Energiutnyttelse av utsorterte avfallsfraksjoner -
fokus på rene brensler
RF-2000/052
Innhold
1 INNLEDNING ... 1
2 BAKGRUNN... 1
3 AVFALL OG ENERGIUTNYTTELSE... 2
3.1 Bioenergi ... 3
3.2 Bioenergi i ’fast form’... 3
3.3 Termisk energiutnyttelse av avfall ... 4
3.4 Biobrensel og avfall... 4
4 RETNINGSLINJER, PRINSIPPER OG REGELVERK VEDRØRENDE AVFALLSHÅNDTERING OG ENERGIUTNYTTELSE AV AVFALL I NORGE ... 5
4.1 Forurensningsloven ... 5
4.2 Krav til drift av forbrenningsanlegg... 10
4.3 EU-direktiv for avfallsforbrenning... 10
5 BIOBRENSEL... 12
5.1 Forbrenningssystem for biomasse ... 12
5.2 Brensel og brenselskvaliteter... 13
5.3 Brenselets fysiske egenskaper og kjemiske innhold ... 14
5.4 Brenselets fysiske utforming ... 17
5.5 Brensel av utsorterte avfallsfraksjoner – resultater fra PIL-prosjektet... 25
6 NOEN AKTUELLE FORBRENNINGSTEKNOLOGIER ... 31
6.1 Brensellageret... 32
6.2 Interne matesystemer... 32
6.3 Forbrenningsenheten ... 34
6.4 Andre teknologier... 38
6.5 Hvilke krav må stilles til brenselproduktet?... 39
6.6 Leverandører av forbrenningsanlegg... 40
7 HÅNDTERING OG BEHANDLING AV ET UTVALG AV AVFALLS- /
MATERIALFRAKSJONER ... 41
7.1 Trevirke ... 41
7.2 Returpapir/-papp... 45
7.3 Plast ... 46
7.4 Miljøforstyrrende komponenter i rivningsavfall ... 49
8 AKTUELLE LØSNINGER FOR HÅNDTERING OG FRAKSJONERING AV NÆRINGSAVFALL ... 51
8.1 Haugaland Gjenvinning AS... 51
8.2 FF-Resi AS ... 53
8.3 Toraneset Miljøverk IKS... 53
9 OPTIMALISERING AV LØSNINGER FOR AVFALLSHÅNDTERING MOT AKTUELLE TYPER AV FORBRENNINGSTEKNOLOGIER ... 55
9.1 Kildesortert papp/papir og plast ... 55
9.2 Spesielle forhold... 57
9.3 Trebrensler... 58
9.4 Papirbrensler... 58
9.5 Plastbrensler ... 58
9.6 NesKraft AS ... 58
9.7 Mindre flisfyringsanlegg (referanse Hallenstvedt Import – Salg)... 60
9.8 Energos AS... 61
10 FORELØPIGE KONKLUSJONER ... 63
11 REFERANSELISTE ... 63
12 VEDLEGG ... 64 VEDLEGG 1 Forbrenningsprosessen
Sammendrag
Utslippstillatelse for forbrenningsanlegg
I henhold til forurensningsloven må det søkes om utslippstillatelse for store forbrenningsanlegg, og for mindre anlegg dersom forurensningsutslippene er av en slik størrelse eller farlighet at de medfører ”nevneverdige skader eller ulemper”. For å avgjøre når det sistnevnte gjelder, vil det alltid måtte brukes skjønn, og lokaliteten for anlegget vil da kunne være av avgjørende betydning.
Anlegg som alltid må ha utslippstillatelse er anlegg av alle størrelser som brenner avfall eller annet brensel der det er fare for utslipp av miljøgifter.
Anlegg som ikke trenger egen utslippstillatelse er oljeforbrenningsanlegg som er regulert i svovelforskriften.
Behovet for utslippstillatelse til biobrenselanlegg må vurderes for hvert enkelt tilfelle, bl. a. utfra lokaliteten og resipientens (omgivelsenes) tålegrense, og utslippstillatelse er sjelden nødvendig for mindre anlegg, mindre enn 4 MW, som er lokalisert utenfor tettbygd eller sterkt trafikkerte områder.
Utslippskrav til forbrenningsanlegg er basert på følgende fire brenselskategorier:
• ’Rene’ brensler: Naturgass, olje, kull og fast biobrensel (ved og treflis).
For ’rene’ brensler som anvendes i mindre forbrenningsanlegg (< 50 MW) gjelder norske utslippskrav fordi det ikke foreligger EU-direktiver.
• Avfall: Produksjonsavfall/bioavfall (forurenset flis og lignende), slam, biogass og kommunalt avfall.
For forbrenning av kommunalt avfall gjelder EU-direktiv 89/369 for nye anlegg og EU- direktiv 89/429 for eksisterende anlegg. Direktivene stiller bare konkrete utslippskrav for nye anlegg. Direktivene vil bli erstattet av nytt forbrenningsdirektiv for avfall.
Forbrenning av annet avfall i mindre forbrenningsanlegg (< 50 MW) omfattes av EUs forslag til avfallsforbrenningsdirektiv.
• Spesialavfall/farlig avfall: Gassformig, flytende og fast avfall.
Forbrenning av alt farlig avfall omfattes av EUs forslag til forbrenningsdirektiv for farlig avfall. Utslippsvilkår for både nye og eksisterende anlegg må tilpasses direktivet.
• Spillolje.
Forbrenning av spillolje kan kun skje etter tillatelse.
• Mindre forbrenningsanlegg (< 50 MW) basert på ’rent’ brensel (brensel som ikke er definert som avfall eller spesialavfall/farlig avfall).
EU har ikke utarbeidet direktiver for forbrenningsanlegg under 50 MW som er basert på annet brensel enn avfall. SFT har utarbeidet forslag til vilkår for nye anlegg som anbefales å gjelde inntil EU-direktiv blir vedtatt og gjennomført.
Det skal installeres kontinuerlig målende instrumenter eller tilrettelegges for manuell prøvetaking for å kontrollere at utslippsgrenser og innsatsbegrensninger i tillatelsen blir overholdt. Vilkår skal fremgå av tillatelsen. Uttatte prøver skal være representative.
Prøvetaking og analyse av alle forurensningskomponenter så vel som referansemålinger for å kontrollere automatisk måleutstyr, skal foretas i henhold til CEN-standarder (Comité Européen de Normalisation). Målesystem og prosedyrer skal være kvalitets- sikret og skal inngå som del av virksomhetens internkontrollsystem. Alle måleresultater skal registreres, dokumenteres og kunne fremvises for SFT.
• Forbrenningsanlegg som benytter avfall og farlig avfall.
Avfall er i følge EU-direktivet for avfall definert som rester eller kontaminerte stoffer/
materialer/produkter fra produksjon eller forbruk, kasserte stoffer/gjenstander og stoffer/produkter som det ved lov er forbudt å benytte. I praksis betyr dette at alle energibærere (brensel) som inngår i forbrenningsanlegg, unntatt ’rent’ brensel er definert som avfall.
Krav til drift av forbrenningsanlegg
Drift av forbrenningsanlegg i Norge krever særskilt tillatelse fra SFT. Tillatelsen skal omfatte samtlige forhold ved anlegget:
• installasjoner for mottak, lagring, forbehandling og forbrenning av avfall,
• behandling av restprodukter fra forbrenningen,
• systemer for tilførsel av brensel og luft,
• systemer for transport og rensing av forurensninger i luft- og vannutslipp,
• systemer og utstyr for kontinuerlig kontroll med forbrenningsprosessen,
• systemer for registrering av drifts- og utslippsforhold.
Den som driver forbrenningsanlegg, er ansvarlig for at anlegg og drift er innrettet med sikte på å unngå miljøskader gjennom hele prosesskjeden fra avfallsmottak til disponering av restavfall. Herunder ligger plikt til å drive prosessen slik at forbrenningen blir så fullstendig som mulig.
Likeledes foreligger plikt til å innhente nødvendige opplysninger om avfallsmengde og avfallskategori fra leverandør av avfall.
Resultater av PILs brenselsanalyser
det i et tilfelle ble kombinert med papir, og i et annet med bark.). Det meste av kadmiumet kunne finnes igjen i flyveasken, noe som tilsier at god støvrensing effektivt vil kunne begrense utslipp til luft.
For brenslene i PIL-prosjektet var det betydelig variasjon i blyinnholdet. Papir- fraksjonene hadde de laveste konsentrasjonene, mens plastbrenslene lå omtrent en størrelsesorden over. Nivået lå så høyt for alle brenslene at det i et anlegg med kun multisykloner, vil føre til at grensen for tungmetaller foreslått av EU, sannsynligvis vil overskrides.
I PIL-prosjektet er det også blitt foretatt prøvebrenninger av de forskjellige brenslene, samt kombinasjoner av avfallsfraksjonene utsortert trevirke, papp/papir og plast. Her ble det benyttet klart definerte brenselsammensetninger og det ble foretatt en grundig analyse av utslipp og restprodukter. Resultatene tilsier at alle krav som stilles i EUs forslag til forbrenningsteknologi trolig vil kunne tilfredsstilles av anlegg med posefiltre i rensesystemet. Uten slikt rensesystem vil imidlertid både metall-utslipp og støv overskride de grensene som EU foreslår.
Ved energiutnyttelse av nye brensel vil det være viktig at man kan gi en klar spesifikasjon av brenselets innhold. Dersom denne tilsier at brenselet ikke kan klassifiseres som rent brensel, vil det trolig være nødvendig med en prøvebrenning i aktuell forbrenningsteknologi, og anleggene vil sannsynligvis måtte ha en størrelse som kan forsvare investeringer i renseteknologi på posefilternivå. Dersom brenselet kan karakteriseres som rent brensel blir bildet et annet, men dette vil kreve positiv sortering med omfattende kvalitetssikring.
Hvilke krav må stilles til brenselsproduktet?
Erfaringer fra de forbrenningsanlegg vi i denne rapporten har beskrevet tilsier at forbrenningsteknologier basert på bevegelige rister eller Organic Powers konsept kan tilfredsstille de fremtidige utslippskrav som stilles ved forbrenning av de aktuelle avfallsfraksjonene. Dette forutsetter imidlertid at de enkelte fraksjonenes innhold er forholdsvis klart definert. I PIL rapporten (Wormstrand,1999:2) beskrives sorterings- prosedyrer, og krav for produksjon av brensel. Det trekkes frem at positiv sortering vil være en primær forutsetning for å oppnå akseptabel kvalitet på brenselet.
Betydelige variasjoner i brenselets innhold, slik tilfellet ville vært ved negativ sortering, vil stille høye krav til regulering av forbrenningstekniske parametere og dermed forutsette avansert kontroll- og måleutstyr. Samtidig vil kravene til renseteknologien også stige. Dette vil kreve at anlegget har en betydelig størrelse, som igjen forutsetter omfattende avsetningsmuligheter for varmen. Slike anlegg må typisk forventes å kreve negativ pris på brenselet.
Barrierene med hensyn til å utnytte avfallsfraksjoner som plast, papir og trevirke til energiformål ser med andre ord ut til ikke å ligge på selve forbrenningsteknologien, men trolig i større grad på nødvendig rense- og måleutstyr.
Hvorvidt enklere teknologier som undermaterstokere er egnet er uansett meget tvilsomt, da det med en slik teknologi vil være vanskeligere tilfredsstille alle nødvendige betingelser for en god og fullstendig forbrenning, samtidig med at forbrenningstekniske utfordringer mht. avgasser må løses.
Foreløpige konklusjoner vedrørende krav til brensler
Vedrørende krav til brensler, kan det trekkes følgende foreløpige konklusjoner basert på erfaringer med PIL prosjektet:
• Avfall som inngår under avfallsbaserte brenselprodukter må være positivt sortert ved kilden. Sentral ettersortering er kun å betrakte som et supplement.
• Blandet avfall er uakseptabelt som basis for avfallsbaserte brenselsprodukter.
• Innhold av forurensinger i avfallsbaserte brenselprodukter av tre, papir og plast (<
20%) er for de fleste parametre noe høyere enn rent trevirke. Tungmetaller er mest kritisk for avfallsbaserte brenselprodukter fra tre. Klor og svovel er mest kritisk for avfallsbaserte brensler fra papir og plast.
• Avfallsbaserte brenselprodukter fra kildesortert trevirke skal kunne benyttes i moderne, men konvensjonelle anlegg som er tilpasset forventede miljøkrav for rene brensler.
• Avfallsbaserte brenselprodukter basert på kildesortert papir fra husholdninger skal kunne benyttes i moderne konvensjonelle anlegg, men må verifiseres ytterligere.
• Sambrenning med bark nøytraliserer sure komponenter.
1 Innledning
Styret i Avfallsforum i Rogaland (AFR) vedtok i møte den 8. juni 1999 å tildele RF – Rogalandsforskning (RF) et prosjektoppdrag angående ”rene brensler fra avfall”, jfr.
RFs prosjektbeskrivelse datert 29. mars 1999.
Prosjektet har som målsetning å gi tilråding vedrørende erfaringer og løsninger for termisk energiutnyttelse av utsorterte avfallsfraksjoner fra næringsavfall. Følgende hovedtema er utredet i prosjektet:
• Norske retningslinjer, prinsipper og regelverk vedrørende avfallshåndtering og energiutnyttelse av avfall.
• Tilgjengelige forbrenningsteknologier og tilhørende krav til renhet av brensler.
• Aktuelle løsninger for håndtering og fraksjonering av næringsavfall.
• Eksempel på løsninger for avfallshåndtering og aktuelle typer av forbrennings- teknologier. Erfaringer og praksis utredes.
RF presenterer med dette rapporten knyttet til prosjektet.
Det har vært nedsatt en prosjektstyringsgruppe med representanter fra IVAR, Toraneset Miljøverk, FF-Resi samt AFRs sekretariat.
2 Bakgrunn
Avfallsforum Rogaland nevner i sin oppfølging av Avfallsplan Rogaland, handlingsplan for 1999, energiutnyttelse av utsorterte avfallsfraksjoner med fokus på rene brensler som ett av de prioriterte temaene.
I dokumentet Oppfølging av Avfallsplan Rogaland: Handlingsplan for 1999, utarbeidet av Avfallsforum Rogaland, heter det som følger:
“Flere steder i fylket har man planer om å bygge sorteringsanlegg for næringsavfall og forbrenningsanlegg for utsortert trevirke (rivings-/bygningsavfall), eventuelt supplert med papir og plast. For å unngå utslipp av miljø- og helseskadelige stoffer under forbrenning, bør det blant annet legges sterk vekt på frasortering av uønskede materialer som impregnert trevirke eller PVC-plast. Det er behov for å påvirke både byggherrer og trelastbedrifter.”
Det ligger en betydelig samfunnsmessig utfordring i å stimulere til etablering av hensiktsmessige systemer for innsamling, sortering og behandling av næringsavfall.
Den overordnede målsetning for håndtering av næringsavfall er å oppnå en mest mulig fornuftig og miljøvennlig ressursutnyttelse samtidig som samfunnsmessige kostnader minimeres. Innenfor behandling av næringsavfall har det til nå vært mangel på tilbud om alternative løsninger.
I den senere tid er det imidlertid gitt konsesjon til flere sorteringsanlegg i Rogaland.
Prinsippet bak etablering av disse anleggene er at bedrifter som ikke sorterer selv, eller bare sorterer en del av avfallet, vil kunne levere avfallet sitt til et sorteringsanlegg som tar hånd om avfallet. Som følge av etablering av flere slike sorteringsanlegg, forventes det at tilgangen på sorterte avfallsressurser i regionen vil øke betydelig.
I tillegg til etablering av sorteringsanlegg, planlegges det i Rogaland også oppført flere små, høyeffektive forbrenningsanlegg, gjerne lokalisert i nærheten av storforbrukere av energi, for energiutnyttelse av den delen av det utsorterte avfallet som ikke kan materialgjenvinnes. For disse forbrenningsanleggene vil god tilgang på utsorterte avfallsfraksjoner som kan energiutnyttes, være av avgjørende betydning for driften av anleggene. Hvilke krav til renhet og fraksjoneringsgrad de ulike typer forbrennings- anlegg setter til utsorterte avfallsfraksjoner, samt hvilke implikasjoner dette har for den praktiske avfallshåndteringen, er problemstillinger som står sentralt i dette prosjektet.
For å oppnå et godt totalsystem for behandling og sortering av næringsavfall, og som gir tilgang på utsorterte avfallsfraksjoner best mulig egnet for energiutnyttelse, er det påkrevet å utrede aktuelle systemløsninger og konsekvenser av disse for de ulike nivåer i avfallshierarkiet. Dette med henblikk på å kunne tilby alternative løsninger og gi de aktuelle aktørene anledning til å foreta optimale tilpasninger på de ulike nivåer av avfallshåndteringssystemet.
De ulike aktørene i avfallshierarkiet omfatter avfallsbesittere, avfallstransportører, avfallsbehandlere/-håndterere, deponieiere samt eiere av og driftsansvarlige for forbrenningsanlegg.
3 Avfall og energiutnyttelse
Energiutnyttelse av avfall og biomasse kan motiveres ut fra følgende hensyn:
• Fremme miljømessige mål knyttet til utslipp og avfallshåndtering.
• Øke verdiskapningen knyttet til avfall som ressurs.
• Øke energifleksibiliteten.
Det som karakteriserer dagens situasjon i avfalls- og bioenergimarkedet er en økt interesse for avfall som ressurs, og en rekke nye forretningsmessige aktører engasjerer seg i virksomheter knyttet til ulike former for utnyttelse og gjenbruk av avfallet.
Energiutnyttelse av avfall og biomasse berører samtlige deler av verdiskapningskjeden for produksjon av energi. Denne verdiskapningskjeden innbefatter følgende elementer:
• energikilde / ressurskilde,
• brenselsprodukter,
• distribusjon og lagring,
• forbrenningsteknologier,
• sluttbrukere.
Markedet for avfall og bioenergi er ikke homogent, og det består av en rekke ressurskilder, brenselsprodukter, forbrenningsteknologier og sluttbrukere som hver for seg representerer ulike delmarkeder. Karakteristisk for bioenergisystemet er at de ulike ressurskildene, og til dels også de ulike brenselsproduktene, kan erstatte hverandre.
Videre må også energiutnyttelse av avfall pris- og kostnadsmessig kunne konkurrere med olje, gass og elektrisitet, da disse energikildene for sluttbrukerne alltid vil representere et alternativ.
3.1 Bioenergi
Bioenergi produseres ved omdannelse av biomasse. Fra biomassen er det mulig å produsere energivarer som varme, elektrisk kraft, flytende og gassformig drivstoff ved hjelp av forskjellige prosesser. Råstoffkilder for biobrensel finner vi i tre forskjellige sektorer:
• Skogbruket: skogvirke, samt bark, flis og annet treavfall.
• Jordbruket: Halm, husdyrgjødsel, oljevekster til biodiesel.
• Andre sektorer: Avfallsforbrenning/biogass.
3.2 Bioenergi i ’fast form’
Denne formen for bioenergi kan stamme direkte fra trevirke og andre energirike vekster, eller fra avfall, og kan ha mange former:
• Ved.
• Flis, f.eks. av avfall fra skogbruket.
• Bark og annet avfall fra sagbruk og treforedling.
• Pellets, briketter og pulver.
• Halm fra jordbruket.
• Avfall som brennes direkte, eller lages briketter av.
3.3 Termisk energiutnyttelse av avfall
De prinsipper som ligger til grunn for termisk energiutnyttelse av avfall er primært basert på å omdanne den kjemiske energien i avfallet til varme gjennom en forbrenningsprosess. Forbrenning av avfallet kan benyttes for å produsere energi i form av varme (varmt vann eller damp) og for å destruere avfallet.
I noen tilfeller kan varmen utnyttes til sekundært å produsere elektrisitet, men det er først og fremst prinsippene for å utvinne nyttevarme som vil bli presentert i dette prosjektet.
Varmeutvinning fra avfall kan inndeles i to områder: Enten forbrennes fast avfall direkte, eller det kan utvinnes gass fra avfallet, og deretter forbrennes gassen. I dette prosjektet vurderes kun direkte forbrenning av fast avfall.
Avfall kan enten forbrennes uforedlet eller foredlet. I dette prosjektet vurderes energiutnyttelse av både foredlet og uforedlet avfall. Blant uforedlet avfall eller bioenergi regnes bl.a.:
• Sagspon/kutterspon.
• Bark.
• Rivningsvirke.
• Brenselflis.
Blant foredlet brensel regnes:
• Sollet og tørket flis.
• Pellets.
• Briketter.
• Pulver.
3.4 Biobrensel og avfall
Biobrensel er biomasse avsatt for energiformål. Under kategorien avfall regnes i utgangspunktet alle kasserte stoffer som oppstår fra en produksjonsprosess (jfr. § 27 i forurensingsloven).
For at en bestemt avfallsfraksjon skal kunne defineres som et brenselsprodukt
4 Retningslinjer, prinsipper og regelverk vedrørende avfallshåndtering og energiutnyttelse av avfall i Norge
Avfall og avfallshåndtering er en kilde til ulike miljøproblemer. Ved energiutnyttelse av avfall, eller ved ulovlig avfallshåndtering, forekommer utslipp av helse- og miljø- skadelige kjemikalier.
Avfallspolitikken i Norge generelt gjennomføres gjennom et samspill av en rekke ulike virkemidler, lover og forskrifter, avgifter, tilskuddsordninger, bransjeavtaler og informasjonstiltak, samt kombinasjoner av disse. Noen virkemidler er generelle og går på tvers av miljøproblemer og avfallstyper, mens andre virkemidler er direkte rettet mot enkelte avfallstyper eller behandlingsformer.
I denne delen av rapporten gjennomgås norske myndigheters forskrifter, veiledninger og direktiver vedrørende krav til utslipp av miljø- og helsefarlige stoffer, inkludert krav om konsesjonsplikt, krav om utslippstillatelser og krav til drift av forbrenningsanlegg.
Konsekvenser for Norge av EUs forbrenningsdirektiver for farlig avfall og for avfall, internasjonale avtaler og forpliktelser, tas opp til diskusjon.
Konsekvenser av nåværende rammebetingelser diskuteres i lys av behovet for gode totalløsninger for håndtering av næringsavfall.
4.1 Forurensningsloven
Forurensningsloven og forskrifter hjemlet i den står sentralt i reguleringen av avfallsfeltet. Lov av 13. mars 1981 nr. 6 om vern mot forurensninger og om avfall (forurensningsloven) hjemler, sammen med produktkontrolloven, de viktigste virkemidlene på avfallsfeltet.
I henhold til forurensningsloven § 7, må ingen ”ha, gjøre eller sette i verk noe som kan medføre fare for forurensninger uten at det er lovlig etter §§ 8 eller 9, eller tillatt etter vedtak i medhold av § 11”. I § 8 tillates ”vanlig forurensning” fra tradisjonelle aktiviteter som jordbruk, fiske og skogbruk, fra boliger, skoler, kontorer, og lignende, og fra midlertidig anleggsvirksomhet. Videre sies at forurensninger ”som ikke medfører nevneverdige skader eller ulemper, kan finne sted uten tillatelse etter § 11.” I § 9 sies at forurensningsmyndighetene (SFT) kan regulere utslipp av forurensninger ved hjelp av forskrifter. I § 11 sies at SFT etter søknad kan gi tillatelse til virksomheter som kan medføre forurensninger.
Loven har blant annet til formål å redusere mengden avfall og fremme en bedre behandling av avfall. I retningslinjer for praktisering av loven heter det blant annet at
”Avfall skal tas hånd om slik at det blir til minst mulig skade og ulempe. Det skal gjenvinnes der dette ut fra en avveining av miljøhensyn, ressurshensyn og økonomiske forhold er berettiget”, og at ”Kostnadene ved å hindre eller begrense forurensning og avfallsproblemer skal dekkes av den ansvarlige for forurensningen eller avfallet”.
Loven definerer avfall som ”kasserte løsøregjenstander eller stoffer”, samt ”overflødige løsøregjenstander og stoffer fra tjenesteyting, produksjon og renseanlegg m.v.”.
Definisjonen er så vidt vid og generell at det er vanskelig å foreta sikre beregninger av totale avfallsmengder. Avfall er videre delt opp i følgende kategorier:
• Forbruksavfall: Vanlig avfall, også større gjenstander som inventar og lignende, fra husholdninger, mindre butikker og lignende, og kontorer. Det samme gjelder avfall av tilsvarende art og mengde fra annen virksomhet.
• Produksjonsavfall: Avfall fra næringsvirksomhet og tjenesteyting, som i art eller mengde atskiller seg vesentlig fra forbruksavfall.
• Spesialavfall: Avfall som ikke hensiktsmessig kan håndteres sammen med forbruksavfall fordi det kan medføre alvorlige forurensninger eller fare for skade på mennesker eller dyr.
• Husholdningsavfall: Avfall fra private husholdninger.
• Næringsavfall: Avfall fra offentlige og private virksomheter og institusjoner.
• Kommunalt avfall: Alt avfall som håndteres innenfor kommunal renovasjon, dvs.
omtrent alt husholdningsavfall og store deler av næringsavfallet.
Forurensningslovens avfallsdefinisjoner er for øvrig foreslått endret, ref. St. meld. Nr. 8 1999-2000. I desember 1998 sendte Miljøverndepartementet ut et høringsnotat med forslag om å gi alle næringsdrivende ansvar for eget avfall, ved å endre forurensnings- lovens avfallsdefinisjoner. Forslaget innebærer at kommunene bare skal ha plikt til å ta seg av avfall fra husholdningene, mens alle næringsdrivende får ansvar for eget avfall.
Forslaget vil innebære at kommunenes plikt til å ha behandlingskapasitet for næringsavfall reduseres, og i større grad overlates til markedet. Forslaget vil medføre at en større del av den totale avfallsmengden unntas fra det kommunale ansvaret, og blir gjenstand for tilbud og etterspørsel. Det vil bli fremmet en lovproposisjon hvor detaljene i lovforslaget presenteres.
Behandlings- og mottaksanlegg for avfall må ha tillatelse fra forurensnings- myndigheten, hvor det stilles krav til miljømessig standard.
4.1.1 Konsesjonskrav for fyllplasser
Statens forurensningstilsyn (SFT) gav i 1994 nye retningslinjer til fylkesmennene for hvilke konsesjonskrav som burde stilles til fyllplasser. Disse innebærer en betydelig innskjerping i forhold til tidligere praksis. Kravene knytter seg bl. a. til sigevanns- og
4.1.2 Utslippstillatelse for forbrenningsanlegg
I henhold til forurensningsloven må det søkes om utslippstillatelse for store forbrenningsanlegg, og for mindre anlegg dersom forurensningsutslippene er av en slik størrelse eller farlighet at de medfører ”nevneverdige skader eller ulemper”. For å avgjøre når det sistnevnte gjelder, vil det alltid måtte brukes skjønn, og lokaliteten for anlegget vil da kunne være av avgjørende betydning.
Anlegg som alltid må ha utslippstillatelse er anlegg av alle størrelser som brenner avfall eller annet brensel der det er fare for utslipp av miljøgifter.
Anlegg som ikke trenger egen utslippstillatelse er oljeforbrenningsanlegg som er regulert i svovelforskriften.
Behovet for utslippstillatelse til biobrenselanlegg må vurderes for hvert enkelt tilfelle, bl. a. utfra lokaliteten og resipientens (omgivelsenes) tålegrense, og utslippstillatelse er sjelden nødvendig for mindre anlegg, mindre enn 4 MW, som er lokalisert utenfor tettbygd eller sterkt trafikkerte områder.
Utslippskrav til forbrenningsanlegg er basert på følgende fire brenselskategorier:
• ’Rene’ brensler: Naturgass, olje, kull og fast biobrensel (ved og treflis).
For ’rene’ brensler som anvendes i mindre forbrenningsanlegg (< 50 MW) gjelder norske utslippskrav fordi det ikke foreligger EU-direktiver.
• Avfall: Produksjonsavfall/bioavfall (forurenset flis og lignende), slam, biogass og kommunalt avfall.
For forbrenning av kommunalt avfall gjelder EU-direktiv 89/369 for nye anlegg og EU- direktiv 89/429 for eksisterende anlegg. Direktivene stiller bare konkrete utslippskrav for nye anlegg. Direktivene vil bli erstattet av nytt forbrenningsdirektiv for avfall.
Forbrenning av annet avfall i mindre forbrenningsanlegg (< 50 MW) omfattes av EUs forslag til avfallsforbrenningsdirektiv.
• Spesialavfall/farlig avfall: Gassformig, flytende og fast avfall.
Forbrenning av alt farlig avfall omfattes av EUs forslag til forbrenningsdirektiv for farlig avfall. Utslippsvilkår for både nye og eksisterende anlegg må tilpasses direktivet.
• Spillolje.
Forbrenning av spillolje kan kun skje etter tillatelse.
• Mindre forbrenningsanlegg (< 50 MW) basert på ’rent’ brensel (brensel som ikke er definert som avfall eller spesialavfall/farlig avfall).
EU har ikke utarbeidet direktiver for forbrenningsanlegg under 50 MW som er basert på annet brensel enn avfall. SFT har utarbeidet forslag til vilkår for nye anlegg som anbefales å gjelde inntil EU-direktiv blir vedtatt og gjennomført.
Det skal installeres kontinuerlig målende instrumenter eller tilrettelegges for manuell prøvetaking for å kontrollere at utslippsgrenser og innsatsbegrensninger i tillatelsen blir overholdt. Vilkår skal fremgå av tillatelsen. Uttatte prøver skal være representative.
Prøvetaking og analyse av alle forurensningskomponenter så vel som referansemålinger for å kontrollere automatisk måleutstyr, skal foretas i henhold til CEN-standarder (Comité Européen de Normalisation). Målesystem og prosedyrer skal være kvalitetssikret og skal inngå som del av virksomhetens internkontrollsystem. Alle måleresultater skal registreres, dokumenteres og kunne fremvises for SFT.
• Forbrenningsanlegg som benytter avfall og farlig avfall.
Avfall er i følge EU-direktivet for avfall definert som rester eller kontaminerte stoffer/materialer/produkter fra produksjon eller forbruk, kasserte stoffer/gjenstander og stoffer/produkter som det ved lov er forbudt å benytte. I praksis betyr dette at alle energibærere (brensel) som inngår i forbrenningsanlegg, unntatt ’rent’ brensel (se ovenfor) er definert som avfall.
4.1.3 Norske utslippskrav for biobrenselsanlegg
I skriv fra SFT vedrørende utslippskrav for biobrenselsanlegg, heter det som følger:
Utslippstillatelsen for virksomheter med biobrenselsanlegg basert på ’rent’ brensel, for eksempel bark og flis fra ubehandlet trevirke, kan variere selv om anleggene har lik effekt.
Utarbeidelse av en forskrift for små forbrenningsanlegg, vil bl.a. medføre at anlegg i samme størrelsesorden og med samme type brensel, vil få like utslippsgrenser og samme krav til utslippskontroll.
I dag eksisterer flere relativt gamle utslippstillatelser (fra 1970-tallet) for virksomheter med forbrenningsanlegg basert på ’rent’ biobrensel. Med ’rent’ biobrensel mener SFT for eksempel flis fra ubehandlet trevirke og bark. Det er ofte kun fastsatt en begrensning for støvutslippet. Utslippsgrensen for støv og krav til utslippskontroll er ikke i samsvar med dagens krav ved etablering av nye forbrenningsanlegg.
SFT er i gang med å utarbeide en forskrift som har til hensikt å regulere utslipp fra små og mellomstore forbrenningsanlegg, trolig anlegg med innfyrt effekt > 1 MW og < 50 MW. Forskriften vil omfatte flere typer forbrenningsanlegg. Av brenselstyper kan nevnes olje, kull, gass og ’rent’ biobrensel. Anlegg som forskriften vil omfatte, må tilfredsstille de krav som blir stilt m.h.p. utslippsgrenser for enkeltkomponenter som bl.a. støv, NOx , CO, SO2 .
SFT vurderer innføring av tre ulike grupper avfallsfraksjoner, hvor det vil bli stilt ulike krav ved forbrenning:
Kategori Type avfallsfraksjoner Krav
A Avfallsfraksjoner som i fysisk/kjemisk sammen- setning og forbrenningsegenskaper er tilnærmet likt rent trevirke.
Samme krav som for anlegg som forbrenner rent trevirke. Trolig utslippskrav til luft for støv, CO, NOx og SO2. B Avfallsfraksjoner med forbrennings- og miljø-
messige egenskaper som utgjør en mellomting mellom rent trevirke og blandet avfall.
Krav som er en mellom- ting mellom kategori A og C. Hvilke utslipps- parametre til luft det stilles krav til avgjøres på grunnlag av prøve- brenning.
C Avfallsfraksjoner med forbrennings- og miljø- messige egenskaper på samme nivå som for blandet avfall.
Samme krav som for anlegg som forbrenner avfall. Utslippskrav til luft for støv, HCl, HF, SOx, TOC, Hg, Cd, etc.
Forbrenning av avfall i kategori A vil trolig reguleres gjennom den nye fyringsforskriften som nå er under utarbeidelse. På sikt vil det avklares hvorvidt avfall i kategori B også skal reguleres gjennom en forskrift.
Når det gjelder utslippskrav for kategori B, understreker SFT blant annet følgende forhold: ’Det er et sentralt prinsipp for myndighetene at forbrenning av avfall i fastbrenselanlegg ikke skal føre til høyere utslippskonsentrasjoner enn ved forbrenning i avfallsanlegg. En prøvebrenning vil kartlegge utslippenes størrelse relativt til avfallsforbrenningskravene. Lave utslipp kan føre til bortfall av spesifikke krav – først og fremst måling og rapportering. En tilstrekkelig kvalitetssikring av avfallsbrenslet vil være en forutsetning for å kunne få forenklede krav.
4.2 Krav til drift av forbrenningsanlegg
Drift av forbrenningsanlegg i Norge krever særskilt tillatelse fra SFT. Tillatelsen skal omfatte samtlige forhold ved anlegget:
• installasjoner for mottak, lagring, forbehandling og forbrenning av avfall,
• behandling av restprodukter fra forbrenningen,
• systemer for tilførsel av brensel og luft,
• systemer for transport og rensing av forurensninger i luft- og vannutslipp,
• systemer og utstyr for kontinuerlig kontroll med forbrenningsprosessen,
• systemer for registrering av drifts- og utslippsforhold.
Den som driver forbrenningsanlegg, er ansvarlig for at anlegg og drift er innrettet med sikte på å unngå miljøskader gjennom hele prosesskjeden fra avfallsmottak til disponering av restavfall. Herunder ligger plikt til å drive prosessen slik at forbrenningen blir så fullstendig som mulig.
Likeledes foreligger plikt til å innhente nødvendige opplysninger om avfallsmengde og avfallskategori fra leverandør av avfall.
4.3 EU-direktiv for avfallsforbrenning
EU har utarbeidet forslag til nytt direktiv for forbrenning og samforbrenning (co- incineration) av avfall (juni 1999). I dette forslaget til direktiv er anlegg som kun forbrenner følgende avfallstyper, unntatt:
• ’vegetable waste’ fra jordbruk og skogbruk,
• ’vegetable waste’ fra matvareproduserende industri,
• ’wood waste’ med unntak av avfall som kan inneholde ’halogenated organic compounds’ eller tungmetaller som følge av behandling, og behandlet trevirke med opprinnelse fra bygnings- og rivningsavfall.
Tilsvarende gjelder direktivet heller ikke for anlegg som brenner mindre enn ti tonn avfall om året, med unntak av husholdningsavfall.
Tabell 1 Grenseverdier for utslipp til luft i henhold til forslaget om EU direktiv for forbrenning av avfall, (EU, 1999).
Grenseverdier for utslipp til luft Forurensende stoff
Døgnmiddel Halvtimes-middel
Samlet støvmengde 10 mg/Nm 3 30 mg/Nm3
Karbonmonoksid, (CO) 50 mg/Nm3
Gassformige og dampformige organiske stoffer, uttrykt som samlet organisk karbonmengde, (TOC)
10 mg/Nm3 20 mg/Nm3
Hydrogenklorid (HCl) 10 mg/Nm3 60 mg/Nm3
Hydrogenfluorid (HF) 1 mg/Nm3 4 mg/Nm3
Svovldioksid (SO2 ) 50 mg/Nm3 200 mg/Nm3
Nitrogenmonoksid (NO) og nitrogendioksid (NO2), uttrykt som nitrogendioksid for eksisterende forbrenningsanlegg med en kapasitet på over 3 tonn i timen eller for nye forbrenningsanlegg, (NOx). [ eksisterende anlegg < 3 tonn]
200 mg/Nm3 [400 mg/Nm3]
400 mg/Nm3
Kadmium og kadmium-forbindelser uttrykt som kadmium, (Cd).
Thallium og thallium-forbindelser uttrykt som thallium, (Tl).
Totalt 0.05 mg/Nm3
Totalt 0.1 mg/Nm3
Kvikksølv og kvikksølvforbindelser uttrykt som kvikksølv, (Hg).
0.05 mg/Nm3 0.1 mg/Nm3
Antimon og antimon-forbindelser uttrykt som antimon, (Sb).
Arsenikk og arsenikk-forbindelser som arsenikk, (As).
Bly og blyforbindelser uttrykt som bly, (Pb).
Krom og kromforbindelser uttrykt som krom, (Cr).
Kobolt og kobolt-forbindelser som kobolt, (Co).
Kobber og kobberforbindelser som kobber, (Cu).
Mangan og manganforbindelser som mangan, (Mn).
Nikkel og nikkelforbindelser som nikkel, (Ni).
Vanadium og vanadium-forbindelser som vanadium, (V).
Totalt 0.5 mg/Nm3
Totalt 1 mg/Nm3
Dioksiner og furaner 0,1 ng/Nm3
Forslaget til EU-direktiv gir også grenseverdier for utslipp gjennom spillvann fra eventuell røykgassrensing, og stiller høye krav med hensyn til målinger og dokumen- tasjon av utslippsnivå.
I Norge omtales organisk ikke-fossilt materiale av biologisk opprinnelse normalt for biomasse. Dette er en videre definisjon enn det EU legger til grunn. I Norge arbeides det med en noe mer fleksibel løsning når det gjelder utslippskrav ved forbrenning av biomasse. Her er det et overordnet mål å øke energiutnyttelsen fra avfall. SFT har uttalt at det er et mål for myndighetene at utsorterte avfallsfraksjoner (trevirke, papir, plast og muligens tekstiler) skal kunne forbrennes i fastbrenselsanlegg.
5 Biobrensel
5.1 Forbrenningssystem for biomasse
Hovedfunksjonene i et forbrenningssystem for biomasse kan beskrives som følger:
• Fullstendig forbrenning av karbon.
• Separasjon av aske og gasser.
• Energigjenvinning.
• Reduksjon av NOx .
Utslippene fra forbrenning av biomasse kan inndeles som følger:
• Utslipp som hovedsakelig påvirkes av forbrenningsutstyret og forbrennings- prosessen, i.e. design og drift av forbrenningssystemet, uforbrente komponenter som kan unngås ved fullstendig forbrenning: CO, HC, PAH, NOx, etc.
• Utslipp som hovedsaklig er påvirket av egenskaper ved brenselet, i.e. utslipp som formes av elementer som finnes i biomassen: NOx fra N, HCl fra Cl.
Tabell 2 Hovedkategorier av utslipp fra forbrenning av biomasse
Komponent, Brensel Utslipp
Uforbrente komponenter (kun biomasse): CO, HC, Tjære, PAH, partikler Oksiderte komponenter (kun biomasse): NOx, N2O, CO2 i enkelte tilfeller Fra biomasse som inneholder Cl og S: HCl, SO2
Avfalls- og rivningsvirke: salter (KCl, K2SO4, NH4Cl, etc.)
Aske: partikler
Biomasse som inneholder tungmetaller
(avfalls- og rivningsvirke): Pb, Zn, Cd, Cu, Cr, etc.
Jomfruelig biomasse (lavt innhold av Cl): PCDD/F (lave konsentrasjoner) Avfalls- og rivningsvirke (høyt innhold av Cl): PCDD/F (høye konsentrasjoner)
5.2 Brensel og brenselskvaliteter
Ulike forbrenningssystemer krever ulike brenselskvaliteter. Kvalitetsfaktorene for brensler kan inndeles i to grupper, påvirkbare faktorer og upåvirkbare faktorer.
For å kunne velge ’rett’ brensel må en kunne måle og vurdere brenselets viktigste egenskaper.
Påvirkbare brenselsfaktorer er som følger:
• Fuktighetsinnhold.
• Effektiv varmeverdi.
• Andel finfraksjon.
• Fraksjonsstørrelse.
• Fastmassevolum.
• Mikroorganismer.
• Forurensninger.
Upåvirkbare faktorer er som følger:
• Tørr-/rådensitet.
• Kjemisk sammensetning.
• Kalorimetrisk varmeverdi.
• Naturlig askeinnhold.
Kvalitetsfaktorene knyttet til biobrensel påvirkes blant annet av:
• Råstoffet/brenselets opprinnelse.
• Eventuelle tilsatsmidler.
• Produksjonsmetode.
• Håndteringen av brenselet.
• Fuktighetsinnhold og klima.
5.3 Brenselets fysiske egenskaper og kjemiske innhold
I det følgende vil vi kort beskrive det aktuelle innholdet i brenslene vi diskuterer. Vi kommer inn på innhold både av energi og kjemisk sammensetning. Vi definerer en del sentrale begreper og kommer inn på parametere som er viktige med hensyn til brenselets kvalitet.
5.3.1 Viktige parametere for bestemmelse av brenselskvalitet
5.3.1.1 Mengdemål
Mengden brensel beskrives gjerne gjennom egenvekt eller bulkvekt. Egenvekten, som også kalles vekten av et fast volum, er vekten av den enkelte brenselenhet delt på dens volum. Bulkvekten, eller vekten av et løst volum, er vekten per kubikkmeter brensel.
5.3.1.2 Brennverdi og energiinnhold
Energiinnholdet i brenselet er definert gjennom dets brennverdi. Her opereres det med flere størrelser. Øvre brennverdi svarer til den totale energimengde som produseres ved oksidasjon av brenselet, i form av varme og fordampning. Nedre brennverdi er lik øvre brennverdi fratrukket fordampningsenergien til vannet som produseres i oksidasjons- prosessen. Effektiv brennverdi er lik nedre brennverdi fratrukket fordampningsenergien som går med til å tørke ut fuktigheten i brenselet. (Her er det verdt å merke seg at dersom dampen i avgassenene kondenseres i kjelsystemet, så vil man kunne oppnå meget høy effektivitet i energiutnyttelsen.).
Energiinnhold i en leveranse blir produktet av effektiv brennverdi og mengde brensel.
Energitetthet er gitt som energiinnhold delt på volum.
Tabell 3 Bulkvekt, effektiv brennverdi og energiinnhold per volumenhet av biobrensler (tallene er hentet fra Bioscanprosjektets rapport P9)
Brensel Bulkvekt
(kg/m3)
Effektiv brennverdi (kWh/kg)
Energiinnhold per volumenhet
(kWh/m3)
Skogsflis 300-330 2,3 – 3,5 690 – 1155
Bark og sagflis 250 2,3 575
Pellets 700 4,6 3220
Briketter 650 4,6 2990
5.3.1.3 Fuktighet
Brenselets fuktighet kan angis som vanninnhold i prosent av tørrvekt, eller vanninnhold i prosent av råvekt (dvs. totalvekt). Vi vil i det følgende anvende sistnevnte definisjon.
Fuktigheten reduserer, som nevnt tidligere, brenselets effektive energiinnhold. Dette skyldes at tørkeprosessen er energikrevende, og så lenge det er fuktighet i brenselet, vil fordampningen motvirke en videre temperaturøkning. Dersom man skal kunne utnytte brenselet må derfor nedre brennverdi være betydelig større enn energimengden som går med til å fordampe vanninnholdet i brenselet. Denne differansen er, som tidligere nevnt, brenselets effektive brennverdi og angis i kWh per kilo brensel. For trevirke vil teoretisk effektiv brennverdi være null når fuktighet er over ca. 88%. Den praktiske grensen ligger betydelig lavere. For større anlegg bør brenselmiksen ha en fuktighet på mindre enn 65%, mens det for mindre anlegg gjerne vil kreves en fuktighet på mindre enn 30-45%. (Bioscan, 1997:P9.
Tabell 4 Fuktighetsinnhold i ulike brensler (Bioscan,1997:P9)
Brensel Fuktighet
(%)
Skogsflis 30 – 50
Bark og sagflis 50
Pellets 8 – 12
Briketter 8 – 12
5.3.1.4 Askeinnhold
Asken er det som er igjen etter en fullstendig forbrenning, og består derfor av ikke brennbare bestanddeler. Et høyt askeinnhold kan derfor indikere lavt energiinnhold, men her vil fuktigheten også spille stor rolle. Det skilles gjerne mellom naturlig askeinnhold og aske som skyldes forurensninger i brenselet.
Askemengden varierer i betydelig grad avhengig av brensel. Endringer i brenselets askemengde vil kunne skape problemer mht. askeutmating. Store askemengder kan virke isolerende mht. varme og luftsirkulasjon og dermed påvirke forbrenningen, og vil kunne gi et økt bemanningsbehov.
Asken vil kunne inneholde verdifulle mineraler, og kan være et godt jordforbedrings- middel. Dersom brenselet inneholder tungmetaller eller lignende, vil disse gjerne forbli i asken, og kan i verste fall medføre at den må behandles som spesialavfall.
Evnen til å absorbere partikler og dråper av metaller m.m. gjør at dersom røykgassene renses for flyveaske, vil man samtidig oppnå betydelige reduksjoner i utslipp av eventuelle metaller. Unntaket er i hovedsak kvikksølv som er meget flyktig, og derfor vil unnslippe i gassform.
5.3.1.5 Askesmeltepunkt
Ved tilstrekkelig høy temperatur vil asken smelte. Dette gir slaggdannelse og sintring som kan skape problemer knyttet til forbrenning, automatisk askeutmating og varme- veksling.
Smeltepunktet for askefraksjonene i et brensel vil være avhengig av brenselets sammensetning. Høye smeltepunkt for fraksjonene isolert sett, er ingen garanti for at blandingsprodukter vil ha tilsvarende høye verdier. Den eneste praktisk anvendbare måte å finne askesmeltepunktet for en brenselsammensetning er å foreta målinger på en prøve av brenselet. Til dette brukes helt standardiserte målemetoder. Ref: [Bioscan, 1997:1].
Slaggdannelse som følge av smeltede askefraksjoner vil kunne skade lufttilførsels- systemet gjennom tetting av dyser. Tilsvarende kan askeutmatingssystemet tettes eller ta fysisk skade.
Sintring oppstår når temperaturen i flyveasken blir så høy at den blir klebrig og bygger opp et belegg på overflater. Dette kan skape problemer for eksempel i kjelen, da belegget vil ha en isolerende virkning, (SFT, 1995).
Tabell 5 Brutto energiinnhold i ulike energibærere
Brensel Typisk
fuktighet (vekt%)
C
(karbon) (vekt%)
H
(hydrogen) (vekt%)
Brutto energi- innhold (MJ/kg)
Brutto energi- innhold (kWh/kg) Faste brensler
Kull 0 74,2 4,8 27,14 7,54
Torv 10 54,5 5,6 17,55 4,87
Ved 20 51,8 6,1 15,15 4,2
Pellets/briketter 10 50,0 6,0 17,02 4,73
Skogsflis (inkl.
bark)
40 51,0 5,8 10,58 2,94
Flytende brensler
Parafin 0 86,1 13,8 43,23 12,01
Fyringsolje 1&2 0 86,4 13,4 42,82 11,89
Tungolje 0 87,8 11,2 40,92 11,37
Gassformige brensler
Metan (CH4) 0 75,0 25,0 50,0 13,89
Propan (C3H8) 0 81,8 18,2 46,34 12,87
Naturgass 0 74,7 23,7 46,97 13,05
5.4 Brenselets fysiske utforming
Fysisk utforming av brenselet er avgjørende for hvordan brenselet lagres, transporteres og forbrennes. Anlegg i den størrelseskategorien vi fokuserer på vil primært være konstruert for fyring med flis, briketter eller pellets. I tillegg til disse tradisjonelle brenselutformingene vil vi her også nevne maksipellets, som anvendes av Organic Power, og bør kunne bli et brenselprodukt der fleksibiliteten med hensyn til innhold er meget stor.
5.4.1 Flis
Flis er en fellesbetegnelse som omfatter en rekke forskjellige brensel basert på trevirke.
Flistype klassifiseres gjennom råvaretype og fuktighet, og noen eksempler er:
Skogsflis hogstavfall, topper, lauvtrevirke m.m.
Heltreflis bare hele trær ekskl. stubber
Stubbflis Stubbevirke
Rå sagflis/skursagflis/sagspon biprodukt ved saging av tømmer
Rå industriflis/celluloseflis produsert av avkapp fra saging av tømmer til plank Tørr sagflis/kløyvsagflis restprodukt fra saging av tørket virke
Avkappflis/tørr industriflis produsert på avkapp fra tørket virke Kutterflis/kutterspon biprodukt fra høvling av trevirke
Bark biprodukt når tømmeret barkes
Fuktigheten på rå flis vil ligge på omtrent 45-55%, mens den defineres som tørket når fuktinnholdet er under 30% (Bioscan,1997:P9).
Dimensjonen på flis kan i stor grad variere, og defineres i Bioenergiguiden, (Nobio, 1996), som trebrensel der hoveddelen av materialet har største mål mellom 5 og 50 millimeter. De skiller også mellom fin og grov flis ved en størrelse på henholdsvis over og under 15 millimeter. (I denne definisjonen vil sagflis falle utenfor og klassifiseres som pulver eller spon).
Effektiv brennverdi for rå flis vil ligge i overkant av 2,5 kWh/kg (45% fuktighet). I prosjektet Kvalitetssikring og miljøkrav ved energiutnyttelse av brensel fra sortert avfall, ble energiinnholdet i tørr flis, (25,6% fuktighet) målt til ca 3,7 kWh/kg. Prisen for flis kan i følge KanEnergi AS forventes å ligge på 5-15 øre eksklusive MVA per tilført kWh, som omtrent svarer til 13-38 øre/kg for fuktig flis, 19–56 øre/kg tørr flis, (Jørgensen, 1997).
5.4.2 Produksjon av flis
Restprodukter fra sagingen av tørket virke kalles tørr sagflis. Avkappet fra tørket virke flises og kalles avkappflis eller tørr industriflis. Kutterflis er biprodukter fra høvling av trevirke i høvlerier og sagbruk.
Produksjonsmetoden for flis er forskjellig i skogbruk og industri. Brukerne av flis har dessuten forskjellige krav til flisstørrelse og renhet på flisa. De råvarene som ikke allerede tilfredsstiller kravene til ønsket flisstørrelse, kappes i en flishogger.
Det finnes flere ulike flishoggere på markedet. Innmatingsåpningen for flishoggere er vanligvis < 15-25 cm i diameter, men det er også levert fliskuttere med innmatings- diameter på opptil 40-50 cm. Det finnes både stasjonære og mobile hoggere.
Flishoggeren er vanligvis utstyrt med skivehogger eller trommelhogger. Flishoggeren er enten utstyrt med vifte, eller trommelen fungerer som en vifte slik at flisa slynges ut av kutteren og over i en lagringstank, lasteplan, e.l.
Fuktig, grovkvernet trevirke har flere ulemper ved håndtering og forbrenning. Høy fuktighet på brenselet reduserer forbrenningen og øker problemene med muggsopper og isklumper. Grove fraksjoner øker driftsproblemene i siloer og mateutrustning. Ved å tørke brenselet unngår man noen av disse problemene samtidig som energitettheten øker.
Foredling og raffinering av trevirke til brensel har som formål å gjøre brenselet bedre egnet til transport, lagring og forbrenning. Store forbrenningsanlegg kan benytte helt uforedlet brensel, mens foredlingsgraden som oftest øker med minkende anleggs- størrelse. Foredlingen kan bestå av en eller flere enhetsoperasjoner som:
• Grovkverning.
• Sikting.
• Magnetseparering.
• Finkverning.
• Tørking.
• Vindsikting.
• Brikettering.
• Pellettering.
Kverning av flis fra bygge- og riveavfall utføres på en rekke anlegg. Trevirke blir gjerne sortert ut på de fleste fyllplasser før de blir lagret og kvernet før salg. Det brukes avfallsflis i flere større norske biobrenselanlegg tilknyttet prosessindustrien. Mye flis blir også eksportert til Sverige.
5.4.3 Produsenter av flis
I Norge er der en rekke firmaer på næringsavfallsiden som samler inn avfallsvirke, bl.a.:
• Norsk Gjenvinning Oslo AS.
• Miljøtransport AS.
• Ragn Sells AS.
• Fransefoss Gjenvinning AS.
• Wilhelmsen & Sønner AS.
Skogsflis leveres direkte fra skogeierne, og forespørsel om leverandører kan stilles til de lokale skogeierforeningene.
Registrerte leverandører hos Norsk Bioenergiforening er som følger:
Flis
Bergene Holm A/S Drevsjø Trelast A/S
Energigården, Eidsalm Gård Glåmdal Bioenergi AS
Hunton Fiber AS, avdeling Gjøvik Hålogaland Ressursselskap
Mandal Industrier A/S Miljøtransport
Vestviken Skogeierforening Rivningsvirke
Glåmdal Bioenergi AS
Håkon Lunde Containertransport Hålogaland Ressursselskap
Søndre Vestfold Avfallsselskap Vestfold Gjenvinning AS Wilhelmsen & Sønner AS.
5.4.4 Briketter
Briketter er i henhold til Bioenergiguidens definisjon, sylindriske eller rektangulære brikker av sammenpresset finfordelt materiale. De produseres gjerne i stempelpresser og har en diameter eller bredde på over 25 millimeter. Dersom tverrsnittet er kvadratisk kalles de gjerne for kuber. Vanlig diameter ligger gjerne i området 50-75 millimeter, og lengden kan variere fra noen få cm og opp til 20. Briketter brukes normalt i anlegg med automatisk fyring, men de kan også anvendes som erstatning for ved.
Fuktigheten til briketter vil være betydelig lavere enn for flis, og ligger gjerne på ca. 8- 12%.
5.4.5 Produksjon av briketter
Produksjon av trebriketter er en videreforedling av treflis. Brikettene produseres vanligvis av et grovkværnet materiale, sagspon og flis, tørket til en fuktighet på ca.
10%. Deretter presses råstoffet med et stempel gjennom en sylinder slik at den komprimeres. Brikettene kan også komprimeres ved at materialet presses i en konisk formet skrue (extruksjonspresse) eller i en ringmatrise på liknende måte som ved pellets framstillingen. Det er ikke nødvendig med noe bindemiddel fordi treets eget lignin er nok for å holde briketten sammenpresset.
I motsetning til flis produseres briketter alltid i stasjonære anlegg. Råvarene i brikettene bestemmer hvor mye teknisk utstyr som er nødvendig. Råvarer til brikettering kan være bark, kutterspon, sagflis, løvtreflis/tynningsvirke eller skogsavfall.
Kutterspon og tørrsagflis er tørre og oppmalte råvarer, og kan derfor presses direkte. De andre råvaretypene må oppmales og homogeniseres, tørkes og eventuelt kuttes til mindre flis.
5.4.6 Produsenter av briketter
Registrerte leverandører hos Norsk Bioenergiforening er som følger:
BIO-EL Bioenergi AS Boen Bruk Energi AS Lamitech
Løvenskiold-Vækerø
Miljønettverk Norge Miljøtransport Norbio Energi as Norsk Gjenvinning A.S Shell Renewables AS Trønderbark
5.4.7 Pellets
Pellets er korte sylindriske brikker fremstilt av sammenpresset finfordelt materiale, og har en diameter på mindre enn 25 millimeter (Nobio, 1996).
Pellets på det skandinaviske markedet ligger i dag normalt på mellom 5 og 12 millimeter i diameter. Dette gir dem den egenskapen at de vil renne ut av en silo med konisk bunn, og dessuten lett kan transporteres ved hjelp luft. Pellets er derfor et meget letthåndterlig brensel, noe som har konsekvenser for kostnadene knyttet til brensel- transport i forbrenningsanlegget. I likhet med briketter vil fuktigheten ligge på omtrent 8-12%
5.4.8 Produksjon av pellets
Produksjonsmetodene er i stor grad tilpasset råstoffsituasjonen i de områdene anleggene er lokalisert.
Et produksjonsanlegg for pellets til brenselformål består av følgende hovedkompo- nenter:
• Råvaremottak og eventuelt forbehandling.
• Avvanning og tørking når råstoffet er fuktig.
• Partikkelreduksjon.
• Pellettering.
• Ferdigvarehåndtering.
Råvaremottakets hovedrolle er å ta imot råstoff, fjerne fremmedlegemer, homogenisere og dosere det inn i produksjonsanlegget. Råstoffsammensetningen og tilgangen på
5.4.9 Produsenter av pellets
Registrerte leverandører hos Norsk Bioenergiforening er som følger:
Bioenergi AS
Cambio Bioenergi Vestmarka AS Frya Bioenergi AS
Statoil Norge AS Vaksdal Biobrensel AS Vi-Tre AS
5.4.10 Produsenter av andre foredlede biobrensler
Registrerte leverandører hos Norsk Bioenergiforening er som følger:
Borregaard Industries Limited Hålogaland Ressursselskap Miljønettverk Norge Neskraft AS
Nord-Jarlsberg Avfallsselskap ANS Norsk Gjenvinning A.S
Rognan Bioenergi AS
Søndre Vestfold Avfallsselskap
5.4.11 Produsenter av avfallsbasert pellets og briketter
Det er få brenselprodusenter som benytter avfall som råstoff i produksjonen av pelleter og/eller briketter. Det er idag 6 virksomheter på landsbasis som anvender sortert avfall til brenselproduksjon. Disse er:
• Miljøtransport AS – briketter.
• Norsk Gjenvinning Oslo AS – kuber.
• Neskraft/Nes resirkulering AS – kuber.
• Vestnes renovasjon – briketter.
• Vik kommune – briketter.
• Vi-Tre AS – pellets.
5.4.11.1 Miljøtransport AS
Miljøtransport AS i Oslo har etablert et anlegg for brikettering av trevirke fra engangs- paller. Annet avfallsvirke har vært forsøkt, men anlegget er relativt følsomt for endringer i råmaterialet. Plast og metall må derfor minimeres. Pallene som kommer inn til anlegget sorteres manuelt for eventuelt impregnert og malt trevirke, samt plast og bygningsplater (spon, m.v.). Pallene blir deretter kvernet og metall fraskilt. Kvernet flis går via et syklonanlegg til pressing. Det tilsettes vann og litt bindemiddel (lignin).
Brikettene selges primært til Sverige, men skal nå prøves ut ved det nye fastbrensel- anlegget på Sogn videregående skole.
5.4.11.2 Norsk Gjenvinning Oslo AS
Norsk Gjenvinning har et anlegg for produksjon av kuber fra sortert brennbart avfall.
Ulike avfallsråstoffer er benyttet i anlegget, men i dag produseres det brensel av innsamlet papp og papir. Det er lite annet avfall i råstoffet, men tilfeldig plast som emballasje rundt reklamemateriale og plastposer følger med. Råstoffet passerer grovkvern og hammermølle, tilsettes vann og presses til kuber uten oppvarming.
Produktet brennes idag i større ovner bl.a. Norske Skogindustrier Follum. Produksjons- kapasitet ca. 15.000 tonn/år.
5.4.11.3 NesKraft AS
NesKraft har et anlegg tilsvarende anlegget til Norsk Gjenvinning. Virksomheten omfatter også Nes Resirkulering AS som samler inn og mottar næringsavfall fra Nes på Romrike, samt ’ryddeavfall’ fra husholdninger. Avfallet blir først sortert på plate (grabb), deretter blir brennbart materiale manuelt utsortert for videre behandling.
Behandlingen omfatter kverning og utskilling av metall. Råstoffet går sammen med kildesortert papp/papir til produksjon av kuber ved NesKraft. Brenselet består av 5-20%
plast, 10-15% trevirke og resten papp/papir. Produksjonskapasitet er 10 – 15 000 tonn/år.
5.4.11.4 Vestnes Renovasjon AS
Vestnes renovasjon AS har etablert et briketteringsanlegg for rent trevirke, papp/papir og sortert rivningsvirke fra sorteringsanlegg i kommunen. Anlegget er nyetablert og i innkjøringsfasen. Anlegget produserer mellom 0,5–1,0 tonn briketter per time basert på 60% trevirke og 40% papir. Brikettene leveres til Hellandsheimen som betaler 55 kr per sekk (20 kg). Dersom reint trevirke leveres grovt fliset og magnetbehandlet tas dette
5% trevirke. Bakgrunnen for dette er mangel på tilstrekkelig tørt trevirke. Det er også til dels problemer med å få tørt nok papir. Leverandører av papir betaler 310 kr per tonn.
Brikettene som produseres anvendes i eget fyringsanlegg.
5.4.11.6 Vi – Tre AS
Vi – Tre AS på Røros produserer pelleter (hovedsakelig 6 mm) fra grovflis (20%) og fra tørr kutterspon (80%). Målet er å komme opp i 50-60% grovflis og resten kutterspon.
Grovflisa må være fra såkalt hvitt trevirke, i.e. paller og kapp fra bygningsindustri, og ikke forskalingsmateriale som viser seg å inneholde for mye sementstøv og sand (dette gir slaggdannelse). Trevirket blir kvernet i en hammermølle og presset uten tilsetning av bindemiddel. For kutterspon betales 450 kr / tonn levert lager. Pelletene koster mellom 750 – 950 kr per tonn. Anlegget produserer 1000 tonn pelleter per år.
5.4.12 Maksipellets
Maksipellets er i praksis en pakke av brensel pakket i plast. Volumet i størrelsesorden 1m3 og vekt på 430-700 kg, anvendes i dag av Organic Powers anlegg. Denne måten å behandle brenselet på sies å være gunstig mht. lukt og fuktighet, og gir stor fleksibilitet med hensyn til brenselets innhold. (Multienergi, 1999).
5.5 Brensel av utsorterte avfallsfraksjoner – resultater fra PIL-prosjektet
I dette prosjektet ser vi på muligheten for energiutnyttelse av utsorterte avfalls- fraksjoner, og har begrenset oss til trevirke, papir, papp og plast. Disse fraksjonene var også gjenstand for omfattende analyser i PILs prosjekt Kvalitetssikring og miljøkrav ved energiutnyttelse av brensel fra sortert avfall. Der ble følgende råstoff brukt i produksjonen av brensel:
Råvare
Brensel 1 Kildesortert rent trevirke Brensel 2 Sentralsortert rent trevirke Brensel 3 Sentralsortert blandet trevirke Brensel 4 Sortert papir fra husholdninger Brensel 5 Sortert papir fra næringer Brensel 6 Sortert plast fra husholdninger Brensel 7 Sortert plast fra næringer
5.5.1 Aktuelle kjemiske komponenter
Basert på data fra PILs prosjekt gir vi her en oversikt over de enkelte fraksjonenes viktigste kjemiske innhold.
Biobrensel består i hovedsak av grunnstoffene karbon, oksygen, og hydrogen. Disse elementene utgjør gjerne i størrelsesorden 90-99% av brenselets innhold, målt i vektprosent, og er de viktigste fraksjonene mht. øvre og nedre brennverdi.
De øvrige elementer kan være nitrogen, svovel, klor, metaller m.m. og det er hoved- sakelig dette innholdet som vil være avgjørende for hvilken renseteknologi som kreves.
5.5.1.1 Klor, svovel, nitrogen
Klor, svovel og nitrogen vil ved forbrenning danne sure gasser som eventuelt vil kreve avansert røykgassrensing dersom de skal fjernes. Klor- og svovelforbindelser er avhengige av brenselets sammensetning, mens nitrogenforbindelsene også kan dannes med utgangspunkt i luftens innhold av nitrogen.
Nitrogeninnholdet i trevirke, plast, papp og papir er generelt lavt, men de høyeste andelene kan forventes å finnes i trebrenslene. Problemer med nitrogenutslipp må derfor hovedsakelig forventes som følge av høye temperaturer, og kan oppstå dersom brennverdien til brenselet varierer uten at det kompenseres tilstrekkelig for dette i reguleringen av forbrenningen.
Klor kan danne ulike klororganiske forbindelser avhengig av forbrenningsprosessen, eksempelvis dioksiner. Klorinnholdet i plastbrensel kan raskt bli høyt dersom det inneholder fraksjoner av PVC.
Svovelinnholdet i de aktuelle avfallsfraksjonene vi ser på er lavt. Noe svovel finnes det likevel, spesielt i papir. Med de forholdsvis strenge utlippsgrensene for SO2 foreslått av EU, se Tabell 1, ser det ut til at forbrenning av rent papir vil kunne kreve rensing av svovelutslipp. Normalt vil imidlertid papiret gjerne brennes sammen med annet brensel, noe som reduserer utslippene totalt sett.
5.5.1.2 Andre komponenter (metaller)
Kvikksølv (Hg)
Kvikksølv er et meget flyktig tungmetall, som kan finnes i maling, og i elektroniske komponenter i plastfraksjonen :
Bly (Pb) er et forholdsvis flyktig metall, og den største kilden til bly i produkter er i dag blybatterier/-akkumulatorer. Bly finnes også i produkter som maling og lakk, kappen på elektriske kabler, fiskeredskaper, plast, glass, eldre taktekking, gamle avløpsrør, sprosser i blyglassvinduer, lodd på bilhjul og i gardiner, metalliske produkter brukt i verkstedindustrien og byggebransjen.
Mangan (Mn) er et tungmetall som brukes som tilsetning til jern og i legeringer, samt i fargepigmenter.
Antimon (Sb) finnes hovedsakelig i legeringer med bly, men har også vært brukt i pigment og i plast.
Arsen (As) er et flyktig halvmetall. Kilder til utslipp er produkter som impregnert trevirke, kunstgjødsel, messing, blyhagl, glassvarer og biostabilisatorer.
Kobber (Cu) er et stadig mer brukt metall, og anvendes i elektriske produkter, legeringer og bygningsmaterial. Kobberforbindelser brukes i impregnering av trevirke, og som pigmenter i maling.
Kobolt (Co) er et forholdsvis sjeldent metall som primært benyttes i legeringer og fargepigmenter.
Krom (Cr) er et lite flyktig metall, og anvendes sammen med arsen og kobber til impregnering av trevirke, og har også blitt brukt som fargepigment.
Nikkel (Ni) er et lite flyktig metall som primært benyttes til legeringer og korrosjons- beskyttelse.
Vanadium (V) Vanadium er et lite flyktig metall som primært benyttes i legeringer sammen med jern.
Sink (Zn) er et forholdsvis flyktig metall, og benyttes primært i legeringer, samt som korrosjonsbeskyttelse, men også som fargestoff og stabilisator i plast.
Referanser: (Wormstrand,1999:2).
5.5.2 Trevirkeavfall (brensel 1, 2 og 3)
Rent trevirke besto i følge PILs analyser av omtrent 50% karbon, vel 40% oksygen, i overkant av 5% hydrogen, samt en restfraksjon på mindre enn 5%. Karbon og hydrogen er de viktigste fraksjonene med hensyn til energiproduksjon.
5.5.2.1 Brensel 1: Kildesortert rent trevirke
Brensel 1 er briketter produsert av Miljøtransport AS basert på kildesorterte engangs- paller primært fra linjegods og utgjør det reneste av trebrenslene. Brenselet er ettersortert manuelt på produksjonsanlegget før brikettering. For brensel 1 har både kildesorteringen og sentralsorteringen vært innrettet på å få fram rent trevirke uten innblanding av overflatebehandlet/malt eller impregnert trevirke og ulike bygnings- plater av tre.
Brenselanalysene viser at dette brenselet har et lavt innhold av både tungmetaller og sure komponenter. Det er det reneste av alle trebrenslene med unntak for bly.
5.5.2.2 Brensel 2: Sentralsortert rent trevirke
Brensel 2 er løst kvernet trevirke fra sentralsortert rent trevirkeavfall produsert av Norsk Gjenvinning Oslo AS. Utgangspunktet for produksjonen er en blanding av kildesortert og sentralsortert blandet trevirkeavfall som også omfatter bygningsplater, malt tre, osv., men ikke impregnert trevirke. For å produsere brensel 2 er rent trevirkeavfall (ikke malt, ikke bygningsplater osv.) utsortert maskinelt. Framstillingen skjer ved at rent trevirke (paller, bjelker, plank, bord og lister) ble positivt sortert ut med klo fra blandet trevirkeavfall.
Brenselanalysene viser at det i brensel 2 er høyere innhold enn i brensel 1 av komponentene nitrogen og svovel, kadmium, arsen, antimon, kobolt, krom, kobber, sink, nikkel, og vanadium. Spesielt fremtredende er dette for arsen, krom, kobber og vanadium. Innholdet av arsen, krom og kobber indikerer at det er et betydelig innslag av impregnert trevirke i brenselet.
5.5.2.3 Brensel 3: Sentralsortert blandet trevirke
Brensel 3 er løst kvernet trevirke fra sentralsortert blandet trevirkeavfall produsert av Wilhelmsen & Sønner. Utgangspunktet for produksjonen er en blanding av kildesortert og sentralsortert blandet trevirkeavfall som også omfatter bygningsplater, malt tre, osv., men ikke impregnert trevirke. Brensel 3 ble delvis sortert ut ved kilden i form av blandet trevirkeavfall og delvis utsortert fra blandet næringsavfall i sentralsorterings- anlegg. Brensel 3 omfatter også bygningsplater og malt trevirke.
Dette brenselet hadde det høyeste innholdet av nitrogen, mangan, sink og nikkel av alle testbrenslene. I likhet med brensel 2 var også innholdet av arsen høyt. Innholdet av arsen, krom og kobber indikerer at det er et betydelig innslag av impregnert trevirke i brenselet, men ikke i samme grad som for brensel 2.
5.5.3 Papiravfall (brensel 4 og 5)
Papir har mindre enn 45% karboninnhold, oksygen utgjør omtrent 40%, hydrogen ca.
5% og restfraksjonen rundt 10%.
5.5.3.1 Brensel 4: Sortert papir fra husholdninger
Brenselet hadde det høyeste innholdet av thallium, men innholdet er meget lavt for alle brenslene, inkludert brensel 4. Innholdet av kobber er imidlertid forholdsvis høyt, og må sannsynligvis kunne tilskrives pigmenter i papiret. Innholdet av bly er lavt i brensel- analysene, men høyt i forbrenningstestene PIL gjennomførte. Dette tyder på feil i målingene i brenselanalysene.
5.5.3.2 Brensel 5: Sortert papir fra næringer
Brensel 4 er kuber produsert av NesKraft AS fra sortert papp/papir fra næringer.
Papp/papiravfallet fra næringer følger to avfallsstrømmer hvor den ene strømmen kommer fra positiv utsortering av blandet papp/papir ved kilden, mens den andre strømmen kommer fra innsamling av papiravfall sammen med papp/papir utsortert fra annet næringsavfall i sentralt sorteringsanlegg. Kildene er i begge tilfeller forretninger, bygg- og anleggsvirksomhet, industri, osv.
Brenselanalysene viser at brensel 5 skiller seg fra brensel 4 ved å ha et betydelig høyere innhold av klor, svovel, kvikksølv, kadmium, bly1 sink og vanadium.
5.5.4 Plastavfall
Plast har en karbonfraksjon på ca 80%, en hydrogendel på mellom 10 og 15%, oksygendel nær 5%, og en rest på mindre enn 5%, nær null for enkelte plasttyper. og brennverdiene til brensel basert på plast ligger som følge av den høye karbon og hydrogenandelen langt over verdiene for tre, papp og papir.
5.5.4.1 Brensel 6 Sortert plast fra husholdninger
Brensel 6 er løst kvernet plast produsert av Miljøtransport AS ut fra sortert plast fra husholdninger. Plasten er samlet inn fra sentrale oppsamlingsenheter (returpunkt).
Andre plastprodukter, som PVC og annet avfall, er utsortert sentralt av Miljøtransport AS.
I denne plasten ble det målt forholdsvis lave verdier for klor, men forbrenningstester viste senere et høyt nivå, noe som tilsier at brenselet ikke var tilstrekkelig homogent mht kjemisk sammensetning, og kan bety at det inneholdt en del PVC-plast.
5.5.4.2 Brensel 7 Sortert plast fra næringer
Brensel 7 er løst kvernet plast produsert av Norsk Plastgjenvinning AS ut fra sortert plast fra næringer. Plastavfallet fra næringer følger tre delstrømmer. Den ene er produksjonsspill, den andre kildesortert plastavfall fra industri, bygg- og anleggs- virksomhet og annen næringsvirksomhet. Den tredje er plast innsamlet sammen med annet næringsavfall og deretter positivt utsortert på sentralsorteringsanlegg.
1 Forbrenningstestene viser imidlertid motsatt resultat for blyinnholdet i flyveasken.
