Prognoza energetycznego potencjału odpadów komunalnych

Transkrypt

1 Prognoza energetycznego potencjału odpadów komunalnych Marta Sebastian, Ryszard Szpadt 1.Wstęp W prezentowanym artykule przedstawiono część danych, zebranych i opracowanych w projekcie realizowanym w ramach 5. Programu Ramowego przez konsorcjum składające się z 12 partnerów z 9 państw (członków i kandydatów do UE). Koordynatorem jest partner z Technische Universität Darmstadt. Kolejne etapy projektu [1] mają na celu: wybór kryteriów i wskaźników do oceny ekonomicznych, socjalnych i środowiskowych aspektów gospodarki odpadami, opracowanie modelu prognozującego powstawanie odpadów na podstawie trendów zmian ich właściwości ilościowo-jakościowych oraz wybranych powyżej wskaźników, opracowanie optymalnych scenariuszy zintegrowanej gospodarki odpadami dla sześciu wybranych miast i regionów (Barcelony i Reus, Xanthi, Wrocławia, Kowna i Nitry). Do realizacji wymienionych powyżej celów ma posłużyć m.in. analiza cyklu życia (LCA), której podstawy i zastosowanie w szeroko pojętej dziedzinie gospodarki odpadami, autorzy przedstawili na V Forum Gospodarki Odpadami w Gnieźnie 2003 [2]. Zasady i strukturę prowadzenia i dokumentowania badań LCA oraz minimalny ich zakres opisano w Polskiej Normie PN-EN ISO Zarządzanie środowiskowe-ocena cyklu życia-zasady i struktura. Typowe zastosowanie LCA dotyczy konkretnych produktów i/lub technologii, co dla wielu przykładów przedstawiono w publikacji Pracowni Badań Strategicznych IGSMiE oddziału PAN w Krakowie [3]. Przykład wykorzystania LCA dla 2 scenariuszy zintegrowanej gospodarki odpadami komunalnymi (ZGO) przedstawiono na II Międzynarodowej Konferencji Paliwa z odpadów 1999 dla rejonu Florencji z dzienną ilością generowanych odpadów, wynoszącą 940 ton/d. Oceniano 2 scenariusze ZGO z recyklingiem, spalaniem i składowaniem, różniące się stopniem recyklingu dla scenariusza 1 wynoszącym poniżej 12 %, dla 2 - do 35 %. Schemat LCA służący ocenie możliwych do wykorzystania metod postępowania z odpadami opakowaniowymi przedstawiono na III z kolei Konferencji Paliwa z odpadów 2001 [5]. Metody postępowania z wszystkimi odpadami muszą być zgodne z obowiązującą hierarchią (zapobieganie, odzysk, unieszkodliwianie, w tym ostatecznie składowanie) i dla różnych przyjętych modeli po przeprowadzeniu analizy LCA, można wskazać rozwiązania najodpowiedniejsze. Należy jednak pamiętać, iż przyjęte priorytety opracowuje się z punktu widzenia dbałości o środowisko, nie zaś aspektów ekonomicznych. Możliwe jest jednak włączenie do badania analizy kosztowej i podejmowanie (w istniejących warunkach i ograniczeniach) optymalnych decyzji. Jedną z ocenianych ścieżek postępowania jest mechaniczno-biologiczna przeróbka odpadów z produkcją paliwa z wybranych frakcji odpadów oraz spalanie odpadów mieszanych. Jest

2 oczywiste, że opcje powyższe mogą być rozpatrywane tylko w przypadku odpowiedniej kaloryczności odpadów. Czy jesteśmy w stanie przewidzieć w perspektywie kilkunastu lat zmiany ilości i składu odpadów? Czy dane z krajów europejskich, w których badania ilościowo-jakościowe odpadów komunalnych były i są przeprowadzane częściej niż w Polsce, mogą być wskazówką dla krajów pozostałych? W poniższym artykule przedstawiono możliwości oszacowania ilości odpadów możliwych do odzysku energetycznego lub unieszkodliwiania metodami termicznymi. 2.Prognoza ilości odpadów komunalnych W pierwszym etapie projektu wszyscy jego uczestnicy zbierali dane o składzie odpadów łącznie z 44 krajów i 55 miast. Wykorzystywano różnego rodzaju dostępne źródła literaturowe bez własnych badań laboratoryjnych. Uzupełniające badania są przewidziane na etapie sprawdzania stworzonych modeli dla wybranych miast. Oprócz danych dotyczących odpadów, zbierano informacje na temat rozwoju gospodarczo- społecznego regionu, które mogą wpływać na ilość i jakość odpadów, zgodnie ze schematem, przedstawionym na rys.2.1., wg danych banku Światowego [ 1 ] 120 Indeks (NL=100) RO 2000 GR 1970 PL 2000 ES 1970 Zatrudnienie w sektorze usług CZ 2000 GR 2000 AT 1970 ES 2000 IRL 2000 AT 2000 NL 2000 Siła nabywcza (NL=100) ODPADY KOMUNALNE (NL=100) Wydatki na komunikację (NL=100) 20 Zatrudnienie w rolnictwie (%) 0 Stopień dobrobytu Rys Zmiany wybranych wskaźników ekonomicznych i społecznych w Europie Ścieżka ewolucyjna zilustrowana na poniższym rysunku zastała stworzona w oparciu o dane zaledwie z 8 państw z wybranych, następujących lat

3 Rumunia 2000 Grecja 1970, 2000 Czechy 2000 Irlandia 2000 Polska 2000 Holandia 2000 Austria 1970, 2000 Hiszpania 1970, 2000 Przedstawione na rysunku wskaźniki ekonomiczne i społeczne, mające różny wpływ na ilość generowanych odpadów, są jednocześnie kryterium podziału państw europejskich (członków Unii i kandydatów) na grupy o różnym stopniu rozwoju. Podział wszystkich krajów europejskich pod względem rozwoju ekonomicznego na 4 grupy, z której każda posiada określonego lidera przeprowadzony w oparciu o statystyczną analizę skupień, jest jednym z najciekawszych dotychczasowych osiągnięć projektu i stanowi znaczne rozszerzenie danych na rys.2.1. Wszystkie dane opracowane w kolejnych etapach projektu będą sukcesywnie publikowane, a całość zostanie wydana w formie podręcznika z myślą o szerokiej grupie odbiorców, w tym decydentów i zarządzających gospodarką odpadami. 3.Skład ilościowo-jakościowy odpadów komunalnych w aspekcie ich właściwości paliwowych Pierwszą próbę oceny zmian ilości frakcji papieru i tektury oraz tworzyw sztucznych, stanowiących najbardziej energetyczne frakcje odpadów, przeprowadzono dodając dane własne dla państw i lat uwzględnionych w ścieżce ewolucyjnej przedstawionej na rys Uzyskane zależności ilustruje rys. 3.1, przy czym ogólną ilość odpadów pozostawiono bez zmian.

4 140 Indeks (NL=100) RO 2000 GR 1970 PL 2000 tworzywa sztuczne w odpadach, % ES 1970 CZ 2000 AT 1970 ES 2000 ilosc odpadów komunalnych IRL 2000 AT 2000 NL 2000 Papier w odpadach, % 20 papier poddany recyklingowi 0 Stopień dobrobytu Rys Zmiany zawartości papieru i tworzyw sztucznych w wybranych krajach, wg [1] Na kolejnych rysunkach (rys.3.2 i 3.3) przedstawiono zawartości papieru i tworzyw sztucznych w odpadach z zaznaczeniem wyodrębnionych grup ekonomicznego rozwoju oraz w identycznym układzie te same frakcje odpadów poddane recyklingowi (rys. 3.4 i 3.5).

5 Ilość papieru i tektury w odpadach, % GR 4 GR 2 GR 3 GR1 0, , , , , , ,0 PKB, USD Rys 3.2. Ilość papieru w odpadach komunalnych w wybranych krajach europejskich Ilość tworzyw sztucznych w odpadach, % GR2 GR 1 4 GR4 2 GR3 0 0, , , , , , ,0 PKB, USD Rys 3.3.Ilość tworzyw sztucznych w odpadach w wybranych krajach europejskich

6 180,0 160,0 Papier poddany recyclingowi, % 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 GR4 GR3 GR2 GR1 0,0 0, , , , , , ,0 PKB, USD Rys.3.4. Stopień odzysku papieru ze strumienia odpadów komunalnych w wybranych krajach europejskich 35,0 Tworzywa sztuczne poddane recyclingowi, % 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 GR 4 GR 3 GR 2 GR 1 5,0 0,0 0, , , , , , ,0 PKB, USD Rys Stopień odzysku tworzyw sztucznych ze strumienia odpadów komunalnych w wybranych krajach europejskich

7 Ogólna zawartość papieru w odpadach posiada tendencję wzrostową wraz ze wzrostem stopnia zamożności społeczeństwa, przy czym w państwach o najwyższym PKB jego zawartość jest na stałym, nie najwyższym poziomie, a w przypadku Holandii wręcz obniża się. Największe różnice w ilości występują dla państw najuboższych. Bardzo wyraźna tendencja wzrostu ilości papieru poddawanego recyklingowi (rys. 3.4) wraz ze wzrostem rozwoju ekonomicznego, została również zachwiana i to w sposób drastyczny w przypadku Luksemburga. Od PKB powyżej ok USD efekty recyklingu zaczynają wyraźnie się zmniejszać Zależności przedstawione na pierwszym, uboższym w dane rysunku, nie wykazują tych charakterystycznych zmian. Ilość frakcji tworzyw sztucznych, minimalnie rosnąca wg danych z rys.3.1, charakteryzuje się bardzo dużym rozrzutem wartości, w zasadzie niezależnie od grupy, do której państwo zaliczono. Spośród krajów zamożniejszych, jedynie odpady szwajcarskie zawierają jej najwięcej (ok.15 %). Ilość tworzyw sztucznych poddawanych recyklingowi (w kg/ma) jest największa w państwach o dużym PKB z wyraźnymi różnicami pomiędzy nimi, ale z ogólną tendencją wzrostową. Z uwagi na brak wystarczającej ilości danych nie można było przedstawić analogicznej zależności na rys.3.1. Na podstawie przedstawionych powyżej zależności można stwierdzić zmniejszanie się zawartości i papieru w strumieniu odpadów państw najbogatszych oraz spadek zainteresowania jego recyklingiem. W przypadku tworzyw sztucznych występuje bardzo duże zróżnicowanie jego zawartości, i recykling znaczących jego ilości tylko w państwach bogatych. 4.Prognozy ilości wybranych frakcji odpadów Do odpadów o potencjalnych właściwościach paliwowych można wg [7] zaliczyć; o papier i tekturę (opakowaniowe PO i nieopakowaniowe PNO) o tworzywa sztuczne (opakowaniowe TO i nieopakowaniowe TNO) o odpady tekstylne OT o odpady wielkogabarytowe OW * o odpady kuchenne OK o odpady zielone OZ *- jako odpady palne przyjęto 1/3 ogólnej ilości OW wg [7]

8 Przewidywane zmiany ich ilości w najbliższych latach przedstawiono na rys Ilość odpadów, % lata OW PNO PO TO OK OZ TNO Rys.4.1.Prognoza zmian wybranych grup odpadów w Polsce, wg [6] Oczywiście, nie wszystkie z tych frakcji będą przekształcane termicznie, ale one decydują o właściwościach paliwowych odpadów. Spośród odpadów biodegradowalnych, do odzysku i unieszkodliwiania metodami termicznymi kwalifikować się będą [7]: odpady mieszane, paliwo z odpadów, papier, odpady tekstylne i drewno. Zmiany ilości papieru i tworzyw sztucznych w odpadach wraz z frakcją poddaną recyklingowi na przestrzeni lat przedstawiają rysunki 4.2 i 4.3.

9 Papier w odpadach, % lata GRUPA 1 GRUPA 2 GRUPA 3 GRUPA 4 GR 4 GR 3 GR 2 GR 1 Rys.4.2. Tendencje zmian zawartości papieru w odpadach wybranych krajów europejskich na przestrzeni lat , wg [1] 16 Tworzywa sztuczne w odpadach, % lata GRUPA 1 GRUPA 2 GRUPA 3 GRUPA 4 GR 4 GR 3 GR 2 GR 1 Rys.4.3. Tendencje zmian zawartości tworzyw sztucznych w odpadach wybranych krajów europejskich na przestrzeni lat , wg [1]

10 Przedstawione na rys. 4.1 prognozy dla Polski dotyczące papieru, pokrywają się z tendencjami europejskimi w zakresie papieru nieopakowaniowego. Przewidywany wzrost ilości papieru z opakowań przeznaczonych do recyklingu jest charakterystyczny dla krajów o dynamicznym wzroście PKB. Podobne zależności występują w przypadku tworzyw sztucznych (wzrost frakcji opakowaniowych, spadek pozostałych). Ogólna ilość odpadowych tworzyw sztucznych w krajach europejskich wykazuje bardziej dynamiczny wzrost dla krajów mniej zamożnych, przy czym obserwowany stały poziom w grupie najbogatszej może być mylący z uwagi na zbyt małą ilość danych. 5. Podsumowanie Przedstawione w pracy dane, oparte o studia literaturowe oraz badania przeprowadzone w ramach projektu europejskiego, wykazały istniejące zależności pomiędzy szeroko rozumianym rozwojem gospodarczym kraju, a ilością powstających odpadów komunalnych.. Tak więc, do prognozowania można wykorzystywać nie tylko funkcje czasowe zmian ilości i składu odpadów, ale również należy brać pod uwagę zakładane zmiany w rozwoju gospodarczym. Obok najbardziej typowego wskaźnika rozwoju, jakim jest PKB, można wykorzystać wydatki na konsumpcje indywidualną i zbiorową, średnie wynagrodzenie itp. Również wskaźniki społeczne, takie jak stopa bezrobocia, zatrudnienie w wybranych branżach gospodarki, wyposażenie gospodarstw domowych mogą być pomocne w tworzeniu grup państw i powiązaniu ich z ilością odpadów. Możliwość przewidywania zawartości w odpadach składników wysokokalorycznych stanowiących frakcje paliwowe jest pomocna w planowaniu zintegrowanego systemu gospodarki odpadami. W cytowanym projekcie przewidziano opracowanie m.in. 2 scenariuszy, zawierających termiczne przekształcanie odpadów: 1. spalanie mieszanych odpadów 2. produkcja paliwa z odpadów via mechaniczno-biologiczna ich obróbka. Produkcja i stosowanie paliw zastępczych z odpadów, w tym komunalnych, będzie związane ze wzrastającymi wymaganiami dotyczącymi wartości opałowych tych paliw. Wymagania te nie będą stawiane spalaniu jako procesowi termicznego unieszkodliwiania odpadów, ale właśnie wykorzystaniu frakcji paliwowych w procesach odzysku energii w piecach przemysłowych.

11 Literatura [1] Projekt EVK4-CT , The Use of Life Cycle Assessment Tools for the Development of Integrated Waste Management Strategies for Cities and Regions with Rapid Growing Economies, realizowany w 5 ramach Programu Ramowego UE. [2] Boer J., Jager J., Szpadt E., Maćków I., Mrowiński P., Sebastian M., Szpadt R., Zastosowanie analizy cyklu życia do modelowania rozwoju zintegrowanych strategii gospodarki odpadami dla szybko rozwijających się miast i regionów. [3] Praca zbiorowa pod red. Kulczyckiej J. Ekologiczna ocena cyklu życia (LCA) nową techniką zarządzania środowiskowego, Wyd. IGSiE PAN, Kraków 2001 [4] Corti A., Rapacini M., Manfrida G. LCA approach for waste collection, treatment and disposal options decision making. Mat. Konf. Paliwa z Odpadów tom II, Gliwice 2001, [5] Wandrasz J.W., Knap J. Utylizacja odpadów opakowaniowych metodami energetycznymi, Paliwa z Odpadów tom III, Wyd. Helion, Gliwice 2001, [6] Krajowy plan gospodarki odpadami, Mon. Pol. z 2003 r. Nr 11, poz. 159 [7] Wandrasz J. W., Wróblewicz T., Wartość opałowa odpadów przeznaczonych do utylizacji termicznej, w funkcji rozwiązań systemowych zintegrowanej gospodarki stałymi odpadami komunalnymi, Gospodarka Paliwami i Energią, 1996, 11. Uwagi końcowe i podziękowanie Niniejszy referat powstał w ramach projektu oznaczonego kodem EVK4-CT LCA-IWM, zatytułowanego: The Use of Life Cycle Assessment Tool for the Development of Integrated Waste Management Strategies for Cities and Regions with Rapid Growing Economies finansowanego przez EC 5 th Framework Programme. Pomimo, że ten projekt jest finansowany przez Komisję Europejską, treść niniejszego referatu wyraża stanowisko partnerów uczestniczących w realizacji projektu i niekonieczne jest zgodna z opinią UE. Autorzy referatu składają podziękowania pozostałym partnerom uczestniczącym w realizacji projektu za współpracę w zbieraniu danych dotyczących odpadów wytwarzanych w poszczególnych krajach, a w szczególności: Vasilis Aivalotis i Demetrios Panagiotakopoulos (Democritus University of Thrace, Grecja), Marjakke van der Sluis i Wim van Veen (De Straat Milieu-adviseurs, Holandia), Lothar Schanne (novatec, Luxembourg), Francesc Castells, Montse Meneses i Julio Rodrigo (Universitat Rovira i Virgili, Spain), Gudrun Wassermann i Stephan Salhofer (BOKU Wien, Austria), Emilia

12 .Szpadt i Jan den Boer (Technische Universität Darmstadt).

13

14