and Environmental Protection
http://ago.helion.pl ISSN 1733-4381, Vol. 3 (2006), p-21-36
Ocena wpływu na środowisko termicznego przekształcania odpadów w modelowych scenariuszach gospodarki odpadami komunalnymi Maćków I., Sebastian M., Szpadt R.
Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska’ Politechnika Wrocławska tel+48 71 3203608,
e-mail: marta.Sebastian@pwr.wroc.pl
Streszczenie
W pracy przedstawiono scenariusze gospodarki odpadami komunalnymi, w których przewidziano termiczne metody przekształcania odpadów (wydzielanie i dalsza przeróbka frakcji wysokoenergetycznych lub spalanie zmieszanych odpadów po selektywnej zbiórce) oraz ich wpływ na środowisko. Zastosowanymi wskaźnikami środowiskowymi były: zużycie surowców nieodnawialnych, zmiany klimatu, toksyczny wpływ na ludzi, tworzenie się fotoutleniaczy, zakwaszenie i eutrofizacja.
Zależności pomiędzy ilością i składem materiałowym odpadów, w tym frakcji wysokoenergetycznych a różnymi czynnikami społeczno-ekonomicznymi uwzględnia model prognostyczny, który w ogólnym zarysie opisano we wcześniejszej pracy autorów [1].Zarówno model prognostyczny jak i przedstawiony w niniejszej pracy sposób tworzenia i oceny scenariuszy są częścią szerszych badań nad oceną zintegrowanych systemów gospodarki odpadami przy pomocy analizy cyklu życia (LCA) w wybranych państwach należących do UE [2].
Niezbędne informacje wejściowe do modelu obok danych ogólnych o państwie i mieście (liczba mieszkańców, powierzchnia miasta, wartości średnich temperatur i opadów), obejmują również znajomość wartości podstawowych wskaźników społeczno-ekonomicznych, takich jak: ilość i wielkość gospodarstw domowych, PKB, przeciętne miesięczne wynagrodzenia brutto, przeciętny miesięczny dochód na 1 osobę w gospodarstwach domowych.
W celu prognozy ilości i składu odpadów konieczna jest znajomość rozszerzonych danych społeczno-ekonomicznych (na poziomie kraju i miasta) oraz aktualna ilość i skład odpadów (selektywnie zbieranych i zmieszanych), planowany poziom odzysku i recyklingu oraz zamierzone akcje społeczne, minimalizujące ilość odpadów. Zarówno na tym etapie pracy jak i podczas definiowania scenariusza dla większości danych określono wartości domyślne, które są wykorzystywane przypadku, gdy użytkownik nie posiada wystarczającej ilości informacji.
Dla każdego z procesów możliwe jest zdefiniowanie maksymalnie trzech instalacji a jedna sesja umożliwia ocenę i porównanie do 4 scenariuszy.
Abstract
Environmental Assessment of Thermal Methods of Waste Treatment
in Model Waste Management Scenarios
The presented results stem from the LCA-IWM project founded by the European Commission’s 5th Framework Programme, which aims at development of a Waste Prognostic Tool and a Municipal Waste Management System (MWMS) Assessment Tool. These tools enable to plan and to assess the sustainability of household waste management in European cities, in particular cities from new EU Member States. In this paper the MWMSs with thermal treatment of waste (separation of High Caloric Fraction and its usage as RDF or residual waste incineration) in case study for Wrocław are discussed.
To prediction of waste quantity and quality the Waste Prognostic Tool based on input parameters consisting of current amount and composition of household waste and of some general socio-economic indicators as well as of historical data on these factors is used. For the environmental assessment criteria both general and specific European waste policy targets were identified. The general targets of the European waste management policy well corresponds with the two major objectives of environmental sustainability in waste management:
- conservation of resources; - pollution prevention.
In order to enable an environmental evaluation of MWMS the following qualitative criteria were determined :
- depletion of abiotic resources - climate change
- photo-oxidant formation - acidification
- eutrophisation
During one session it is possible to develop and to access 4 scenarios including the following steps in waste management: storage of waste at households, collection, transport and waste treatment options.
1.Wstęp
Prezentowany artykuł jest kontynuacją przedstawionej na konferencji „Paliwa z odpadów 2003” prognozy energetycznego potencjału odpadów komunalnych. Obydwie prace zawierają wyniki badań realizowanych w latach 2002-2005 w ramach projektu 5.FP, który dotyczył zastosowania analizy cyklu życia do tworzenia, oceny i wyboru optymalnych scenariuszy gospodarki odpadami w miastach i regionach o szybkim wzroście gospodarczym. Projekt realizowało 12 partnerów z 9 państw, a przykładowe scenariusze z zastosowaniem opracowanej metodyki zaproponowano dla pięciu miast: Reus (w Hiszpanii), Nitry (w Słowacji), Xanthi (w Grecji), Kowna (na Litwie) i rodzimego
23 Wrocławia. Do zbudowania zintegrowanych scenariuszy gospodarki odpadami i ich oceny niezbędne było wykorzystanie:
• opracowanego modelu prognostycznego, pozwalającego na określenie przewidywanej ilości i jakości odpadów (zalecana perspektywa czasowa to maksymalnie 10 lat),
• stworzenie narzędzia do oceny przyjętego rozwiązania w oparciu o wybrane wskaźniki ekonomiczne, społeczne i środowiskowe.
Cykl artykułów, powstałych w wyniku opracowania danych zebranych w projekcie, prezentowano na kolejnych Forum Gospodarki Odpadami [2,3,4,5], innych konferencjach [6,7] oraz na łamach czasopism [8].
W poniższej pracy autorzy koncentrują się na ocenie oddziaływania na środowisko stworzonych przez siebie scenariuszy gospodarki odpadami, wykorzystujących termiczne metody przekształcania odpadów. Aspekty społeczne i ekonomiczne proponowanych systemów podano jako sumę oddziaływań w ostatecznej ocenie stworzonych scenariuszy.
2. Prognoza ilości i jakości odpadów komunalnych
Stworzony model umożliwiający przewidywanie ilości i składu odpadów został zbudowany w oparciu o zebrane dane z 32 krajów (w tym 15 krajów dawnej UE i 9 nowych państw członkowskich) oraz 55 miast (w tym 43 z miast dawnej 15 UE oraz 12 z pozostałych państw). Tylko dla 14 państw oraz 20 miast dostępne były szeregi czasowe danych dla więcej niż 10 lat. Uzyskane zbiory poddano ocenie jakościowej i ilościowej oraz analizie statystycznej wpływu poszczególnych czynników na wytwarzanie odpadów (statystyka opisowa, korelacje, analiza regresji, analiza czynnikowa, analiza skupień). Dane dotyczące wytwarzania odpadów obejmowały całkowite ilości odpadów komunalnych oraz ich składy materiałowe. Jednostkowy wskaźnik wytwarzania odpadów komunalnych w miastach europejskich MSW w latach 1999-2000 zmieniał się w zakresie od ok. 250 do ok. 800 kg/Ma. W miastach krajów dawnej UE wynosił średnio 510 kg/Ma, w miastach nowych członków – 354 kg/Ma. Roczna stopa wzrostu wskaźnika w latach 1995-2001 wynosiła w UE15 średnio 1,8 %, w nowych krajach członkowskich 4,3 %, w miastach obydwóch grup krajów średnio 2,4 % rocznie. Spośród zbieranych danych społeczno-ekonomicznych jedynie dane dla 10 czynników, tj.:
• liczby ludności, • gęstości zaludnienia, • struktury wieku ludności, • produktu narodowego brutto, • liczby miejsc noclegowych ,
• średniej wielkości gospodarstwa domowego,
• zatrudnienia w sektorach gospodarki (rolnictwa, przemysłu, usług), • wskaźnika śmiertelności niemowląt,
• długości życia, • stopy bezrobocia
Analiza statystyczna wykazała istotny wpływ sześciu spośród ww. czynników na wytwarzanie odpadów w krajach i miastach, tj. produktu narodowego brutto (GDP), wskaźników śmiertelności niemowląt (INF) oraz śmiertelności dzieci, długości życia (LFE), zatrudnienia w sektorze rolnictwa (LFA) oraz usług (LFS). Analiza autokorelacji badanych wskaźników wykazała, że należy ograniczyć liczbę wskaźników do PKB, jednego z trzech społecznych, np. do INF oraz wskaźników zatrudnienia sektorowego, LFA i LFS.
Na bazie wyników wcześniejszych analiz opracowane zostały dwa odrębne modele dla prognozowania zmian wskaźnika wytwarzania odpadów komunalnych w miastach i w krajach europejskich, przy czym, każdy region o zdefiniowanym statusie społeczno-ekonomicznym został przydzielony do odpowiedniej grupy tzw. dobrobytu. Stworzone modele są systemem trzech (dla miast) oraz czterech (dla krajów) liniowych równań, zawierających maksymalnie do 4 parametrów. Jako horyzont czasowy prognoz przyjęto dziesięć lat.
Różne czynniki mają istotny wpływ na wytwarzanie odpadów w poszczególnych grupach miast i krajów. Dla grup o wysokim poziomie dobrobytu dobrym wskaźnikiem jest GDP, natomiast wskaźnik śmiertelności niemowląt dla szerokiej grupy krajów. Przeciętna wielkość gospodarstwa domowego jest dobrze skorelowana z wytwarzaniem odpadów dla regionów o niskim poziomie dobrobytu.
Wrocław, podobnie jak inne duże polskie miasta w latach 1999-2001 przeszedł z grupy miast o niskim dobrobycie do grupy średniej [3] i obliczone dla niego ilości odpadów do roku 2015 przedstawiono na rys. 1., natomiast ich skład materiałowy zestawiono w tabeli 1. Dla miast zaliczonych do tej grupy, ilości odpadów obliczano wg następującego wzoru: MSWt = - 360,7 - 375,6 log INFtnat + 8,9 POPt 15-59 - 123,9 AHHt urb + 11,7 LEBturb
w których:
MSWt – prognozowana ilość odpadów komunalnych w mieście w roku t, kg/M rok
INFtnat– śmiertelność niemowląt na poziomie kraju (1/1000),
AHHturb– średnia wielkość gospodarstwa domowego na poziomie miasta, osoby
LEBt urb – długość życia na poziomie miasta, lata
POPt 15-59 - procent ludności w wieku 15-59 lat na poziomie miasta, %
Na podstawie obliczonych z modelu prognostycznego danych o ilości i jakości odpadów stworzono 4 scenariusze ich zagospodarowania, wykorzystując opracowane w ramach projektu Narzędzie ( Assessment Tool).
25 300 400 500 600 700 1 9 9 7 1 9 9 8 1 9 9 9 2 0 0 0 2 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 4 2 0 0 5 2 0 0 6 2 0 0 7 2 0 0 8 2 0 0 9 2 0 1 0 2 0 1 1 2 0 1 2 2 0 1 3 2 0 1 4 2 0 1 5 Il o ś ć o d p a d ó w k g /o s o b ę r o k
Rys.1. Prognoza ilości odpadów komunalnych we Wrocławiu Tabela . 1. Skład odpadów wytwarzanych we Wrocławiu
o rg an ic zn e p ap ie r i te k tu ra sz k ło m et al e tw o rz y w a sz tu cz n e n ie b ez p ie cz n e W E E E p o zo st ał e % 2004 37,5 9 11 2,1 11 0,2 0,1 29,1 2015 33,6 11,4 11,2 1,9 12 0,3 0,1 29,5
3. Zasady tworzenia i oceny scenariuszy gospodarki odpadami
Jednocześnie można utworzyć i porównywać cztery różne scenariusze. Każdy scenariusz, niezależnie od ogólnych danych wejściowych użytkownika, składa się z trzech podstawowych podsystemów gospodarowania odpadami:
• zbierania,
• odbierania i transportu,
• przetwarzania, unieszkodliwiania i recyklingu.
Dla wszystkich scenariuszy mogą być ustalone oddziaływania środowiskowe, ekonomiczne i społeczne, umożliwiające ocenę tych scenariuszy w aspekcie zgodności z zasadami zrównoważonego rozwoju. Scenariusze odzwierciedlają różne aktualne sytuacje i prognozy zmian gospodarki odpadami. Spośród licznych tabel i wykresów generowanych przez Narzędzie dla każdego scenariusza wybrano tylko te, w których założono termiczne przekształcanie odpadów.
4. Scenariusze gospodarki odpadami dla Wrocławia
Wrocław jest miastem wojewódzkim położonym w południowo-zachodniej części Polski, nad rzeką Odrą. Jego powierzchnia wynosi 292,84 km2, a populacja 637,5 tys.
mieszkańców. Obecnie gospodarka odpadami komunalnymi Wrocławia ograniczona jest do niewielu działań, obejmujących:
• zbieranie i odbieranie odpadów zmieszanych,
• selektywne zbieranie odpadów do recyklingu - głównie szkła i tworzyw sztucznych,
• odbieranie i transport zmieszanych odpadów albo do stacji przeładunkowej zlokalizowanej na terenie miasta albo bezpośrednio na składowiska zlokalizowane poza miastem w różnych odległościach od jego centrum – od 36 do około 90 km oraz
• odbieranie i transport selektywnie zbieranych materiałów do sortowni w celu ich sortowania, belowania i przygotowania do transportu do zakładów recyklingu. Miasto Wrocław nie posiada żadnej instalacji do przetwarzania oraz unieszkodliwiania odpadów (w tym żadnego składowiska). Aktualny stan gospodarki odpadami we Wrocławiu zdefiniowano jako scenariusz 1 -bazowy.
Obejmował on: selektywną zbiórkę, odbieranie, transport i sortowanie szkła, tworzyw sztucznych, metali, papieru i kartonu do recyklingu, transport odpadów resztkowych na składowiska.
W scenariuszu 2 założono mechaniczno-biologiczne (tlenowe) przekształcanie odpadów z wydzieleniem frakcji palnych do produkcji paliw (RDF).
Tlenowa obróbka mechaniczno-biologiczna odpadów zmieszanych/resztkowych przed składowaniem jest traktowana jako metoda alternatywna do spalania. Koncepcja biologicznego przetwarzania odpadów w tlenowej instalacji mechaniczno-biologicznej jest podobna do kompostowania. Celem przetwarzania mechaniczno-biologicznego jest minimalizowanie oddziaływań składowiska na środowisko i uzyskanie dodatkowych korzyści w wyniku odzysku metali i energii. Modelowanie tlenowego przetwarzania mechaniczno-biologicznego w narzędziu LCA-IWM bazuje na koncepcji rozdziału (segregacji) odpadów przed stabilizacją biologiczną. Celem tego rozdziału jest zapewnienie odzysku materiałów i energii oraz minimalizacja ilości odpadów do ostatecznego unieszkodliwiania.
Wybrano w pełni zamkniętą technologię, przedstawioną schematycznie na rys. 2, składającą się z mechanicznej obróbki, z wydzieleniem lekkiej frakcji wysokokalorycznej i z biologiczną stabilizacją pozostałych odpadów przed składowaniem. Proces biologiczny prowadzony jest w napowietrzanych pryzmach, a czas trwania głównej fazy intensywnego rozkładu w optymalnych warunkach, w którym nastąpi rozkład ok. 80 % substancji rozkładalnej, szacuje się na około 4-6 tygodni. Pozostałość poprocesowa – ustabilizowana frakcja niskokaloryczna – może być składowana lub (jeśli to będzie możliwe) wykorzystana do rekultywacji zdegradowanych gruntów. Frakcja wysokokaloryczna, po
27 dodatkowym oczyszczeniu, może być zastosowana jako paliwo zastępcze RDF w cementowni lub spalana w spalarni z odzyskiem energii.
Legend:
materials processes optional processes
EA, EW, ES = emission to air, water and soil WWTP = waste water treatment plant
Mechanical pre-treatment Biofilter EA, EW, ES EA EA ES Contaminants RecoveredFe, Al, Cu
Metals Conventionalfuel Electricity Electricity Water Land Energy recovery RC Wasteair Legend: materials processes optional processes
EA, EW, ES = emission to air, water and soil WWTP = waste water treatment plant
Legenda:
materiały procesy procesy (opcja)
EA, EW, ES = emisja do powietrza, wody i gleby WWTP = oczyszczalnia ścieków wstępna obróbka mechaniczna intensywny rozkład i stabilizacja biofiltr EA, EW, ES EA EA odpady mieszane / resztkowe
frakcja niskokaloryczna
ustabilizowane odpady resztkowe (LCFr)
ES
zanieczyszczenia odzyskane Fe, Al, Cu
lekka frakcja (RDF) Korzyść z zatąpienia materiałów metale, paliwo konwencjonalne energia elektryczna woda rekultywacja terenu składowanie odzysk energii w piecu cementowym RC spalanie składowanie lub spalanie gazy odlotowe energia elektryczna
Rys.2. Schemat głównych przepływów materiałowych w modelowanej instalacji tlenowego mechaniczno-biologicznego przetwarzania odpadów
Scenariusz 3 zakładał również mechaniczno-biologiczne przekształcanie odpadów z
wydzieleniem frakcji palnych do produkcji RDF, przy czym biologiczna stabilizacja odpadów przebiegała w warunkach beztlenowych. Analogicznie jak w metodzie tlenowej, pierwszym stopniem jest mechaniczny rozdział odpadów z wydzieleniem zanieczyszczeń i frakcji wysokokalorycznej. Pozostała frakcja niskokaloryczna jest stabilizowana biologicznie w procesie fermentacji, w którym substancja organiczna jest rozkładana w warunkach beztlenowych z wydzieleniem biogazu. Po ok. 3 tygodniach fermentacji w suchym termofilowym procesie jednostopniowym, odpady zostają ustabilizowane beztlenowo. Pozostałość pofermentacyjna może być dalej dodatkowo stabilizowana w procesie tlenowym. Frakcja wysokokaloryczna jest wykorzystywana do odzysku energii, analogicznie, jak w procesie tlenowym. Schemat scenariusza obrazuje rys.3.
W scenariuszu 4 założono spalanie odpadów resztkowych po selektywnej zbiórce. Spalaniu odpadów towarzyszy szereg korzyści środowiskowych: znaczne zmniejszenie objętości odpadów do ostatecznego unieszkodliwiania, odzysk energii z odpadów i zmniejszenie emisji z ostatecznego unieszkodliwiania odpadów.
W scenariuszu zilustrowanym na rys. 4. wybrano technologię spalania w piecu rusztowym. Konstrukcja instalacji (ruszt chłodzony wodą, recyrkulacja gazów odlotowych) reprezentuje najlepszą dostępną technologię spalania odpadów komunalnych, w której, dzięki małemu współczynnikowi nadmiaru powietrza, minimalizuje się objętość gazów odlotowych . Żużel, po dodatkowej obróbce, może być użyty jako materiał budowlany. Odzyskiwana jest energia w postaci energii elektrycznej i cieplnej. Opcjonalnie można modelować odzysk metali z żużli w prostej instalacji obróbki mechanicznej, w której odzyskuje się Fe, Cu i Al . Po odzysku metali żużle mogą być wykorzystane jako materiał budowlany lub składowane.
Legend: materials
processes
optional processes
EA, EW, ES = emission to air, water and soil RC = resources consumption WWTP = waste water treatment plant
Mechanical pre-treatment Biofilter EA, EW EA Contaminants Fe, Al, Cu Light fraction (RDF) Credit for substituted metals & fuel
Metals Fuel Fermentation Fermentation Intensive rotting EA, EW, ES Heat Engine EA Biogas waste (LCFr) ES Land reculrtivation Wasteair
Wasteair Stabilisation
EA Energy recovery in cement kiln RC RC Legenda: materiały procesy procesy (opcja)
EA, EW, ES = emisja do powietrza, wody i gleby RC = zużycie surowców naturalnych WWTP = oczyszczalnia ścieków wstępna obróbka mechaniczna biofiltr EA, EW EA
odpady mieszane / resztkowe
odpady resztkowe po intensywnym rozkładzie zanieczyszczenia Fe, Al, Cu lekka frakcja (RDF) Korzyść z zastąpienia metali i paliwa metale paliwo odpady resztkowe po fermentacji fermentacja intensywny rozkład
EA, EW, ES Korzyść z
zastąpienia energii
en. elektryczna en. cieplna
en. elektryczna i cieplna silnik EA biogaz ustabilizowane odpady resztkowe (LCFr) ES rekultywacja terenu składowanie gazy odlotowe
gazy odlotowe stabilizacja
EA odzysk energii w piecu cementowym spalanie składowanie lub spalanie RC RC
Rys.3 .Schemat głównych przepływów materiałowych modelowanej instalacji beztlenowego mechaniczno-biologicznego przetwarzania odpadów
29 Legend:
materials
processes
optional processes
EA, EW, ES = emission to air, water and soil RC = resources consumption Landfill ES Grate incinerator Secondary Boiler Electric precipitator Gas scrubbers Cokeabsorber Engine Landfill (haz. waste) Slug treatment ES ES EA Air Air Ca(OH)2 Coke NH4OH Slag Filter Ash Steam Mineral residues Flue gas
Metals (Fe, Cu, Al) Aggregate for road construction Credit for substituted metals Metals (Fe, Cu, Al)
Mixed / Residual waste
Electricity, Heat EA,EW,ES RC RC Legend: materials processes optional processes
EA, EW, ES = emission to air, water and soil RC = resources consumption
Legenda: materiały
procesy
procesy (opcja)
EA, EW, ES = emisja do powietrza, wody i gleby RC = zużycie surowców naturalnych
składowanie ES piec rusztowy komora dopalania kocioł elektrofiltr płuczka, absorber ze złożem koksowym, DeNOx turbina składowanie (odpady niebezp.) obróbka żużla ES ES EA powietrze Ca(OH)2 koks NH4OH żużel stałe pozostałości popiół lotny para pozostałość mineralna gaz kominowy
en. elektryczna en. cieplna metale (Fe, Cu, Al) kruszywo do budowy dróg
Korzyść z zastąpienia
metali metale (Fe, Cu, Al)
odpady mieszane / resztkowe
Korzyść z zastąpienia en. elektrycznej i cieplnej en. elektryczna i cieplna EA,EW,ES RC RC powietrze
Rys.4. Schemat głównych przepływów materiałowych w modelowanej spalarni
Wszystkie powyżej przedstawione scenariusze poddano ocenie wg kryteriów społecznych, ekonomicznych i środowiskowych, z których te ostatnie scharakteryzowano w kolejnym rozdziale pracy.
4. Kryteria środowiskowe oceny systemów gospodarki odpadami
Kryteria środowiskowe opracowano z wykorzystaniem definicji zrównoważonego rozwoju w odniesieniu do gospodarki odpadami i zasad dotyczących postępowania z odpadami. Korzystano z metod służących wdrożeniu głównych celów polityki europejskiej dotyczącej odpadów z uwzględnieniem ochrony środowiska i zdrowia ludzi.
Zrównoważony rozwój środowiskowy może służyć 2 głównym celom: • ochronie surowców i bogactw naturalnych oraz
• zapobieganiu zanieczyszczeniom.
Za kategorie LCIA (Life Cycle Impact Assessment) najlepiej oceniające aspekt środowiskowy oceny scenariuszy gospodarki odpadami, uznano:
• wyczerpywanie zasobów mineralnych- przy uwzględnieniu wielkości
udokumentowanych rezerw zasobów w skorupie ziemskiej oraz aktualnej szybkości ich zużywania;
• globalne ocieplenie- wpływ emisji antropogenicznej na właściwości radiacyjne
atmosfery (np. pochłanianie promieniowania cieplnego). Typowymi emisjami dla gospodarki odpadami, przyczyniającymi się do globalnego ocieplenia są emisje dwutlenku węgla, dwutlenku azotu i metanu. Wpływają więc na wartość tego wskaźnika zarówno biologiczne, jak i termiczne procesy przekształcania odpadów; • toksyczność dla ludzi- ta kategoria oddziaływania obejmuje negatywny wpływ
substancji toksycznych emitowanych do środowiska na zdrowie ludzi. Emisje, które są najbardziej istotne dla tej kategorii oddziaływań to: metale ciężkie, w szczególności sześciowartościowy chrom, rtęć i ołów, nikiel i miedź, dioksyny, bar i antymon. • tworzenie fotoutleniaczy- w wyniku oddziaływania promieniowania słonecznego na
niektóre pierwotne zanieczyszczenia powietrza. W gospodarce odpadami istotnymi emisjami dla tej kategorii oddziaływań są: niemetanowe lotne związki organiczne (NMVOC) i metan ze składowisk oraz emisja NOx i CO z instalacji przekształcania termicznego
• zakwaszenie-oddziaływanie zanieczyszczeń zakwaszających na gleby, wody
podziemne i powierzchniowe, żywe organizmy oraz budynki. W gospodarce odpadami najistotniejsze znaczenie w tej kategorii ma emisja: tlenków azotu z instalacji termicznego przekształcania odpadów, amoniaku z procesów biologicznych, tlenków siarki z produkcji energii elektrycznej
• eutrofizacja- obejmująca wszystkie potencjalne oddziaływania nadmiernie wysokich poziomów substancji nawozowych w środowisku, wśród których najważniejsze są azot i fosfor. W odniesieniu do gospodarki odpadami, potencjał eutrofizacji jest przypisany do emisji NOx i amoniaku do atmosfery oraz fosforu i azotu z procesów biologicznych do wód.
5. Wyniki badań
Zgodnie z zasadami Oceny Cyklu Życia dane wejściowe (tj. surowce i energia) oraz dane wyjściowe (emisje do powietrza, wody, powstawanie odpadów) są obliczane dla każdego stadium życia. Proces ten zwany jest analizą zbioru wejść i wyjść. Wyniki analizy zbioru są łączone dla całego okresu życia. Przez przemnożenie poszczególnych emisji oraz zużycia surowców i energii przez współczynniki charakteryzujące można je przydzielić do poszczególnych wskaźników (kategorii oddziaływań). Całkowite charakterystyczne wartości wskaźników wyrażone są w postaci liczb równoważnych mieszkańców - IE [9]. Ten etap – normalizacja - umożliwia porównanie różnych wskaźników. Należy jednak pamiętać, że 1 IE dla wskaźnika np. zmiany klimatu, nie ma identycznego fizycznego znaczenia co 1 IE dla eutrofizacji. W Narzędziu Oceny wartości wskaźników przedstawiane są oddzielnie dla wszystkich sześciu kryteriów LCA.
W celu łatwiejszej oceny, można zsumować wszystkie wskaźniki przykładając poszczególnym z nich różną wagę oraz odnosząc całkowite oddziaływanie poszczególnych scenariuszy do analizowanego scenariusza bazowego (najczęściej charakteryzującego aktualny stan gospodarki odpadami). Całkowite oddziaływanie środowiskowe, jak i oddziaływania w poszczególnych kategoriach, mogą przyjmować wartości dodatnie
31 (pogorszenie stanu środowiska) lub ujemne (poprawa stanu środowiska). Wynik sumaryczny nie ma sensu fizycznego, służy jedynie porównaniu różnych scenariuszy. Na rys. 5 porównano sposób oddziaływania na środowisko obecnego i planowanych scenariuszy gospodarki odpadami komunalnymi we Wrocławiu.
-35 000 -30 000 -25 000 -20 000 -15 000 -10 000 -5 000 0 5 000 M ie s z k a ń c y R ó w n o w a żn i IE w y c z e rp y w a n ie z a s . m in . g lo b a ln e o c ie p le n ie to k s y c z n o ś ć d la l u d z i tw o rz e n ie fo to u tl e n ia c z y z a k w a s z e n ie e u tr o fi z a c ja Scenariusz 1 Scenariusz 2 Scenariusz 3 Scenariusz 4
Rys. 5. Oddziaływanie na środowisko scenariuszy gospodarki odpadami we Wrocławiu Realizowana obecnie we Wrocławiu gospodarka odpadami komunalnymi powoduje największe obciążenie środowiska, co jest szczególnie widoczne w kategorii zmiany klimatu. Pozostałe scenariusze korzystniej wpływają na środowisko, przy czym najmniej istotne różnice pomiędzy nimi występują w przypadku toksyczności dla ludzi i eutrofizacji. Porównując rozwiązania 2 i 3 ( z tlenową i beztlenową stabilizacja odpadów połączoną z wydzieleniem frakcji paliwowych), bardziej przyjazną dla środowiska we wszystkich kategoriach wpływu jest technologia beztlenowa. Największe różnice na jej korzyść występują w kategorii wyczerpywania się zasobów mineralnych oraz globalnego ocieplenia. Jest to związane z niewystępowaniem uciążliwych emisji z zamkniętych reaktorów.
We wszystkich kategoriach wpływu scenariusz 4 (ze spalaniem odpadów po selektywnej zbiórce) w najmniejszym stopniu obciąża środowisko. Zawarte w tym scenariuszu podsystemy w różny sposób obciążają środowisko, co zilustrowano na rys. 6. W każdej kategorii przekształcanie odpadów, czyli w przypadku tego scenariusza - spalanie, najmniej negatywnie (w porównaniu z gromadzeniem, zbiórką i transportem) wpływa na środowisko.
6. Dyskusja wyników i wnioski
Scenariusz bazowy 1, przedstawiający obecną sytuację gospodarki odpadami we Wrocławiu, został porównany z trzema scenariuszami zakładającymi wykorzystanie w przyszłości termicznych metod przekształcania odpadów. Porównanie środowiskowych
oddziaływań poszczególnych podsystemów wykazuje, że aktualna gospodarka odpadami powoduje największe obciążenie środowiska.
-35000 -30000 -25000 -20000 -15000 -10000 -5000 0 5000 M ie szka ń cy R ó w n o w a żn i IE w ycze rp yw a n ie za s. m in . g lo b a ln e o ci e p le n ie to ksyczn o ść d la l u d zi tw o rze n ie fo to u tl e n ia czy za kw a sze n ie e u tr o fi za cj a Gromadzenie Odbieranie i Transport Przekształcanie
Rys. 6. Wpływ na środowisko podsystemów gospodarki odpadami w scenariuszu 4. Oddziaływania środowiskowe podsystemów gospodarki odpadami w pozostałych scenariuszach są raczej niskie, przy czym wzrost stopnia przetwarzania odpadów (i zmniejszenie ilości odpadów składowanych) prowadzi do ogólnej poprawy stanu środowiska. Oznacza to, że korzyści wynikające z odzysku materiałów i energii, przewyższają obciążenia środowiskowe niektórych podsystemów. Spośród metod biologicznej stabilizacji odpadów po wydzieleniu frakcji wysokokalorycznych, korzystniejsze dla środowiska są metody beztlenowe.. Scenariusz 4, zakładający spalanie odpadów pozostałych po selektywnej zbiórce charakteryzuje się największą w stosunku do innych rozwiązań poprawą stanu środowiska.
33 -1 200 -1 000 -800 -600 -400 -200 0 200 400
Scenariusz 1 Scenariusz 2 Scenariusz 3 Scenariusz 4
O d d z ia ły w a n ie ( -) Środowiskowe Ekonomiczne Społeczne Oddziaływanie
Rys. 7. Oddziaływanie ekonomiczne, społeczne i środowiskowe systemów gospodarki odpadami
Oddziaływania ekonomiczne i społeczne charakteryzują się dodatnimi wartościami wskaźników. Ich wielkości dla wszystkich proponowanych scenariuszy zilustrowano na rysunku 7. Koszty inwestycyjne systemu gospodarki odpadami w scenariuszu 2 są o około 16% wyższe od kosztów obecnego systemu, natomiast inwestycje proponowane w scenariuszach 3 i 4 są odpowiednio o około 55% oraz prawie trzy razy droższe niż w scenariuszu 1.
Roczny koszt systemu gospodarki odpadami w scenariuszu 2 jest o około 50%, w scenariuszu 3 – o około 70% a w scenariuszu 4 – o około 85% wyższy niż w scenariuszu 1 odzwierciedlającym stan obecny. Wszystkie proponowane scenariusze są akceptowane społecznie na porównywalnym poziomie, łącznie ze scenariuszem 4 zakładającym spalanie odpadów (!!!). Ten system gospodarki odpadami jest najkorzystniejszy środowiskowo, ale wymaga około trzykrotnie wyższych kosztów inwestycyjnych.
Generalnie, dążenie do wykorzystania energii zawartej w odpadach komunalnych stanowi spełnienie dążeń do rozwoju zrównoważonego, wpisanych zarówno w założenia polityki energetycznej kraju, jak i sformułowanych w unijnej Dyrektywie 96/92/EC w sprawie zasad europejskiego rynku energii. Dyrektywa ta stwierdza wyraźnie, iż „państwo członkowskie może zobowiązać operatora systemu do zapewnienia priorytetu urządzeniom wytwórczym, wykorzystującym odnawialne źródła zużywającym odpady lub produkującym energię elektryczną i ciepło w skojarzeniu”. Ponadto, zgodnie ze znowelizowaną Ustawą o odpadach (Dz.U. Nr 175, poz. 1458) planuje się kwalifikowanie części energii odzyskanej z termicznego przekształcania odpadów komunalnych jako energii z odnawialnego źródła energii, co ma na celu osiągnięcie wymaganych docelowych udziałów energii ze źródeł odnawialnych w zużyciu energii elektrycznej brutto.
Literatura
[1] Projekt EVK4-CT-2002-0087, 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] Den Boer J., Szpadt E., Jager J., Szpadt R., Sebastian M., Maćków I., Mrowiński P.,
Zastosowanie analizy cyklu życia do modelowania rozwoju zintegrowanych strategii gospodarki odpadami dla szybko rozwijających się miast i regionów, Mat.V Międzyn. Forum Gospodarki Odpadami Poznań-Gniezno, 18-21 maj 2003
[3] Beigl P., Salhofer S., Wassermann G., Maćków I., Sebastian M., Szpadt R., Prognozowanie zmian ilości i składu odpadów komunalnych. Mat. VI Międzyn. Forum Gospodarki Odpadami, Poznań-Licheń Stary, maj-czerwiec, 2005
[4] Maćków I., Małysa H., Sebastian M., Szpadt R., Zmienność składu i właściwości odpadów komunalnych m. Wrocławia w latach 1992-2004. Mat. VI Forum Gospodarki Odpadami, Licheń, maj 2005
[5] Górnikowski W., Maćków I., Szpadt R., Porównanie efektywności różnych scenariuszy zintegrowanej gospodarki odpadami komunalnymi przy użyciu narzędzi LCA na przykładzie m. Wrocławia. Mat.VI Międzyn. Forum Gospodarki Odpadami, Poznań Licheń Stary, maj-czerwiec, 2005
[6] Den Boer J., Waste Management Planning and its Environmental Sustainability ., ISWA 2004 World Conference, Rome, Italy, 18-21 October 2004
[7] Beigl P., Wassermann G., Schneider F., Salhofer S., Municipal Waste Generation Trends in European Countries and Cities. Proceedings of the Ninth International Waste Management and Landfill Symposium Sardinia 2003, Cagliari, 2003
[8] Beigl, P.,Prognose-modell für kommunale Abfälle- Forecasting model for municipal solid wastes, Waste Magazin 2/2004, pp. 5-8
[9] Planowanie i optymalizacja gospodarki odpadami -Podręcznik prognozowania ilości i jakości odpadów komunalnych oraz oceny zgodności systemów gospodarki odpadami z zasadami zrównoważonego rozwoju, redakcja naukowa: Emilia den Boer, Jan den Boer, Johannes Jager, PZiTS, Wrocław, 2005
Uwagi końcowe i podziękowanie
Niniejszy referat powstał w ramach projektu oznaczonego kodem EVK4-CT-2002-00087 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 5th 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
35 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 .Szpadt i Jan den Boer (Technische Universität Darmstadt).
