Kandidatexamen med huvudområde Handledare: Göran Ewald Miljövetenskap, 180 hp.
Miljövetenskap III MV109A 15 hp. VT-14
Livscykelanalys av avfallsförbränning och
biogasproduktion
Jämförelse av miljöpåverkan vid förbränning av avfall med
energiutvinning och biogasproduktion från matavfall
Life Cycle Assessment of
Municipal Waste Incineration and Biogas Production
Comparison of Environmental Impact from Incineration of Municipal
Waste to Energy and Biogas Production from Food Waste
i
Sammanfattning
Livscykelanalys används som metod för att undersöka produkter eller tjänster från ”vaggan tillgraven”. Med hjälp av mjukvaruprogrammet SimaPro utförs en livscykelanalys på förbränning av avfall med energiutvinning. Resultatet jämförs med en livscykelanalys som utförs på biogasproduktion från matavfall, för att visa vilken av processerna som har mer positiv påverkan på miljön. Resultatet visar att förbränning av avfall bidrar till minskad miljöpåverkan med 63,9 kg CO2-ekvivalenter per ton avfall. Biogasproduktionen minskar
miljöpåverkan med 11,6 kg CO2-ekvivalenter per ton matavfall. Förbränning av avfall är den
behandlingsmetod som har mer positiv inverkan på växthuseffekten. Energiproduktion med avfall som bränsle är inte hållbart på lång sikt. Avfall är ett ohållbart bränsle, inom EU utförs ett aktivt arbete för att minska uppkomsten av avfall.
Nyckelord: Livscykelanalys Avfall Matavfall Förbränning Biogas
Abstract
Life cycle assessment as a method is used to evaluate products or services from “cradle to grave”. A life cycle assessment of municipal waste incineration with energy recovery is conducted with the software SimaPro. The result is compared with life cycle assessment conducted on biogas production from food waste, the comparison shows the process with the least impact on the environment. Incineration of municipal waste contributes to reduced environmental impact with 63.9 kg CO2-equivalents per ton waste. Biogas production reduces
the environmental impact with 11.6 kg CO2-equivalents per ton food waste. Incineration of
municipal waste is the treatment with the least environmental impact. Power generation with waste as fuel is unsustainable long term, waste is an unsustainable fuel and the European Union is actively working to reduce the generation of waste.
ii
Begrepp
Avfall Restprodukter som kasseras eftersom de har tjänat sitt syfte hos innehavaren.
Biogas Biobränsle bestående av koldioxid och metan, bildas vid rötning av biologiskt
material.
CO2-ekvivalenter Gemensamt mått som olika växthusgaser konverteras till så de kan jämföras.
Emissioner Utsläpp från olika processer till luft.
Förbränning Kontrollerad eldning av bränsle i en reaktor för att skapa energi.
Karpalund Samhälle utanför Kristianstad med biogasanläggning.
Kilowattimme (kWh) Energienhet som oftast används för att mäta förbrukad elektricitet.
Kraftvärme Produktionen av både el och fjärrvärme i samma process.
Livscykelanalys Metod för att undersöka hur en produkt utvecklas, förändras och förändrar sin
omgivning under den angivna tidsramen.
Matavfall Utsorterade matrester från övrigt avfall från hushåll, storkök och
livsmedelsindustrin.
Megajoule (MJ) Måttenhet för energi.
Mesofil rötning Rötning vid en temperatur av 37 °C.
Rejekt Rester som inte pressats till slurry, främst plast och papper, de går till
förbränning.
Rötning Mikrobiell nedbrytning av biologiskt material för att framställa biogas.
Rötrest Materialet som finns i rötkammaren när biogasen utvunnits, kallas även
biogödsel.
SimaPro Mjukvaruprogram, där livscykelanalyser kan utföras.
Slurry Förbehandlat matavfall, ett flytande substrat, kan vara utblandat med vatten.
Sysav Sydskånes avfallsaktiebolag. De tar emot, återvinner och behandlar avfall från
hushåll och verksamheter i södra Skåne. De driver även ett avfallskraftvärmeverk.
iii
Innehållsförteckning
1. Inledning ... 1
2. Bakgrund ... 2
2.1 Förbränning av avfall ... 4
2.1.1 Tidigare forskning angående avfallsförbränning ... 5
2.2 Matavfall ... 8
2.2.1 Biogas ... 9
2.2.1.1 Förbehandling ... 9
2.2.1.2 Rötning ... 10
2.2.1.3 Slutprodukt efter rötning ... 10
2.2.1.4 Karpalund biogasanläggning ... 11
2.2.2 Tidigare forskning angående biogasproduktion ... 11
3. Livscykelanalys som metod ... 14
3.1 SimaPro som hjälpmedel vid livscykelanalys ... 16
4. Livscykelanalys ... 17
4.1 Datainventering inför beräkningar med SimaPro på förbränning ... 17
4.2 Datainventering inför beräkningar med SimaPro på biogasproduktion ... 17
4.3 Studiens avgränsning ... 18
4.4 Avgränsning vid förbränningsprocess ... 19
4.5 Avgränsning vid biogasproduktion ... 20
4.6 Inventering av förbränningsprocess ... 21 4.7 Inventering av biogasproduktion ... 22 4.8 Miljöpåverkansbedömning ... 24 4.9 Tolkning av resultat ... 26 4.10 Känslighetsanalys ... 30 5. Diskussion ... 33 6. Slutsats ... 37 7. Referenser ... 38
1
1. Inledning
I takt med att befolkning och urbanisering ökar, ökar även mängden avfall (Wright och Boorse, 2011:208–210). Det leder oftast till ökade utsläpp av växthusgaser. Växthusgaser ändrar ekosystem och bidrar till global uppvärmning (Wright och Boorse, 2011:457–458). Målet och strävan efter hållbar utveckling är att jorden ska lämnas i de skick vi fick den. För att uppnå hållbar utveckling krävs bland annat att vi minskar koldioxidutsläppen (Miljöbalken 1998:808 1 kap. 1§. pt.5). För att minska ökade utsläpp av växthusgaser krävs bland annat att miljöpåverkan från avfallshantering minskar. Det har gjorts tidigare studier om miljöpåverkan vid biogasens framställning, precis som det har gjorts studier av miljöpåverkan vid avfallsförbränning. Franchettis (2013) livscykelanalys av biogasproduktion visar att rötning är ett bättre alternativ ur miljösynpunkt jämfört med deponering. Porfu (2011) har i Sysavs
avfallsförbränning i ett klimatperspektiv kommit fram till att utsläpp av växthusgaser är färre
vid förbränning framför deponering. Studier som jämför biogasproduktion med avfallsförbränning med hänsyn till energiutvinning finns det få av. Det krävs fler studier som jämför vilket alternativ som är mest fördelaktigt vid olika situationer, speciellt eftersom deponering inte längre finns som alternativ.
Målet med studien är att jämföra två olika processer, i processerna ingår behandlingsmetod av avfall eller matavfall inklusive dess energiutvinning. Utöver energiutvinning ingår även den energi som inte behövs användas från fossila källor eftersom den genereras vid behandling av avfall eller matavfall. Livscykelanalysen ska visa att olika behandlingsmetoders miljöpåverkan kan skilja sig åt. Analysen ska visa vilken av processerna som är bäst för miljön. Jämförelsen sker mellan Sysavs avfallsförbränning till kraftvärme och Sysavs biogasproduktion från matavfall till värme och fordonsgas, biogasproduktionen sker tillsammans med Karpalunds biogasanläggning. Behandlingsmetoderna använder inte samma bränsle och skapar inte energi av samma kvalitet. Jämförelsen utförs eftersom behandlingsmetoderna anses vara alternativ till varandra. Båda bränslena kategoriseras som förnyelsebara. Det är en viktig undersökning att göra för att visa att det finns skillnader mellan olika förnyelsebara bränslen. Studien är en sammanställning av forskning och den riktar sig till beslutsfattare för att fungera som underlag. I studien sker arbetet utifrån följande frågor:
Hur stor miljöpåverkan har förbränning av avfall med energiutvinning?
Hur stor miljöpåverkan har biogasproduktion från matavfall med energiutvinning? Vilken av de två metoderna är att föredra?
2
2. Bakgrund
År 1992 tog FN vid klimatkonferensen i Rio de Janeiro (FCCC, 1992) fram ett ramverk för hur arbetet mot klimatförändringar skulle fortgå. Vid konferensen fastställdes att klimatsystemet måste skyddas för att kommande generationer ska ha samma förutsättningar som vi har. Ansvaret för att arbetet ska fortgå och utvecklas vilar främst på de utvecklade länderna. Handlingar ska ske med försiktighet och med hänsyn till klimatförändringar. Delaktiga parter ska implementera och utveckla system med hänsyn till hållbar utveckling.
Andelen koldioxid, metan och dikväveoxid i troposfären har ökat på grund av mänsklig aktivitet under de senaste 260 åren. Växthusgaserna finns inte bara i troposfären, de finns även närmre jorden i t.ex. hav och sjöar. Det är mycket troligt att människan bär ansvar för klimatförändringar som har skett sedan 1900-talet bland annat genom användning av fossila energikällor. Vid klimatförändringar blir följden ett mer extremt klimat, antingen väldigt varmt, kallt, vått eller torrt. Fortsatta utsläpp av växthusgaser kommer bidra till fortsatta klimatförändringar (IPCC, 2013). Det är viktigt, precis som FN fastslog 1992, att utveckling sker med hänsyn till hållbarhet för att minska klimatförändringar.
Sveriges miljöarbete för att uppnå hållbar utveckling utgår från 16 olika miljökvalitetsmål. I miljökvalitetsmålen beskrivs hur dagens situation ser ut samt hur arbetet ska fortgå för att bland annat klimatpåverkan ska begränsas och luften ska bli fri från föroreningar (Naturvårdsverket, 2014a). I miljökvalitetsmålet god bebyggd miljö förklaras vikten av att öka de förnyelsebara energikällorna. För att öka andelen förnyelsebar energi krävs en utvidgning av biogasproduktion och avfallsförbränning (Naturvårdsverket, 2014b).
Genom att utveckla energisystem och sträva efter en hållbar energianvändning kan klimatpåverkan från energisystem minska. Areskoug och Eliasson (2012:123–124) förklarar att hänsyn måste tas till de naturliga kretsloppen och handlingar ska ske utifrån dessa. De menar även att de naturliga energiflödena ska utnyttjas och det ska inte behöva introduceras nya energiflöden som stör energibalansen. Naturresurser ska inte urholkas, energianvändningen ska inte behöva ge upphov till miljö- och hälsofarliga utsläpp. En hållbar utveckling ur ett energiperspektiv ska vara att uppnå samma nytta, samma energitjänst med en mindre energianvändning. Det krävs att maskiner och apparaters verkningsgrad höjs.
3
Viktiga aspekter för hållbar utveckling är att utveckla alternativ till fossila bränslen, energibesparing samt antagande av grön teknik (Mumtaz, 2011). Hantering och återvinning av avfall kan bidra till utveckling av sådan teknik, t.ex. i form av rötning av matavfall till biogas. I Malmö stads avfallsplan fram till och med 2015 är målet att minska avfallsmängden. I avfallsplanen framgår det att produkter har ett värde efter sin livstid, återvinningscentraler är utformade för att ta till vara på detta värde. Avfall som inte återvinns till nya produkter, det rötas eller förbränns till energi (VA syd, 2011). Genom att utvinna energi från avfall klassas det som ett biobränsle (ILV Svenska miljöinstitutet AB, 2001). När avfall förbränns eller rötas ersätter den genererade energin energi som i annat fall kommit från bland annat fossila källor. Det betyder genom att energiåtervinna avfall minskas klimatpåverkan. Genom att behovet av fossil energi minskar. Sysav importerar avfall från bland annat Norge för att öka sin egen förbränning och energiproduktion. Genom import ökar den mängden avfall som förbränns (Corvellec, Bramryd och Hultman 2012).
Bonnedahl (2012:285) förklarar att även om EU är i framkanten med att stifta miljölagar, har framstående teknik, medvetna konsumenter och en stagnerande befolkning så ökar avfallsmängderna. Mängden avfall ökar när befolkningen anammar slit och släng mentaliteten. Naturvårdsverket (2012) beskriver att vid ekonomisk tillväxt ökar konsumtionen och därigenom även avfallet.
EU har tagit fram ett ramdirektiv som beskriver hur avfall inom unionen ska hanteras, detta har även implementerats i den svenska avfallsförordningen. EU:s avfallshierarki är uppställt i fem olika delsteg, delstegen och förhållandet mellan de visas i figur 1. Första steget handlar om att arbeta förebyggande, det ska inte behöva produceras avfall. Andra steget betonar vikten av återanvändning, istället för att kasta produkter ska de skänkas eller säljas. I steg tre beskrivs materialåtervinning, i så stor utsträckning som möjligt ska produkter plockas i sär och källsorteras så de kan återvinnas. Steg fyra beskriver energiåtervinning, material och produkter som inte kan återanvändas eller återvinnas går till energiåtervinning för att generera kraftvärme (Ammenberg, 2012:135–136). Energi som utvinns vid energiåtervinning motsvarar inte mängden energi som åtgår vid framställning av produkten, en del energi går förlorad i form av värme. Det vill säga att samma mängd energi inte kan utvinnas vid förbränning som användes vid produktionen (Areskoug och Eliasson (2012:63). Avfall som inte innefattas i övriga åtgärdssteg bortskaffas eller deponeras (Ammenberg, 2012:135–136).
4
Figur 1. EU:s avfallshierarki, förhållandet mellan stegen visar hur avfallet ska hanteras.
2.1 Förbränning av avfall
Innan avfall förbränns samlas det in av sopbilar och dumpas i en bunker, det lyfts från bunkern med hjälp av en stor kran och transporteras till en påfyllningstratt där det pressas ner i en panna (Sysav, 2003). Avfallet matas in i nedre delen av pannan på en rörlig botten, en så kallad roster. Rostern har en sluttande yta där avfallet transporteras nedåt samtidigt som det får högre temperatur och förbränningen fortgår. Luft pumpas in underifrån för att skapa omrörning i bränslet (Sundqvist, 2005:334). Lufttillförseln är noga kontrollerad, eftersom rätt mängd luft ger mer effektiv förbränning (Larkin, Ramage och Scurlock, 2004:118). Luft bidrar till att fukt i avfallet förångas och endast torrt avfall består. När temperaturen i pannan har nått ungefär 600 °C antänds materialet. När förbränningen har kommit igång innehåller avfallet så mycket energi att förbränningen hålls igång så länge bränsle matas in. Förbränning kan nå en temperatur på upp till 1400 °C. Aska och bottenslagg som inte förbränns leds ut ur pannan och går till deponering (Sundqvist, 2005:328–329).
När rökgaserna blir varma stiger de och värmer ångpannan som är belägen i toppen av förbränningspannan, vattnet i ångpannan förångas och leds ut i rör (Sysav, 2003). Ångan som lämnar ångpannan har ett högt tryck och leds till en turbin, som genererar elektrisk energi. För att turbinen ska arbeta krävs det att trycket på ångan är lägre vid utloppet än vid inloppet. För att sänka trycket kyls ångan ner, vid turbinens utlopp går ångan igenom en värmeväxlare där ångan kyls. Samtidigt som ångan kyls ner så värms kylvattnet upp och kan transporteras ut som fjärrvärme (Areskoug och Eliasson, 2012:313–314).
Rökgas som avges när avfallet bränns får inte släppas ut orenat. Rening av rökgasen sker i sju olika steg. I första steget slagsotas tuberna där rökgasen transporteras. Vid slagsotning slår
Förebygga avfall Återanvända produkter Återvinna material Energiåtervinning Deponera
5
mekaniska armar på utsidan av tuberna så sotpartiklar som fastnat på väggarna ramlar ner till botten, matas ut och transporteras bort (Sysav, 2003).
Nästa steg i rökgasreningen är via elektrofilter. Partiklarna leds förbi emissionselektroder och får negativ elektrisk laddning, mellan emissionselektroderna finns metallplåtar som kallas utfällningselektroder med positiv laddning. När partiklarna har blivit negativt laddade av emissionselektroderna drar de positiva utfällningselektroderna till sig partiklarna. Efter rökgasen gått igenom elektrofiltret sänks temperaturen på den (Sysav, 2003).
Rökgasen går sedan igenom skrubber, första skrubbern är en sur skrubber. Rökgasen tvättas här med vatten. Vatten med tillsatta kemikalier sprutas in och blandas med rökgasen, för att de sura ämnena ska fällas ut. Kvarvarande rökgas går igenom en droppavskiljare och vidare in i en basisk skrubber. I den basiska skrubbern tvättas de basiska ämnena i rökgasen bort. Kondenseringsskrubbern renar rökgasen och utnyttjar samtidigt värmen i vattenångan, via värmeväxlare utvinns värmeenergi (Sysav, 2003).
Vattnet som används vid rökgasreningen renas genom olika steg, det leds genom två olika neutralisationstankrar, en grov och en fin. I utfällningstanken som är nästa steg fälls olika föreningar ut för att sen i flockningstanken binda samman fällningarna. I sedimenteringstanken sjunker fällningarna till botten och övriga vattnet transporteras vidare, pH-nivån justeras för att sen passera genom ett sandfilter och ett kolfilter transporteras ut i Öresund (Sysav, 2003).
Alla processer som används och som krävs för att hålla igång förbränningen, t.ex. matning av avfall, elektrisk energi vid rörelsen av rostern eller att hålla igång alla reningssystemen, kräver energi för att fungera.
2.1.1 Tidigare forskning angående avfallsförbränning
Waste refinery (2013a) utförde ett projekt där avfallsförbränning till el- och fjärrvärme var huvudfokus. De analyserade utsläpp av fossil koldioxid ur ett skorstens- och systemperspektiv. Det visa sig i deras undersökning att avfallsförbränning till el och fjärrvärme från ett skorstensperspektiv i Sverige släpper ut ca 1,9 miljoner ton fossil koldioxid. Det motsvarar ungefär 3 % av Sveriges totala utsläpp av växthusgaser. Utifrån Sveriges totala utsläpp av fossil koldioxid från el- och värmeproduktion ansvarar
6
avfallsförbränning för 25 %. Avfallsförbränning ur ett systemperspektiv är att föredra framför deponering, eftersom utsläppen av fossil koldioxid är större vid deponering än vid avfallsförbränning.
2012 gjorde Waste refiney ett projekt där de undersökte den ekonomiska potentialen för avfallsförbränning i fjärrvärmesystemen. De undersökte hur mycket avfallsförbränningen skulle kunna byggas ut och fortfarande vara ekonomisk lönsam. Undersökningen utfördes ur ett tidsperspektiv för åren 2020 och 2030. Studien visar att fram till 2030 är det fortfarande lönsamt och konkurrenskraftigt att förbränna avfall till kraftvärme. De hävdar att i förhållande till dagens situation kommer förbränning av avfall till kraftvärme öka med 30 % fram till år 2020. När utbyggnad av avfallsförbränning ökar, ökar även import av avfall eftersom avfallssystemen kan hantera mer avfall än den inhemska tillgången. En ökad förbränning av avfall till kraftvärme leder till minskad användning av fossila bränslen. Utsläpp av CO2
-ekvivalenter uppges kunna minska med 1 miljon ton per år när kraftvärmen från avfall ersätter annan energi.
Avfall Sverige (2009) gjorde en studie där energipotentialen i avfall undersöktes. Inom Europa ska användning av förnyelsebar energi öka. Användning av avfall som bränsle bidrar till det samtidigt som utsläpp av fossil koldioxid och deponering minskar. Om utbredning av förbränningsanläggningar med avfall som bränsle fortsätter öka i samma takt fram till år 2020 kommer 4 % av den förnyelsebara energin komma från avfall. Till år 2020 är målet inom EU att minska utsläppen av växthusgaser med 20 %. Energiutvinning från avfall kan bidra med att 34 % av målet uppnås.
En utvärdering av energi- och materialåtervinning utifrån ett systemperspektiv har gjorts av Waste refinery (2010). I studien ingår avfallshanteringssystemet, energi- och transportsystem samt deras relation och påverkan på omvärlden. Precis som Avfall Sverige (2009) och Waste refinerys (2012) studier visar är klimatnyttan att förbränna avfall till värme och el stor. Genom att generera el och värme bidrar det till att andra fossila bränslen inte behövs användas i lika stor utsträckning. I deras studie visar det sig att på Sysavs avfallsanläggning minskar utsläpp av CO2-ekvivalenter med 200 kg för varje extra ton avfall som förbränns.
Sonnesson, Björklund, Carlsson och Dalemo (1999) gjorde en systemanalys på avfallsbehandling efter metoden som används i livscykelanalyser. De undersökte förbränning
7
till fjärrvärme, kompostering, och rötning. Miljömässigt var rötning det alternativ med minst påverkan på miljön följt av kompostering och sist förbränning. Energimässigt producerar komposteringen den energin som är minst användbar. Rötning är en dyr process som kräver mycket energi. Energi som produceras genom rötning är av högre kvalitet än energiproduktion vid kompostering och förbränning. Utsläpp som bidrar till växthuseffekten är störst vid förbränning utan energiutvinning. Slutsatsen som Sonnesson, Björklund, Carlsson och Dalemo (1999) drar är att rötning är det bästa alternativet framför förbränning och sist kompostering.
Målet med Finnveden, Johannsson, Lind och Mobergs (2005) studie var att utvärdera olika sätt att behandla avfall utifrån ett livscykelperspektiv. De redovisar olika fördelar och nackdelar med metoderna. Metoderna som undersöks är deponering, förbränning, återvinning, rötning och kompostering. Utsläpp av CO2-ekvivalenter är med stor marginal störst vid
deponering, följt av förbränning. Återvinning och rötning är de alternativ som bidrar till störst minskning av CO2-ekvivalenter. Vid återvinning och rötning minskas användning av annan
fossil energi.
I Storbritannien gjordes det år 2012 av Jeswani, Smith och Azapagic en studie där koldioxidavtrycket jämförs mellan två olika alternativ att behandla avfall. Jämförelsen görs mellan förbränning och deponering av avfall, i båda fall utvinns energi. Vid förbränning genereras 1550 MJ elektricitet och 1740 MJ värme per ton avfall. Av deponigasen som kan tas tillvara bränns 245 MJ biogas per ton avfall, 133 MJ biogas per ton avfall genererar elektricitet och 64 MJ biogas per ton avfall blir värme. Nettoutsläpp av CO2-ekvivalenter från
förbränning blir -179 kg CO2-ekv/ ton avfall. Nettoutsläpp från deponering blir 395 kg CO2
-ekv/ ton avfall. Det genereras mindre energi från andra källor genom att ta till vara på energin vid förbränning och deponering. Nettoutsläpp beräknas med hänsyn till utsläppen vid processerna samt energin som utvinns, vid stor energiutvinning kan nettoutsläppen bli negativa. Undersökningen visar att förbränning är att föredra framför deponering, energiproduktionen är större och koldioxidutsläppen är mindre.
8
2.2 Matavfall
Inom begreppet matavfall ingår de matrester som kasseras av hushåll, restauranger, storkök och i livsmedelsindustrin. Behandling av matavfall bidrar till att energi och näring kan tas tillvara och därigenom minskas användning av fossilenergi. (Sysav Biotech AB, 2009).
Det matavfall som genereras ska tas till vara på bästa möjliga sätt, det görs genom att energi och näring tas till vara. Målet är att rötning till biogas och biogödsel ska utföras i så stor utsträckning som möjligt framför förbränning. Ungefär 60 % av Sveriges 290 kommuner sorterar sitt matavfall. 20 av dessa kommuner har endast insamling för restauranger och storkök. Vid kompostering av matavfall kan inte energi och näring i avfallet tas tillvara i samma utsträckning som vid rötning. Sortering av matavfall har även visat sig vara effektiv inom annan sortering. När matavfallssortering ökar, så ökar även källsortering av övrigt avfall. Det bästa alternativet är att minska avfallet, istället för att ta fram nya sätt att hantera avfallet (Livsmedelsverket, 2013).
Kommunerna bär ansvar för hur hushållsavfallet hanteras. I Malmö och Burlöv har VA syd ansvaret för att samla in allt avfall. Sedan 2011 är det obligatoriskt att sortera sitt matavfall, om alternativet finns (Bernstad, 2013). I slutet av 2014 ska alla stadsdelar i Malmö ha implementerats i systemet att sortera sitt matavfall. Innan 2015 ska 40 % av matavfallet sorteras ut från alla hushåll och verksamheter (VA syd, 2014). Bernstad (2013) hävdar att ett enklare avfallssystem bidrar till att fler sorterar. Det har visat sig att vid obligatorisk matavfallssortering sker sortering i större utsträckning än om den är frivillig (Bernstad, 2013).
Tillskillnad från naturgas och olja är biogas är ett förnyelsebart bränsle som ingår i naturens kretslopp. Vid produktion och användning av biogas bidrar vi till en minskning av växthuseffekten. Energi som utvinns ur matavfall används som biogas i bussar och sopbilar. Biogödsel är en restprodukt av rötning och kan användas på åkermark istället för handelsgödsel. Matavfall som inte sorteras till biologisk återvinning går till energiåtervinning genom förbränning (VA syd, 2014).
Länsstyrelsen (2011) har gjort en studie över hur stor biogas potential från matavfall som finns i Skåne. De uppskattar att det potentiellt skulle kunna produceras biogas från 160 000 ton matavfall årligen. Biogas syd anser att 33 % av matavfallet hade kunnat undvikas genom bättre planering och annorlunda tillagning (Vukicevic, Bohn, Bernstad, 2012). 1 000 000 ton
9
matavfall kastas årligen i Sverige och ungefär 70 % av det genereras i hushållen. 2011 samlades det endast in 200 000 ton källsorterat matavfall till biologisk behandling i Sverige (Avfall Sverige, 2013).
Globalt kastas en tredjedel av maten som produceras för mänsklig konsumtion. Det motsvarar 1,3 miljarder ton om året. Många av de processer som används vid produktion av mat används i för stor utsträckning, de använder för mycket energi och släpper ut för mycket växthusgaser. Matsvinn i Europa och Nordamerika beräknas vara 95-115 kg/år per capita, i Afrika runt Sahara och i sydöstra Asien beräknas matsvinn vara 6-11 kg/år per capita (FAO, 2011).
2.2.1 Biogas
Biogas bestående av metangas och koldioxid är en av slutprodukterna vid rötningsprocessen. Vid användning kan el och värme genereras i t.ex. kraftvärmeanläggningar eller kan gasen uppgraderas till fordonsgas (Energimyndigheten, 2012). Produktion av biogas i samrötningsanläggningar enligt Länsstyrelsen (2011) uppgår till 95 GWh per år i Skåne. Biogas syds (2012) sammanställning visar att det totalt i Skåne producerades 299 GWh biogas år 2012. Den här biogasen härstammar inte endast från matavfall utan även från övrigt rötbart organiskt avfall. 48 % användes i värmeproduktion och 44 % användes som fordonsgas, resten användes för elproduktion eller brändes. Länsstyrelsen (2011) anser att det potentiellt kan produceras 182 GWh biogas från endast matavfall i Skåne, om all mat som kastas går till biogasproduktion. Det beräknas att det årligen kastas 160 000 ton matavfall i Skåne.
2.2.1.1 Förbehandling
Förbehandling av matavfall innan rötningsprocessen krävs för att oönskat material ska sorteras bort samt att rötningsprocessen påskyndas när substratet är bättre förbehandlat. Produkterna efter förbehandling är den rötbara slurryn samt ett rejekt (Sysav Biotech AB, 2009).
Flytande förpackat matavfall tas emot på pallar. Genom att pressas i en kolvpress, sorteras vätska bort från förpackning. Förpackningar transporteras till förbränning och flytande matavfall pumpas vidare för att användas som spädning vid förbehandling av matavfall från hushåll. I mottagningsfickan rivs matavfall från hushåll sönder. Matavfall transporteras till en kross där homogenisering och sönderdelning sker innan det förs vidare till ”skruvpressen”. I
10
skruvpressen blandas matavfall och späds med flytande matavfall. Här kan även vatten tillsättas vid brist på flytande matavfall. Matavfall rinner ner i en uppsamlingstank medan material som inte kan rötas fortsätter genom pressen och samlas upp där pressen tar slut för att transporteras till förbränning. Från uppsamlingstanken pumpas slurryn till en bufferttank i väntan på transport till biogasanläggningen (Sysav Biotech AB, 2009).
2.2.1.2 Rötning
Mikroorganismer bryter ner proteiner, fetter och kolhydrater och slutligen bildas metan och koldioxid. Första steget i rötningsprocessen kallas hydrolys, där sönderdelas de större och mer komplexa molekylerna. Molekyler som inte är vattenlösliga som fetter, proteiner och kolhydrater bryts ner till vattenlösliga fettsyror, sockerarter, alkoholer och aminosyror (Svenskt gastekniskt center, 2009). Hydrolys följs av fermentering, där flyktiga fettsyror, alkoholer, ammoniak, vätgas och koldioxid bildas genom att sockerarter och aminosyror bryts ner. I nästa steg sker anaeroba oxidationsreaktioner och vätgas, koldioxid och acetat bildas. Metangas produceras av mikroorganismer genom reaktion mellan vätgas, koldioxid och acetat.
I alla steg vid röningsprocessen är flera olika mikroorganismer inblandade, både inom stegen och mellan stegen. Förhållandet mellan mikroorganismer är viktigt för att processen ska fungera. Förändring av temperatur eller överskott av en mikroorganism kan stoppa processen. Det är även viktigt att processen sker i en isolerad syrefri miljö (Svenskt gastekniskt center, 2009).
Det finns mesofil rötning och termofil rötning. Vid mesofil rötning har substratet en temperatur på 25-40 °C, för att få så stort gasutbyte som möjligt ska temperaturen ligga på ungefär 37 °C. Termofil rötning har en temperatur på 50-60 °C, optimalt förhållande är ungefär 55 °C. Mesofil rötning ger inte lika stort gasutbyte som termofil rötning, men det krävs mer energi för att röta termofilt. Mesofil rötning är den vanligaste metoden eftersom den inte är lika känslig för temperaturförändringar under processen (Dahlroth, 1998).
2.2.1.3 Slutprodukt efter rötning
Slutprodukten vid rötningsprocessen är biogas och biogödsel. Uppgradering av biogas till fordonsgas sker genom att avlägsna koldioxid. Efter uppgradering kan biogasen föras in på det nationella gasnätet tillsammans med naturgasen eller föras in på ett separat gasnät för
11
biogas om sådant finns tillgängligt (Energimyndigheten, 2012). Biogödsel är det material som finns kvar i rötkammaren när all gas har utvunnits. Näringsämnen som fanns i det ingående materialet till rötkammaren finns kvar när biogasen är utvunnen, vilket leder till att näringsämnen i biogödsel är mer lättillgängligt för växter (Avfall Sverige, 2014).
2.2.1.4 Karpalund biogasanläggning
Biogasanläggningen i Karpalund har två rötkammare med enstegsrötning där alla processer sker i samma kammare. Slurryn har en uppehållstid på 40 dygn i rötkammaren. Rötningsanläggningen är en samrötningsanläggning av matavfall, gödsel och slakteriavfall, eftersom det inte sker rötning av endast matavfall. Slurryn värms till 70 °C i minst en timme innan rötningen för att döda bakterier och liknande som kan finnas i slurryn (Biogasportalen, 2014). Uppgradering av biogasen efter rötningen sker med vattenskrubber. Gasen tvättas med vatten, när detta sker reagerar koldioxid i gasen med vattnet och därmed höjs metanhalten (Svenskt gastekniskt center, 2011).
2.2.2 Tidigare forskning angående biogasproduktion
Palm och Ek har gjort en livscykelanalys för Svenskt gastekniskt center (2010) på biogasproduktion från avloppsreningsverk. De har undersökt hur stor miljöpåverkan 1 MJ biogas av fordonskvalitet har. Rötning av slam på ett avloppsreningsverk är en del av behandlingsprocessen. Emissioner från framställning av uppgraderad biogas har endast beräknats efter det att gasen lämnat rötkammaren. För varje producerad Nm3 metangas är det beräknat att det går åt 0,72 kWh. Miljöpåverkan från global uppvärmning (GWP100) mäts här i
gram CO2-ekvivalenter, enligt undersökningen släpps det ut 3,3 g CO2-ekv. En alternativ
undersökning utfördes där emissioner från rötningsprocessen inkluderas. Med den beräkningen släpps det ut 13 g CO2-ekvivalenter. En jämförelse av produktion mellan biogas
och diesel för tunga fordon visar en reduktion av g CO2-ekvivalenter på 95 % för biogas. I
studien framgår det att användning av förnyelsebara bränslen är bättre än fossila. Det påverkar resultatet om rötning sker i en samrötningsanläggning, då skulle även emissioner från insamling och behandling av övriga substrat räknas in.
I Lund tekniska högskolas (2010) livscykelanalys av svenska biodrivmedel görs beräkningar där biprodukters indirekta miljöeffekter inkluderas. Studien visar att utsläpp av växthusgaser reduceras med 103 % när biogas produceras från hushållsavfall, detta eftersom biogasens användning minskar användning av annat fossilt bränsle. Klimatnyttan av att producera och
12
använda biodrivmedel från hushållsavfall var -2,3 g CO2-ekv/MJ. Energibalansen visar
skillnaden mellan energin i drivmedlet som produceras och den energi som behövs för att producera det. Vid produktion av biogas från hushållsavfall är drivmedelsenergin 3,53 gånger större än den tillsatta processenergin. Det betonas att hur bra biogas är ur miljösynpunkt beror på produktionssystemen ser ut.
I studien Energi- och kostnadseffektiv biogasproduktion – kartläggning och jämförande av
nyckeltal har Waste refinery (2013b) kartlagt bland annat energianvändning i anläggningar
som behandlar matavfall för inför biogasproduktion. Projektets avgränsningar sträcker sig från mottagning av matavfall till producerad rågas eller utlastningspunkt för biogödsel. Uppgradering av gasen har inte ingått i projektet. Resultatet ska fungera som underlag vid planerade förbättringar. Varje år produceras det mellan 354 339 och 3 580 000 Nm3 biogas, genomsnittlig produktion för en anläggning är ungefär 1 189 902 Nm3 biogas. Energiproduktionen är i genomsnitt 11,4 GWh/år med ett lägsta värde på 2,3 GWh/år och ett högsta värde på 23 GWh/år. Använd elektricitet per ton inkommande matavfall för biogasproduktionen i studien sträcker sig från 41 kWh/ton till 89 kWh/ton med ett genomsnitt på 67,25 kWh/ton. Den största energiförbrukningen sker i förbehandlingen. Värmeanvändning undersöktes i studien, eftersom många anläggningar inte har fullständiga värden kan dessa inte redovisas. Den totala energieffektiviteten för anläggningarna mätt i producerad kWh/använd kWh varierar mellan faktor 2 – 4.
I en livscykelanalys gjord av Matthew Franchetti (2013) i nordvästra Ohio, undersöktes fyra olika metoder att röta organiskt avfall till energi, utifrån ett ekonomiskt, energimässigt och utsläppsmässigt perspektiv. Metoderna var tvåstegsrötning med ultraljudsförbehandling (metod 1), tvåstegsrötning kombinerad termofil och mesofil med konstant omrörning (metod 2), långsiktig rötning (metod 3) och enstegsrötning (metod 4). Metoderna jämfördes med deponering av matavfall. Nettoflöde av energi undersöktes för att klargöra skillnaden mellan utflöde och inflöde. Ett positivt nettoflöde betyder att det genereras mer energi än vad processerna kräver. Det årliga nettoflödet av energi från systemen var -0,012 GJ för deponering, för metoderna 1, 2 och 3 var nettoflödet 0,17, 0,19 respektive 0,16 GJ och enstegsrötning hade ett nettoflöde på 0,06 GJ. Årliga koldioxidutsläpp för deponering har inte något värde. Koldioxidutsläpp från övriga metoder varierar mellan 3,11 miljoner ton CO2
13
CO2-ekvvivalenter. Studien visar att behandling av biologiskt avfall är att föredra framför
deponering. Vilken metod av behandling som är bäst av övriga metoder bedömdes inte.
Pöschl, Ward och Owendes (2010) studie gick ut på att undersöka vilken påverkan avfallssorten och processkedjan har på energibalansen i biogasproduktionen. Biomassan som undersöktes var lantbruksavfall, energigrödor, hushållsavfall och avfall från livsmedelsindustrin. Studien visar att vilket avfall som rötas har stor betydelse för hur energibalansen kommer se ut. Energibalans i studien är inflödet av energi dividerat med utflödet av energi. Skillnad mellan lägsta och högsta energibalans sträckte sig mellan 10,5 % för halm och 64 % för gödsel.
14
3. Livscykelanalys som metod
På 1960-talet ökade medvetenheten om miljöpåverkan, punktutsläpp var fokus i arbetet för att minska miljöpåverkan. Under 1970-talet ökade insikten om att åtgärder för punktutsläpp inte räckte till, vilket ledde till nya sätt att hantera miljöproblem. Genom att analysera produkters hela livscykel framgår det var i processen den största miljöpåverkan sker och var åtgärder bör införas. (Rydh, Lindahl och Tingström, 2002:27, 31).
Under oljekrisen på 1970-talet utfördes många livscykelanalyser, i form av energianalyser som jämförde alternativa energikällor med olja. Utvecklingen av livscykelanalyser har därefter gått mot att analysera produkter och produktionssystem med syfte att hitta och minska föroreningsutsläpp (Rydh, Lindahl och Tingström, 2002:34). Att studera en produkt eller tjänst från ”vaggan till graven” betyder att alla steg inom livscykeln studeras. Här ingår även material- och energiflöden som används vid framställning, användning och avfallshantering av tjänsten eller produkten (Ammenberg, 2012:432). En livscykelanalys framställs ofta som en lättförstålig, vetenskaplig och tillförlitlig sammanställning på hur vi människor påverkar den miljö vi lever i. En livscykelanalys kan användas av politiker och företagsledare som beslutsunderlag (Baitz, 2012).
För varje steg inom en livscykelanalys undersöks vilka material som används, hur mycket energi som krävs och utsläpp från varje steg analyseras. Detta ligger till grund för värdering av den totala miljöpåverkan produkten eller tjänsten har (Ammenberg, 2012:440). International Organization for Standardization (ISO) är en internationell organisation som arbetar med att ta fram riktlinjer inom bland annat miljöområdet. De har tagit fram en serie av dokument som beskriver grundregler och strukturer för hur en livscykelanalys ska utföras, dessa beskrivs i ISO 14040-serien. Livscykelanalys är en flexibel metod, hur studien utförs och hur detaljerad den är beror på de mål och systemgränser som satts upp (Rydh, Lindahl och Tingström, 2002:47–48). Varje delsteg i en livscykelanalys granskas och justeras flera gånger, målen och avgränsningarna ska ha en tydlig koppling till vad resultaten visar (Ammenberg, 2012:442).
Första delsteget i att utföra en livscykelanalys är att definiera mål och omfattning av studien. Det ska tydligt framgå varför studien ska genomföras. Om syftet med studien är att jämföra två tjänster eller produkter är det viktigt att det finns en funktionell enhet så resultaten blir
15
jämförbara (Ammenberg, 2012:442). Inom den funktionella enheten finns tre olika nivåer, den ska definieras kvantitativt, hållbart och kvalitativt. Kvantitativa delen definierar hur stora in- och utflöden av materia och energi är. Det är viktigt att definiera produktens hållbarhet. Produktens kvalitativa egenskaper ska definieras, vid en jämförelse ska de olika kvaliteterna i systemen definieras för att hänsyn ska tas till dem i resultatet (Rydh, Lindahl och Tingström, 2002:50–53).
Varje livscykelanalys måste ha tydliga systemgränser, här bestäms var avgränsningarna till studien går. Det måste tydligt framgå hur stort produktsystemet ska vara, hur många steg från huvudprodukten som ska undersökas och vilka processer (Ammenberg, 2012:442). Avgränsningar ska göras mot natursystem som ingår, mot andra produkters livscyklar, mot geografiskt läge och tidsmässiga avgränsningar. I detta steg bestäms hur avancerad livscykelanalysen ska vara (Rydh, Lindahl och Tingström, 2002:56–60). Kvaliteten på insamlad data är viktig att definiera, det ska framgå om data ska hämtas direkt från produktionssystemen eller om data hämtas från mer generella databaser (Ammenberg, 2012:442). Det ska tydligt framgå hur gammal insamlad data högst får vara, var insamlad data kommer från geografiskt och vad den använda tekniken har för status (Rydh, Lindahl och Tingström, 2002:62). Det ska beskrivas vilken typ av miljöpåverkan som ska undersökas i studien (Ammenberg, 2012:442).
Steg två i en livscykelanalys är ”inventering”. All relevant data samlas in, om det framkommer relevant data som inte förutsågs i det definierade produktsystemets mål, korrigeras målen för att ta hänsyn till all data. Alla material- och energiflöden kartläggs med numeriska värden. För att enkelt kartlägga alla flöden inom systemet ritas processträd. I detta steg ska även insamlad data bearbetas. Efter bearbetning ska information tydligt framställas i tabeller med den funktionella enheten (Ammenberg, 2012:443).
Tredje steget är ”miljöpåverkansbedömning”. Här bedöms hur det definierade systemet påverkar miljön. Först klassificeras resursanvändning och delas in i grupper efter påverkan på miljön. Efter klassificering sker en karakterisering, de olika miljöpåverkanskategorierna får en enhet som relateras till den aktuella resursanvändningen. Miljöpåverkansbedömningen kan avslutas med en viktning, där resultaten från olika kategorier slås samman för att tydliggöra jämförelsen (Ammenberg, 2012:444–447).
16
Sist i en livscykelanalys ska resultaten tolkas och utvärderas. Trots det är sista steget kan målen behöva korrigeras för att få en heltäckande studie, vilket innebär att tidigare steg även måste korrigeras (Ammenberg, 2012:447–448). Analys ska göras av studiens resultat samtidigt ska även eventuella begränsningar med studien tas upp. Det ska dras slutsatser och läggas fram rekommendationer till åtgärder (Rydh, Lindahl och Tingström, 2002:71). Det är även viktigt att framhäva vilken data som har påverkat slutresultatet mest och hur den förhåller sig till annan data (Ammenberg, 2012:447–448). I sista steget utförs även en osäkerhetsanalys samt en känslighetsanalys, för att statistiskt bevisa pålitligheten i analysen (Rydh, Lindahl och Tingström, 2002:85–91).
3.1 SimaPro som hjälpmedel vid livscykelanalys
SimaPro är ett mjukvaruprogram för livscykelanalyser. Mjukvaran är framtagen av företaget PRé Consultants och används i över 80 länder. SimaPro utför beräkningar och analyser på produktsystem. Miljöbedömning kan göras med olika mätmetoder. Resultaten kan presenteras som CO2-ekvivalenter liksom i IPCC:s rapporter (SimaPro, 2014). Global Warming Potential
(GWP100) kallas metoden att beräkna CO2-ekvivalenter. Det anger hur stor inverkan utsläppen
har på den globala uppvärmningen ur ett hundraårsperspektiv. CO2-ekvivalenter är ett mått
som används för att kunna jämföra hur stor påverkan olika växthusgaser har på växthuseffekten. Vid beräkning med CO2-ekvivalenter omvandlas de aktuella växthusgaserna
t.ex. metan till den mängd CO2 det skulle motsvarat (Ammenberg, 2012:43). Genom att utföra
undersökningar med CO2-ekvivalenter som resultat blir jämförelsen tydligare eftersom det
bara finns ett enhetligt output. Undersökningar med CO2-ekvivalenter mäter endast påverkan
på växthuseffekten, det kan leda till att annan miljöpåverkan glöms. I denna studie görs undersökningen utifrån CO2-ekvivalenter eftersom det är den vanligaste metoden att jämföra
påverkan på växthuseffekten. Genom att använda CO2-ekvivalenter kan resultaten jämföras
med andra studier.
Det finns olika versioner av SimaPro. I denna studie används utbildningsversionen av SimaPro Compact, den versionen heter SimaPro Classroom (PRé Consultants, 2008).
17
4. Livscykelanalys
Detta kapitel är resultatet av studien. Här framgår vilka systemgränser som sats för att undersökningen ska bli fullständig. Data som samlats in redovisas och med hjälp av SimaPro utförs miljöpåverkansbedömning. Resultat från SimaPro tolkas och känslighetsanalys utförs för att undersöka om det eventuellt finns känsliga parametrar.
4.1 Datainventering inför beräkningar med SimaPro på förbränning
I undersökningen valdes metoden Single issue, vilket betyder att resultaten erhålls i ett enda mått. Det finns olika metodmått inom Single issue, här valdes metodmåttet IPCC 2007 GWP
100a. Resultaten kommer enligt IPCC 2007 GWP 100a framställas i kg CO2-ekvivalenter.
För att analysera Sysavs avfallsförbränning användes processmodulen Municipal incineration i kombination med Municipal waste to MWI U. Processen Municipal waste to MWI U beräknar endast utsläpp av CO2-ekvivalenter vid förbränning och tar inte hänsyn till energin
som utvinns vid avfallsförbränning. När processen öppnas i SimaPro bestäms vilken mängd och enhet som ska användas, här väljs den funktionella enheten 1 ton. Kända utflöden till teknosfären (undvikna produkter) läggs till i processen. Här ingår värdena för den energin som tas tillvara genom att avfallet förbränns, el som genereras och värme till fjärrvärmenätet. Genom att ta vara på energi från avfallsförbränning behövs det inte genereras energi från andra processer, och det anses vara miljövinsten.
De undvikna produkter som inte behövs användas när energi utvinns från avfallsförbränning är el, Electricity Sweden B250, som grundar sig på den svenska elmixen. Sverige genererar el från olika källor, i den svenska elmixen är de olika källorna proportionerligt sammanslagna mot produktionen för att få en genomsnittlig mix. Värme, Heat spruce chips 300 kW U, valdes som process eftersom träflis precis som avfall är ett förnyelsebart bränsle som är vanligt vid kraftvärmeproduktion. Mängd och enhet av de undvikna produkterna anges även här. Resultatet framställs i en nätverkskarta där alla relevanta processer ingår och även deras utsläpp i kg CO2- ekvivalenter.
4.2 Datainventering inför beräkningar med SimaPro på biogasproduktion
För beräkning av miljöpåverkan av biogasproduktion finns ingen färdig processmall i SimaPro, istället är utgångsmallen Electricity Sweden B250. Utifrån de flödesschema som sammanställts över biogasproduktionen läggs de olika flödena till i mallen Electricity Sweden
18
B250. Mängd och enhet av Electricity Sweden B250 som används är den sammanlagda
elektriciteten som behövs vid hela biogasproduktionen.
Kända inflöden från teknosfären (material/bränslen) som läggs till i biogasproduktionen är transport från Malmö till Karpalund. Processen Truck 40t används, där 40t står för vikten på lastbilen d.v.s. 40 ton. Enligt Miljöfaktaboken 2011 (Värmeforsk, 2011) släpps det ut metan, kväveoxid, svaveldioxid, partiklar och biologisk koldioxid vid produktion av biogas, dessa utsläpp läggs till i mallen i gram per ton avfall. Utsläpp av växthusgaser läggs till för att biogasproduktionens utsläpp ska efterlikna realiteten. Beräkningen ska anpassas för att efterlikna beräkningen på avfallsförbränningen, i den mallen ingår utsläpp till luft. Utflöden till teknosfären (undvikna produkter), är den energi som genereras och därför inte används från andra källor. Vid rötning till biogas genereras värme till fjärrvärmenätet som ersätter värmeproduktion med Heat spruce chips 300 kW U. Det produceras även fordonsgas som kan användas istället för motsvarande mängd Diesel. När alla flöden är tillagda i processen beräknas hur många kg CO2-ekvivalenter som släpps ut vid biogasproduktionen.
4.3 Studiens avgränsning
I studien undersöks påverkan på växthuseffekten, vid förbränning av avfall med energiutvinning eller biogasproduktion från matavfall. Resultaten som tas fram uttrycks i kg CO2-ekvivalenter. Den funktionella enheten i studien är ett ton. Beräkningar i studien rör
främst energi, där används enheten kWh. Inflöden av materia är i båda produktionerna ett ton avfall eller matavfall. Utflöden av materia och behandling av den har inte tagits med i livscykelanalysen. Fokus i studien är på energi som genereras vid processen avfallsförbränning respektive rötning till biogas därför bortses det från utflödande materia och endast utflödande energi är av betydelse. Med hjälp av SimaPro beräknas den genererade energins motsvarighet mätt i CO2-ekvivalenter, detta för att mäta output med ett mått.
Livslängd på processutrustning, maskiner och reparationer som krävs för att hålla igång produktionen av kraftvärme och biogas tas inte med.
Livscykelanalysen har utförts med snäva avgränsningar. Det tas ingen hänsyn till hur produkter hanteras innan de blir avfall. Två olika behandlingsmetoder jämförs med antagandet att avfallet har hanterats på samma sätt fram till Sysav, där det antingen förbehandlas till slurry eller förbränns. I systemet ingår den energi som används för att de olika processerna ska fungera. Avfallsförbränning och biogasproduktion är två olika
19
behandlingsmetoder av avfall. Dessa processer har olika energikonsumtion, samtidigt genererar de energi av olika kvalitet. Energikonsumtion inkluderas i studien så jämförelsen mellan behandlingsmetoderna blir mer reell. Miljöpåverkan från den använda energin undersöks. Energi som produceras är huvudfokus i studien samt den nytta energin gör, d.v.s. vilken annan energiproduktion som inte behövs eftersom processerna genererar energi. Ersättningsberäkning utförs eftersom förbränning av avfall inte sker utan att energin tas till vara. Energin som genereras vid avfallsförbränning är en väsentlig del i systemet och måste inkluderas i studien. Avgränsningarna är direkt avgörande för hur studiens resultat kommer se ut, t.ex. genom att inte inkludera biogödslet i biogasprocessen finns det en möjlighet att den processen får en högre miljöpåverkan. Detta eftersom det går åt mycket energi vid framställning av handelsgödsel som används istället för biogödslet. Areskoug och Eliasson (2012:317) förklarar att energi med fler användningsområden t.ex. elektricitet, värderas högre än energi med få användningsområden t.ex. värme. Kvaliteten på energin som genereras i denna studie värderas lika oavsett vilken form den har. Inga indirekta insatser ingår i systemet som tillverkning av byggnader, maskiner och fordon. Det strävas efter att få data av hög kvalitet d.v.s. så ny information som möjligt direkt från verksamheterna.
4.4 Avgränsning vid förbränningsprocess
Studien grundar sig på förbränning av avfall inom Sysavs ägarkommuner i södra Skåne. Det används en färdig mall i SimaPro för att beräkna nettoutsläppet av kg CO2-ekvivalenter vid
avfallsförbränning med energiutvinning. I mallen ingår de energiflöden som strömmar in för förbränningsprocessen ska fungera. Utflöden av energi vid förbränning av avfall sker i form av el ut på elnätet och värme ut på fjärrvärmenätet. Vid förbränning har det inte tagits hänsyn till hantering av den aska som blir rest. Hantering av aska anser jag inte relevant eftersom den antingen deponeras eller används i asfalt. Avgränsning vid förbränning gjordes efter den färdiga mallen i SimaPro där beräkningarna utförs. Endast energi och utsläpp från använda processer vid förbränning ingår. Insamlad data som berör energiflöden vid förbränning är hämtade från Sysavs årsredovisning från år 2012. Vid förbränningsprocessen ingår avfall som matas in som bränsle. Energi genereras vid förbränning, energin säljs som värme och el, en del av energin används för att hålla igång Sysavs egna processer. Vid förbränning bildas rökgas som efter rening släpps ut i troposfären, rökgasen ingår i systemet som undersöks.
20
4.5 Avgränsning vid biogasproduktion
Matavfall samlas in från Sysavs ägarkommuner. Inflödande energi vid rötning är i form av elektricitet, bränsle för transport till Karpalund samt värme för den egna anläggningen. Utflöden av energi består av värme ut på fjärrvärmenätet och fordonsgas. Vid analys av biogasproduktion har rejekt och dess miljöpåverkan ställts utanför systemet, även rötrest är utanför det undersökta systemet. Eventuellt kan rötrest användas som gödsel och minska användning av handelsgödsel. Utsläpp till luft från rötningsprocessen ingår i studien, precis som förbehandling av matavfallet, transport, rötning och uppgradering.
Data som berör biogasproduktion är hämtad från olika källor, på grund av att den produceras i olika anläggningar. Anders Persson, VD för Sysav Utveckling, hänvisa till ett examensarbete på 30 hp, skrivet av Truedsson från 2010 där data fanns för energiflöden vid förbehandling på Sysav, uppgifter ska stämma med dagens situation. Information om hur transport från Malmö till Karpalund sker är hämtat från direktkontakt med Anders Persson på Sysav. Tore Sigurdsson som är affärsområdeschef på Kristianstad Biogas AB informerade om energiflöden vid rötningsprocessen på Karpalund biogasanläggning. Både information om transporter och energiflöden vid rötningsprocessen är senaste information som finns tillgänglig. Utsläpp till luft vid rötningsprocessen grundar sig på information från Värmeforsks Miljöfaktabok från 2011, även denna anses vara senaste information som finns tillgänglig.
Eftersom biogasprocessen sker i fler steg jämfört med förbränning är de inkluderande avgränsningarna fler. För att förbehandling av matavfall ska fungera krävs det, förutom matavfall som bränsle, elektricitet. När matavfallet är förbehandlat transporteras det med lastbil till rötningsanläggningen, vid transport används drivmedel. Vid rötningsprocessen krävs det elektricitet, efter rötningen används biogasen för att generera värme både till fjärrvärmenätet och till de egna processerna. En del av gasen uppgraderas för att bli fordonsgas, vid denna process krävs det mer elektricitet. Fordonsgasen säljs sedan för användning i fordon. Oundvikliga utsläpp till luft från rötkammaren och vid uppgradering är innanför avgränsningarna.
21
4.6 Inventering av förbränningsprocess
Information över hur energiflöden såg ut vid förbränningsprocessen kommer från Sysavs årsredovisning, 2012 där framställs information över årlig förbränning och energiproduktion (tabell 1). För att komma fram till hur mycket energi ett ton avfall genererar utfördes enkel division. Tabell 2 visar hur mycket energi ett ton avfall genererar genom Sysavs produktion. Mängden producerad energi är all energi som genereras hos Sysav. Levererad energi är energin som säljs ut på elnätet eller fjärrvärmenätet. Resterande energi använder Sysav för att hålla igång sina processer.
Tabell1. Årlig energiutvinning genom förbränning vid Sysavs kräftvärmeverk.
Årlig förbränning av 549 900 ton avfall
Producerad Levererad Egenanvänd
El 247 000 MWh 136 000 MWh 111 000 MWh
Värme 1 429 000 MWh 1 388 000 MWh 41 000 MWh Källa: Sysav (2012)
Tabell 2. Energiutvinning vid förbränning av ett ton avfall.
Förbränning per ton avfall
Producerad Levererad Egenanvänd
El 449 kWh 247 kWh 202 kWh
Värme 2 599 kWh 2 524 kWh 75 kWh
Källa: Sysav (2012)
Från information i årsredovisning samt litteraturinläsning om förbränningsprocessen, har ett flödesschema sammanställts, figur 2. Energi som används inom Sysav är differensen mellan den producerade energin och den levererade energin. Aska som avges vid förbränning finns med i flödesschemat men både aska och behandling av den är utanför avgränsning av studien. Emissioner till luft från processen ingår i mallen som används i SimaPro, därav har externa värden inte hämtats.
Utsläpp till luft
1 ton avfall 449kWh el 247 kWh el
2 599 kWh värme 2 524 kWh värme
Aska Källa: Sysav (2012)
22
4.7 Inventering av biogasproduktion
Årlig energigenerering genom biogasproduktion sammanställs i tabell 3. Använd energi i form av elektricitet är en sammanslagning från två olika källor. Truedsson (2010) visar hur mycket elektricitet som behövs vid förbehandlingen av matavfallet. Sigurdsson (2014) beskrev via mailkontakt hur mycket elektricitet som används vid biogasproduktion samt vid uppgradering av biogas. Av producerad biogas uppgraderas en del till fordonsgas och levereras för användning som bränsle. Övrig biogas blir värme som antingen levereras ut på fjärrvärmenätet eller används inom den egna produktionen.
Transport mellan Malmö och Karpalund biogasanläggning sker enligt Persson (2014) på Sysav, av tankbil med kapacitet på 35m3. Tankbilen kör på dualfuel bestående av 20 % diesel och 80 % biogas. Energianvändning vid transport beräknas genom att de 80 % av sträckan som körs med biogas tas bort. Resterande sträcka divideras med de 35m3 som tankbilen transporterar. Endast 1,05 km av sträckan körs med diesel, beräknat per ton avfall. Värdet multipliceras med ILV Svenska Miljöinstitutet AB:s (2001) tabellerade värde för hur stor energiförbrukning en lastbil har per km. Beräkningar som utförts i SimaPro kräver inte värde på energiförbrukning eftersom mjukvaran har egna värden och här krävs endast sträckan. Genom att dividera energianvändning och energiproduktion med antalet ton inkommande avfall framställs det hur mycket energi som krävs och utvinns för ett ton avfall. Detta visas i tabell 4.
Emissioner till luft från biogasproduktion (tabell 5) läggs till i mallen för biogasproduktion i SimaPro. Utsläpp redovisade i tabell 5 är de utsläpp som Värmeforsk (2011) anser finns vid produktion av biogas. I mallen för avfallsförbränning ingår luftföroreningar. För att få två likvärdiga system att jämföra krävs det att luftföroreningar läggs till i mallen för biogasproduktion. Emissionerna omvandlas till CO2-ekvivalenter när beräkningar i SimaPro
23
Tabell 3. Årlig energiutvinning genom biogasproduktion
Årlig biogasproduktion av 97 000 ton avfall
Använd utomstående energi Producerad Levererad Egenanvänd
El 5 163,1 MWh1,2 - - -
Värme - 12 500 MWh2 9 500 MWh2 3000 MWh2
Fordonsgas - 37 000 MWh2 37 000 MWh2 -
Diesel 398,6 MWh3 - - -
Källa: 1 Truedsson, C. (2010), 2Sigurdsson, T. (2014), 3 ILV Svenska Miljöinstitutet AB (2001)
Tabell 4. Energiutvinning genom biogasproduktion per ton avfall
Biogasproduktion per ton avfall
Använd utomstående energi Producerad Levererad Egenanvänd
El 53,228 kWh1,2 - - -
Värme - 128,9 kWh2 97,9 kWh2 31 kWh2
Fordonsgas - 381,4 kWh2 381,4 kWh2 -
Diesel 4,11 kWh3 - - -
Källa: 1 Truedsson, C. (2010), 2Sigurdsson, T. (2014), 3 ILV Svenska Miljöinstitutet AB (2001)
Tabell 5. Emissioner till luft per ton avfall.
Utsläpp till luft4 g/ton matavfall
Metan (CH4) 198,9 Kväveoxid (NO) 110,7 Svaveldioxid (SO2) 4,41 Partiklar 2,57 Koldioxid (CO2) 14 328 Källa: 4Värmeforsk. (2011)
24
Flödesschema över förbehandling och transport med värde för respektive moment finns i figur 3. Figur 4 visar fortsättning av produktionen med rötning och uppgradering av biogas. Eftersom rejekt och rötrest inte ingår i livscykelanalysen visas de utan värde i flödesschemat.
4,11 kWh3
Dualfuel 184 km.
(20 % diesel 80 % biogas)5
1 ton matavfall Förbehandling Slurry Transport
22,3 kWh el1 med tankbil
Rejekt
Källa: 1Truedsson, C. (2010), 3ILV Svenska Miljöinstitutet AB (2001) 5Persson, A. (2014) Figur 3. Flödesschema över förbehandling hos Sysav och transport till Karpalund.
15,464 kWh el2 Utsläpp till luft4 15,464 kWh el2
Uppgradering av gas 381,4 kWh Rötningsprocess till fordonsgas fordonsgas2
97,9 kWh fjärrvärme från biogas2
Rötrest 31 kWh värme2
från biogas till egen produktion Källa: 2Sigurdsson, T. (2014), 4Värmeforsk. (2011)
Figur 4. Flödesschema över biogasproduktionen i Karpalund.
4.8 Miljöpåverkansbedömning
Miljöpåverkansbedömning är den del av undersökningen som utfördes i SimaPro. Tabell 6 och tabell 7 visar resultat för beräkning av nettoutsläpp i kg CO2-ekvivalenter per ton avfall
25
Tabell 6 visar att 1 ton avfall förbränns Municipal Waste to MWI U. Den energi som inte genereras eftersom den tas till vara vid förbränning är de undvikna processerna i tabell 6. När 1 ton avfall förbränns genereras 2 524 kWh värme som inte behövs genereras genom förbränning av flis Heat spruce chips 300 kW U. Det genereras även 247 kWh el som därför inte behövs genereras från andra källor i den svenska elmixen Electricity Sweden B250.
Tabell 7 visar beräkning av miljöpåverkan från biogasproduktion. Vid biogasproduktion används 53,228 kWh el per ton matavfall för att hålla igång processen. Transport av 1 ton matavfall från Malmö till Karpalund blir efter beräkning 1 km. Utsläpp till luft redovisades i tabell 5, de redovisas även i tabell 7 för att visa vilka och vilken mängd utsläpp som finns per ton matavfall. Energi som inte behövs genereras från andra källor eftersom den genereras vid biogasproduktionen är 97,9 kWh värme (Heat spruce chips 300 kW U) samt 382,66 kWh
diesel.
Beräkningar visar att resultaten är negativa. När avfall förbränns med energiutvinning eller biogas produceras genom rötning behövs inte energi genereras från annan råvara. Energi som genereras genom processerna ersätter energi som släpper ut större mängd kg CO2
-ekvivalenter, därav blir nettoutsläpp av kg CO2-ekvivalenter per ton avfall eller matavfall till
atmosfären negativa. För att tydligare åskådliggöra detta används begreppet att ”spara in” utsläpp av CO2-ekvivalenter vid avfallsförbränning med energiutvinning eller
biogasproduktion. När det begreppet används syftar det till vad som skulle ha släppts ut om energin kommit från konventionell energiframställning.
Tabell 6. Beräkning av miljöpåverkan från förbränning i SimaPro.
Beräkning på förbränning i SimaPro
Process i SimaPro ton
Municipal waste to MWI U 1
Process i SimaPro (undvikit) kWh/ton avfall
Heat spruce chips 300 kW U 2 524
Electricity Sweden B250 247
26
Tabell 7. Beräkning av miljöpåverkan från biogasproduktion i SimaPro.
Beräkning på biogasproduktion i SimaPro
Process i SimaPro kWh/ton matavfall
Electricity Sweden B250 53,228
Transport till Karpalund
Process i SimaPro Tkm
Truck 40t 1
Utsläpp till luft g/ton matavfall
Metan (CH4) 198,9 Kväveoxid (NO) 110,7 Svaveldioxid (SO2) 4,41 Partiklar 2,57 Koldioxid (CO2) 14 328
Process i SimaPro (undvikit) kWh/ton matavfall
Heat spruce chips 300kW U 97,9
Diesel 382,66
Utsläpp av kg CO2-ekv. -11,6 kg CO2-ekv.
Syftet med undersökningen är att utifrån ett livscykelperspektiv jämföra vilken av två olika behandlingsmetoder av avfall som påverkar miljön minst. Enligt beräkningar i SimaPro, redovisade i tabell 6 och tabell 7, bidrar förbränning av avfall till en mindre miljöpåverkan i jämförelse med biogasproduktion från matavfall. Förbränning av avfall till energi ”sparar in” större mängd kg CO2-ekvivalenter framför biogasproduktion. Båda resultaten minskar
nettoutsläppen av kg CO2-ekvivalenter till atmosfären jämfört med om energin skulle
genererats från andra källor än avfallsförbränning och biogasproduktion. Förbränning av ett ton avfall har ett nettoutsläpp av CO2-ekvivalenter på -63,9 kg. Biogasproduktion från ett ton
matavfall har ett nettoutsläpp av CO2-ekvivalenter på -11,6kg. Det är en differens på 52,3 kg
CO2-ekvivalenter per ton avfall mellan bränslena. Nettoutsläpp vid biogasproduktion
motsvarar endast 18,15% av de kg CO2-ekvivalenter som förbränning av avfall ”sparar in”
jämfört med konventionell energiframställning.
4.9 Tolkning av resultat
Studien baseras på information från Karpalund biogasanläggning och Sysavs kraftvärmeanläggning, resultatet begränsas till att gälla för de specifika processerna och kan inte generaliseras till att gälla i andra situationer. Studien är beroende av data från organisationerna, uppstår inkorrekt eller feltolkad data innebär det att resultat kan bli
27
missvisande. Resultat visar att förbränna avfall och ta till vara energi ger en mer positiv påverkan på växthuseffekten än vad biogasproduktionen har. Tolkning av resultatet ska visa vad de kan betyda i andra situationer. Värden som togs fram genom beräkningar används för att kartlägga hur mycket energi dessa CO2-ekvivalenter motsvarar i diverse vardagliga
sysslor.
Bilar drivs oftast på fossil energi i form av bensin. Beräkningarna som följer ska visa hur långt en genomsnittlig personbil kan köra innan den har släppt ut lika mycket koldioxid som de undersökta processerna ”sparar in”.
De 63,9 kg CO2-ekvivalenter som inte behövs släppas ut genom att energi utvinns vid
avfallsförbränning, motsvarar enligt Värmeforsk (2011) 20,92 kg bensin. Värmeforsk (2011) estimerar att det släpps ut ungefär 3,05 kg CO2/kg bensin. Bensin har en densitet på
0,75kg/liter (Preem, 2013). Det betyder att 20,92 kg bensin motsvarar 27,89 liter bensin. En genomsnittlig personbil med varm motor har en bränsleförbrukning på 1,06 liter bensin/mil (Väg- och transportforskningsinstitutet, 2000). Beräknat på genomsnittlig personbil kan man köra 26,3 mil innan det har släppts ut lika mycket koldioxid som ”sparas in” vid energiutvinning av avfallsförbränning.
Vid liknande beräkning utifrån värden för biogasproduktion används samma referensvärden som ovan. CO2-ekvivalenter som ”sparas in” vid biogasproduktion är 11,6 kg, de motsvarar
3,8 kg bensin. 3,8 kg bensin motsvarar 5,06 liter bensin. En genomsnittlig personbil kan köra 4,78 mil för att motsvara de 11,6 kg CO2-ekvivalenter som inte behövs släppas ut eftersom energi utvinns vid biogasproduktion.
28
Med sträckan av hur långt en bil kan köra på respektive kg CO2-ekvivalenter, skiljer det sig
21,52 mil mellan alternativen.
Ytterligare en beräkning har utförts för att tydliggöra skillnaden mellan förbränning av avfall och biogasproduktion. Vid leverans av elektricitet släpps det ut CO2-ekvivalenter, den mängd
CO2-ekvivalenter som ”sparas in” vid respektive process kan omvandlas för att motsvara en
viss mängd levererad elektricitet. Det har beräknats hur länge en 40 W glödlampa kan hållas tänd, där den använda elektriciteten motsvarar de kg CO2-ekvivalenter som inte behövs
släppas ut.
CO2-ekvivalenter som inte behövs användas vid förbränningsprocessen divideras med hur
många kg CO2-ekvivalenter det släpps ut per levererad kWh. Enligt Värmeforsks (2011)
miljöfaktabok släpps det ut 0,0364 kg CO2-ekvivalenter/kWh el som levereras. Resultatet blir
1 755,49 kWh. 1 755,49 kWh motsvarar 1 755,49 103
Wh. De Wh som CO2-ekvivalenterna
motsvarar divideras med effekten på lampan som är 40 W. Det visar sig att en 40 W lampa kan stå tänd i 43 887,25 h eller i ungefär 5 år innan den energi som används har avgett lika mycket CO2-ekvivalenter som avfallsförbränningen ”sparar in”.
Vid samma beräkning för biogasproduktion används referensvärden från Värmeforsk (2011). 11,6 kg CO2-ekvivalenter motsvarar 318,68 kWh. En 40 W glödlampa kan vara tänd i 7 967 h
eller 0,91 år innan det släpps ut lika många kg CO2-ekvivalenter som ”sparas in” vid
