset i tid og sted. Det giver dermed et overblik over vigtige puljer, udledninger, akkumulering, udtømning af ressourcer mm. I et MFA-system vil der aldrig forsvinde en masse – vi har derfor loven om massebevarelse som en vigtig faktor. MFA anvendes indenfor miljøforvaltning/teknologi, ressourceforvaltning, affaldshåndtering og anlæg mm. I denne rapport tages udgangspunkt i en MFA for affaldshåndtering. EFA (Energy Flow Analysis) EFA er et værktøj der ligger sig meget op af en MFA og de benyttes oftest sammen. Med dette værktøj beskriver man hvordan energistrømmen forløber i det valgte system. Når der er tale om en EFA skal man kortlægge hvordan elektricitet, varme, brændselsolie, kul mm. bevæger sig rundt i systemet. EFA er vigtigt at udføre idet man dermed kan se hvad der er mest økonomisk og hvad der er bedst miljømæssigt.

MFA - affaldssortering

1 figur - MFA affaldssortering – gennemgang kommer nedenfor.

Side 5 af 20

Alexander s135271, Ibrahim s134738, Joakim s134080 & Simon s135165 12202 Miljø og bæredygtighed

2. Dec 2013

Diskussion I vores MFA-system har vi beregnet fordelingen af affaldet hvor vi har taget udgangspunkt i at der kommer 1000kg tørt affald ind i systemet. I det opgivet Excel ark kan vi beregne hvordan affaldssammensætningen ser ud. Vi har 6 genbrugsstationer hvori affaldet kan passere. Hver proces vil her kort blive gennemgået. Papir: Vi kan her se, at der skal store mængder vand til papirgenbrug (skala 1:15 cirka). Ved genbrugspapir er udbyttet 85,38% af indput papir. Ved genanvendelse af papir skal der bruges enorme mængder vand. Vandet der kommer ud efterprocessen er næsten den samme mængde, dog skal man regne med der stadig er papirrester i vandet. Vi har sat vores naturgas til at være nul da den er ubetydelig for vores system – det er den selvfølgelig ikke i virkeligheden. Plast: Ved plastgenbrug skal der bruges en energikilde i form af naturgas foruden elektricitet. Der skal bruges ca. 3 gange så meget vand som plast til processen. Der må formodes, at i spildevandet er der plastikrester. Ved genbrugsplast er udbyttet 80,96% af indput plast. Aluminium: Ved genanvendelse af aluminium skal der benyttes ca. halv mængde vand i forhold til metal. Der skal bruges en betydelig mængde fossilebrændstoffer til genbrugsaluminium. Dette ses tydeligt i luftemissioner. Ved genbrugsaluminium er udbyttet 92,1% af indput aluminium. Det ses at ikke alt aluminium kan genbruges så derfor går noget til deponering. Jern: Til at producere genbrugsjern skal der bruges tre forskellige fossilebrændsler. Vi har sat brændselsolie til at være 0, da den er utrolig lille og ikke får en påvirkning i vores system. Effektiviteten er 87% i forhold til ind- og output af jern. Der går også jern til deponering. Forbrænding: Ved 1000kg husholdningsaffald går ca. halvdelen til forbrænding, hvor der tilføres naturgas og vand. Vi får en væsentlig del slagge og flyveaske som går til deponering. Ved forbrænding forbruges der ilt hvilket vi i vores system ikke tager højde for. Vi kan se, at ved forbrænding af forbrændingsegnet affald er der en stor udledning af luftemissioner. Biogasproduktion: Vi har i vores model givet digestate til at være 0. Dette er selvfølgelig ikke rigtig, da der ved biogasproduktion altid vil være en rest tilbage i form af et askelignende stof. Da vi ikke kender fordelingen har vi brugt loven om massebevarelse.

Side 6 af 20

Alexander s135271, Ibrahim s134738, Joakim s134080 & Simon s135165 12202 Miljø og bæredygtighed

2. Dec 2013

MFA - forbrænding

2 figur - MFA forbrænding - forklaring står nedenfor

Diskussion I et forbrændingsanlæg går vores 1000kg husholdningsaffald direkte til forbrænding. Dog er der frasortering af jern. Der går mere affald til forbrænding så det betyder at vi får mere deponering end ellers i vores sorterings system. Hvis man sammenligner vores to systemer (affaldssortering og forbrænding), kan man se at indputtet er meget lavere ved forbrænding end affaldssortering. Deponeringen er størst ved forbrænding af affald. Eksport er størst ved affaldssortering, hvilket giver mening da vi har loven om massebevarelse. Dette betyder ikke at man kan sige at det er bedst at forbrænde affaldet fordi der er mindre output i form af luftemissioner. Vi har stadig en mængde f. eks jern vi skal bruge i vores materielle goder, og den skal så komme andre steder fra hvis vi ikke genbruger affaldet. Dette er ikke miljørigtigt da der skal bruges mange flere fossile brændstoffer til en jomfruelig produktion af jern end der skal bruges til at genbruge jernet.

Side 7 af 20

Alexander s135271, Ibrahim s134738, Joakim s134080 & Simon s135165 12202 Miljø og bæredygtighed

2. Dec 2013

EFA - affaldssortering

3 figur - EFA sortering - beskrivelse kommer nedenfor

Diskussion

I vores EFA – system, har vi taget udgangspunkt i MFA’en. På den måde beregner vi vha. proceskataloget, hvordan energiindholdet fordeler sig i de forskellige affaldsfraktioner. Et eksempel på udregning af energi angivet i MJ for plastik: (

)

(

)

Ydermere har vi i vores EFA medtaget elektricitet, naturgas og brændselsolie. Hvor 1 kWh = 3,6 MJ. For naturgas og olie benytter vi proceskatalogets hjælpedata. Vi ser bort fra ressourcen vand i vores EFA. Papir: Energien er fra to energikilder: Elektriciteten og papiret. Vi har i MFA’en et eksport flow, som er spildevand, hvori papirrester indgår. Her kigger vi dog ikke på vand og vi har ikke fået data for papirresternes energiindhold, reelt set kan vi heller ikke vide hvor meget der er i sådan en suppe. Derfor antager vi at resten af energien løber ud i et eksport flow, som er en varmerest. Plastik: For plastik har vi også naturgas som en energikilde, ud over plastik og el. Ligeledes her har vi et eksport flow, som er en rest. Vand som kilde er fjernet i vores system.

Side 8 af 20

Alexander s135271, Ibrahim s134738, Joakim s134080 & Simon s135165 12202 Miljø og bæredygtighed

2. Dec 2013

Metal: Her har vi et meget lavt energiindhold i selve metallet. Der hvor vi kan se et stort energiforbrug, er ved genbrug af Aluminium. Der skal bruges naturgas, som næsten indeholder 800 MJ. For selve metalsorteringen bruges også lidt energi i form af varme og el. Aluminium og Jern, har ved hver genbrugsproces, et eksport flow, som er en varmerest. Og en meget lille del ryger ned til deponeringen, som aluminium skrot og jern skrot. Forbrændingsegnet: Til forbrændingsanlægget er der tre import flows, nemlig elektricitet, naturgas og forbrændingsegnet affald. Lidt over 50% af det samlede energiindhold fra affaldet ender i forbrændingen. Hvor vi ved at gøre brug af proceskataloget, kan se at 65% af energien går til fjernvarme og 20% går til elektricitet. De resterende går til et flow der hedder spild, selvom vi kan se at der går ca. 115 kg slam til deponering. Vi mener ikke at der 0 MJ i 115 kg slam, men vi har gjort os den antagelse at energiindholdet i slam er så ubetydelig lille at vi sætter den til 0. Da slammet ikke brændes af for at udnytte noget, men at det bare sendes til deponering, netop fordi der ikke er så meget mere at gøre ved det. Organisk affald: Til det biogasproduktionen, går den næst største del af energiindholdet, da restfraktionen består af organisk affald, som har et højt energiindhold. Der tilføres kun elektricitet, og vi får elektricitet og fjernvarme ud, samt en varmerest. Vi får også et flow som et restprodukt, f. eks. Et askelignende stof, men vi kan ikke regne på det og vi benytter os derfor af, at energien ikke går tabt, men at den omdannes til en varmerest.

EFA - forbrænding

4 figur - EFA forbrænding - yderligere beskrivelse findes nedenfor

Side 9 af 20

Alexander s135271, Ibrahim s134738, Joakim s134080 & Simon s135165 12202 Miljø og bæredygtighed

2. Dec 2013

Diskussion

I dette forbrændingsanlæg har vi kun to processer affaldet skal igennem. Forbrændingen og jern genbrug. Forbrændingen: Hvor alt vores affald, 1 ton, kommer hen. Der tilføres derudover el og naturgas, og der frasorteres noget jern. Fra forbrændingsanlægget går der 65% til fjernvarme og 20% elektricitet. I dette system har vi igen tage udgangspunkt i at slagge har en ubetydelig lille mængde energi, ligesom asken, og har så lavet et sidste eksport flow med en varmerest. Ved jern genbrug, har vi som vi el, naturgas og kul som import flows og nogle eksport flows: jern og en rest. Til sidst noget jern skrot til deponering. Sammenligner vi de to EFA systemer, så kan vi se at energiforbruget generelt er lavere ved forbrændingsanlægget, end den er ved affaldssorteringsanlægget. Der bruges altså mere energi ved affaldssorteringen, da der er så mange genbrugsprocesser man skal igennem. Og ved hver genbrugsproces skal der bruges noget energi i form af el, naturgas, kul eller olie. Dette gør os at energitabet er meget større ved affaldssorteringen, da der igen ved hver proces går noget energi ”tabt” i form af varme/spild. Kigger man på det med miljøbrillerne, så har vi et mindre forbrug af f.eks. fossile brændstoffer, ved den samlede forbrænding. Til gengæld har vi at vi så har brug for at fremstille nye materialer hver gang. Ifølge proceskataloget kan vi f.eks. se at vi ved en jomfruelig produktion har brug for 1200 kWh (4320 MJ), hvoraf ved at genbruge papir kun bruger 1/3 del (1440 MJ). Ved en jomfruelig produktion af plastik bruger man også meget mere energi iforhold til det genanvendelige plastik produktion, da de ligger tæt op ad hinanden, bortset fra et forbrug på 1.144 kg Brændselsolie, som ved genanvendelsesprocessen er 0. Kort sagt, uden at gennemgå alle processer, kan vi ifølge vores beregninger konkludere:

Langsigtet kan det bedre betale sig at benytte sig af affaldssorterings modellen, sammenligner vi dem dog direkte på energiindholdet, uden at tænke på hvad det ville koste at producerer jomfrueligt materiale, så er forbrændingsanlægget bedst. Derudover har vi med vores begrænsede ressourcer og antagelser også en del usikkerheder med. Som f.eks. den suppe af vand og papirrester, hvordan ser data ud for det, og kan det overhovedet måles? Dernæst er der også restfraktionen glas, som egentlig ikke får sin egen proces og derfor forsvinder i affaldet. Vigtigheden for hvad man kigger på, og hvad man ønsker at påvirke er essentielt. Er det CO2 nedsættelsen der ønskes, eller den størst mulige udnyttelse af næringsstoffer og materialer, eller et så lavt energitab så muligt?

Side 10 af 20

Alexander s135271, Ibrahim s134738, Joakim s134080 & Simon s135165 12202 Miljø og bæredygtighed

2. Dec 2013

Fase 2: Stofstrømsanalyse Vi har lavet stofstrømsanalyser på aluminium (Al) og fosfor (P) i vores sorteringsanlæg, da det var her vi fandt det mest interessant. Nedenfor ses vores modeller (fosfor til venstre, aluminium til højre). Dataene er fremkommet ved hjælp af vores MFA samt de angivne overførings koefficienter opgivet i kurset.

5 figur - fordelingen af fosfor

6 figur - fordelingen af aluminium

Fosfor: Det ses at der er 2,3 kg fosfor i et 1 ton tørt husholdningsaffald. Fosfor er et grundstof der er meget reaktionsvilligt. Fosfor er nødvendigt for planter, dyr og mennesker. Derfor ser vi heller ikke overraskende at den største del af fosforen går ned til biogasproduktion. Jeg tror grunden til at fosfor også befinder sig andre steder i systemet skyldes at det binder sig til det jord og skidt som følger med f. eks aluminium. Derfor er der tale om små relativt små mængder fosfor andre steder end i organisk affald. Efter biogasproduktionen vil der være en sort rest tilbage (askelignende). Hoveddelen af fosforen må formodes at være deri. Aluminium: Det ses at der er 20 kg aluminium i et 1 ton tørt husholdningsaffald. Da aluminium er et metal og vi sortere metallet i en proces, så forventer vi at hovedparten af vores aluminium må befinde sig her. Ifølge vores data er der også en hvis mængde der ryger ud til de andre processer. Umiddelbart virker det som utrolig lidt at vi i et 20 kg system kun får 12 kg til aluminium. Det skal derfor ses i et større perspektiv. Fordelingen er sket i det 1 ton start affald. Det må formodes at de på de andre stationer kan sortere metallet fra, da jeg ikke tror de hælder det i deres produkter eller sender det ud i spildevandet.

Side 11 af 20

Alexander s135271, Ibrahim s134738, Joakim s134080 & Simon s135165 12202 Miljø og bæredygtighed

2. Dec 2013

Fase 3: Opstrøms- Direkte-Nedstrøms CO2-opgørelse Her har vi lavet ODN opgørelse af CO2-emissionerne, HVS at vi har analyseret udledningen af CO2 fra starten af systemerne til og med alle processerne er gennemløbet. Nedenunder ses to skemaer for ODN opgørelserne over HHV sorterings systemet og forbrændingssystemet. For affaldssammensætningen af vores affald, har vi taget udgangspunkt i dataarket fane 1 ”a...