ΗΜΕΡΙΔΑ ΕΕΔΣΑ «Θερμική Αξιοποίηση Στερεών Αποβλήτων: Καύση RDF/SRF και σύμμεικτων απορριμμάτων » Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αίθουσα Τελετών 28 Μαΐου 2009 Ενεργειακή αξιοποίηση στερεού καυσίμου ανακτηθέντος από απορρίμματα - Τυποποίηση και εφαρμογές E. Κακαράς, Π. Γραμμέλης, Μ. Αγρανιώτης, Ε. Καραμπίνης Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Εργαστήριο Ατμοκινητήρων και Λεβήτων +30 210 772 3662, Fax: +30 210 772 3663, E-mail: ekak@central.ntua.gr

Περιεχόμενα Εισαγωγή Μεθοδολογία Αποτελέσματα – Μελλοντικές εργασίες - Στερεά Καύσιμα ανακτηθέντα από Απορρίμματα (SRF): Ορισμός, Προτυποποίηση, Ποιοτικός Έλεγχος Μεθοδολογία - Δοκιμές μικτής καύσης μεγάλης κλίμακας Μικτή καύση SRF σε λέβητες κονιοποιημένου καυσίμου Μικτή καύση SRF σε λέβητες ρευστοποιημένης κλίνης - Δυναμικό μικτής καύσης SRF στην Ελλάδα Αποτελέσματα – Μελλοντικές εργασίες Συμπεράσματα

Σημερινές πρακτικές διαχείρισης απορριμμάτων στην ΕΕ– Μελλοντικοί στόχοι Διαφορετικές οδοί ακολουθούνται από τις χώρες μέλη της προς το στόχο της μείωσης της ποσότητας των αστικών στερεών αποβλήτων (Municipal Solid Waste – MSW) που οδηγούνται σε χωματερές Οι εθνικές στρατηγικές επεξεργασίας απορριμμάτων περιλαμβάνουν: - Ανάκτηση υλικών σε εργοστάσια Μηχανικής και Βιολογικής Επεξεργασίας (MBT) - Ανάκτηση υλικών & Αποτέφρωση MSW Αποτέφρωση >25%, Ανάκτηση υλικών >25% Αποτέφρωση <25%, Ανάκτηση υλικών >25% Αποτέφρωση <25%, Ανάκτηση υλικών <25% 4. Εκτός κάλυψης στοιχείων Διάγραμμα: κατηγοριοποίηση χωρών ανάλογα με τις τωρινές πρακτικές επεξεργασίας απορριμμάτων, Πηγή: EEA, Δεδομένα 2003 Διάγραμμα: Βιοδιασπόμενα MSW απορριπτόμενα σε χωματερές το 2003, Πηγή: European Environment Agency

Στερεά Ανακτηθέντα Καύσιμα: Ορισμός και Ονοματολογία Στερεό Ανακτηθέν Καύσιμο (Solid Recovered Fuel – SRF): «Καύσιμο που παράγεται από μη επικίνδυνα απόβλητα για να αξιοποιηθεί σε ανάκτηση ενέργειας από μονάδες αποτέφρωσης και συν-αποτέφρωσης» Ο όρος RDF (Refuse Derived Fuels) μπορεί να περιλαμβάνει όλα τα ανακτηθέντα καύσιμα που προέρχονται από μη επικίνδυνα απόβλητα Για το χαρακτηρισμό του ανακτηθέντος καυσίμου ως “SRF”, πρέπει να πληρούνται οι προϋποθέσεις του προτύπου CEN/TC 343 Πρόσθετη προτυποποίηση του SRF σύμφωνα με εθνικά πρότυπα (π.χ. το γερμανικό πρότυπο RAL-GZ 724) είναι δυνατή και τείνει να βελτιώνει την ανταγωνιστικότητα του καυσίμου Διάγραμμα: Διαδικασία για πιστοποίηση ενός καυσίμου ως SRF Διάγραμμα: Υποχρεωτικές αναλύσεις για την προτυποποίηση του SRF 4

Στάδια Παραγωγής SRF Σημερινή πρακτική: Απόθεση απορριμμάτων σε ΧΥΤΑ ή ανεξέλεγκτη ταφή και καύση χωρίς ανάκτηση ενέργειας και με σοβαρές περιβαλλοντικές επιπτώσεις Εναλλακτικά: Καινοτόμα συστήματα διαχωρισμού που βασίζονται στην ακτινοβολία του υπέρυθρου φάσματος (Near Infrared Technology, NIR) εφαρμόζονται σε σύγχρονα εργοστάσια παραγωγής SRF Κύρια στάδια της διαδικασίας παραγωγής του SRF Διαλογή στην πηγή Μηχανικός διαχωρισμός Μείωση μεγέθους (άλεση σε διάφορους τύπους μύλων) Διαχωρισμός και κοσκίνισμα Ανάμιξη διαφορετικών ρευμάτων ομογενοποίηση Ξήρανση και πελλετοποίηση Συσκευασία και αποθήκευση (Πηγή: www.titech.com)

Προτυποποίηση SRF Δομή του Συστήματος διαχείρισης ποιότητας για το SRF Σκοπός και επιμέρους στόχοι της ομάδας εργασίας CEN/ TC 343 Οργάνωση και δομή της ομάδας εργασίας σχετικά με την προτυποποίηση του SRF (CEN/ TC 343) WG1: Ορολογία και διαχείριση ποιότητας WG2: Ταξινόμηση καυσίμων και προδιαγραφές WG3: Δειγματοληψία και καθορισμός του βιογενούς κλάσματος του ανακτηθέντος καυσίμου WG4: Φυσικές και μηχανικές δοκιμές WG5: Χημικές δοκιμές Πηγή: Quovadis Project

SRF – Πλεονεκτήματα της μικτής καύσης, Ανησυχίες Εξοικονόμηση ορυκτών καυσίμων Εναλλακτική διαχείριση αποβλήτων σε σχέση με την αποτέφρωση MSW (βλ. Διάγραμμα) 50-70% κβ βιογενές περιεχόμενο στο SRF  μείωση των εκπομπών CO2 Αξιοποίηση υφιστάμενων εγκαταστάσεων (τσιμεντοβιομηχανία, ηλεκτροπαραγωγή) για μικτή καύση του SRF  μικρό κόστος επένδυσης, επωφελείς οικονομίες κλίμακας Σχήμα: Ειδικές εκπομπές CO2 από διαφορετικά στερεά καύσιμα και δύο ανακτηθέντα καύσιμα, Πηγή: Remondis AG Ανησυχίες Ανησυχία σχετικά με τις αποκλίσεις των ελέγχων που εφαρμόζονται σε μονάδες αποκλειστικής αποτέφρωσης και συναποτέφρωσης Ποιοτικός έλεγχος καυσίμου, πιθανοί ρυπαντές στο SRF (Cl, Βαρέα μέταλλα) Απαραίτητη η δημόσια αποδοχή και εμπιστοσύνη Ανάγκη για προτυποποίηση και κατηγοριοποίηση του SRF 7

Δυναμικό μικτής καύσης SRF στην Ευρώπη Τσιμεντοβιομηχανία Βιομηχανία γύψου Θερμικοί σταθμοί με καύσιμο λιγνίτη ή λιθάνθρακα Ενέργεια από ορυκτά καύσιμα ~ 400x103 TJ/a για την παραγωγή 130 – 180 Mt τσιμέντου 80x103 TJ/a για την παραγωγή 20 Mt γύψου 5800x103 TJ/a (145 Μtoe/a) Δυνατό ποσοστό υποκατάστασης (θερμικό) 30 –50 % 5 – 10 % Ποσότητες SRF 6 – 11 Mt SRF/a 1 – 2 Mt SRF/a 14 – 29 Mt SRF/a Συνολικό δυναμικό για το SRF: 21-42 Mt/a, Σημερινές ποσότητες αξιοποίησης SRF στην ΕΕ: 5 Mt/a (Πηγή: European Recovered Fuel Organization -ERFO)

Μικτή καύση SRF σε ανθρακικούς σταθμούς: Η περίπτωση της Γερμανίας Από τον Ιούνιο 2005 δεν επιτρέπεται στη Γερμανία η απόθεση απορριμμάτων που δεν έχουν υποστεί μηχανική / βιολογική επεξεργασία σε ΧΥΤΑ Προβλέπεται η έλλειψη υποδομών σε εγκαταστάσεις θερμικής αξιοποίησης SRF για τα επόμενα χρόνια Οι ανθρακικοί σταθμοί μπορούν να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο καλύπτοντας μέρος των εμφανιζόμενων ελλείψεων για την ενεργειακή αξιοποίηση του SRF Θερμικός Σταθμός Εταιρεία Καύσιμο υποκατάστασης Συνεχής λειτουργία από Δυναμικό (ktons/a) Boxberg III Vattenfall Λυμματολάσπη 03/1999 160 “ Κρεατάλευρα 12/2002 35 Jaenschwalde SRF 02/2005 400 Lippendorf 07/2004 385 Schwarze Pumpe Αναμεμιγμένο ανακτηθέν κλάσμα 06/2001 360 Χαρτοπολτός 12/2005 100 Berrenrath RWE-Power 2006 Weisweiler 2004 200 Σχήμα: Έρευνα αγοράς για το SRF. Πρόβλεψη της παραγωγής και ζήτησης SRD στη Γερμανία,(Πηγή: Prognos AG) Πίνακας: Γερμανικοί θερμικοί σταθμοί, όπου εφαρμόζεται η μικτή καύση διάφορων εναλλακτικών καυσίμων

Μικτή καύση SRF στο λιγνιτικό σταθμό κονιοποιημένου καυσίμου “Weisweiler” Δοκιμές μικτής καύσης διάρκειας τριών εβδομάδων έλαβαν χώρα στο λιγνιτικό σταθμό Weisweiler ιδιοκτησίας RWE στη Γερμανία Παροχή SRF σε κάθε μονάδα: 12,5 t/h που αντιστοιχεί σε 2% θερμικό ποσοστό υποκατάστασης Δύο λέβητες ονομαστικής ισχύος 600 MWe χρησιμοποιήθηκαν για τις δοκιμές Τεχνικά ζητήματα που εξετάστηκαν: - Διαχείριση και τροφοδοσία καυσίμου - Απόδοση μύλων κονιοποίησης - Συμπεριφορά – απόδοση καύσης - Εκπομπές - Ιδιότητες τέφρας Σχήμα: Φωτογραφία και σχηματικό διάγραμμα του Θερμικού σταθμού Weisweiler (Πηγή: RWE – Power)

Δοκιμές μικτής καύσης στο λιγνιτικό σταθμό ρευστοποιημένης κλίνης “Berrenrath” Παρακολούθηση της μικτής καύσης SRF για μια συνεχή περίοδο 6 μηνών Δυο διαφορετικές μετρητικές καμπάνιες πραγματοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια της εξεταζόμενης περιόδου Χρησιμοποιηθέντα καύσιμα: γερμανικός λιγνίτης, λυματολάσπη, SRF Ποσοστά θερμικής ισχύος για τις εξεταζόμενες περιπτώσεις Λιγνίτης 100 % 90-100% 70-100% Λυματολάσπη 0-10% 0-5% SRF 10-20% Διαγράμματα: Φωτογραφία και σύστημα τροφοδοσίας της μονάδας Berrenrath, Πηγή: RWE - Power Πίνακας: Εξετασθέντα ποσοστά μικτής καύσης κατά τη διάρκεια των δοκιμών Οι δοκιμές επικεντρώθηκαν στα εξής: - Σύστημα επεξεργασίας και τροφοδοσίας SRF - Επίδραση του SRF στο δυναμικό διάβρωσης Μετρητικός εξοπλισμός για τον έλεγχο της διάβρωσης: - Online δειγματολήπτες μέτρησης HCl στην καμινάδα - Online δειγματολήπτες μέτρησης διάβρωσης στον Υ/Θ - Δειγματολήπτες επικαθήσεων στον Υ/Θ 11

Δοκιμές μικτής καύσης σε σταθμούς κονιοποιημένου καυσίμου - Αποτελέσματα Προετοιμασία και σύσταση SRF Ξεφόρτωμα και επεξεργασία SRF Μεταφορά μέσω ιμάντα και τροφοδοσία Συμπεριφορά καύσης (έναυση, burnout) Συγκράτηση ρυπαντών από την τέφρα Μειωμένα όρια εκπομπών (17. BlmSchV) Ιδιότητες τέφρας για απόρριψη σε χωματερές Αναγκαία η στέγαση του χώρου εκφόρτωσης των φορτηγών μεταφοράς του εναλλακτικού καυσίμου για μεγαλύτερη αντιανεμική προστασία. Αναγκαίες μικρές βελτιώσεις στο σύστημα τροφοδοσίας καυσίμου για την περίπτωση συνεχούς λειτουργίας μικτής καύσης. Δε διαπιστώθηκε μεταβολή στις εκπομπές ρύπων λόγω της χρησιμοποίησης του εναλλακτικού καυσίμου. Η τέφρα εξακολουθεί και πληροί τις αναγκαίες προδιαγραφές για απόθεση. Πηγή: RWE-Power, “Recofuel” workshop

Δοκιμές μικτής καύσης σε σταθμούς ρευστοποιημένης κλίνης - Αποτελέσματα Προετοιμασία και ποιότητα SRF Ξεφόρτωμα, επεξεργασία και τροφοδοσία SRF Συμπεριφορά καύσης (έναυση, burnout) Μειωμένα όρια εκπομπών (WID και 17. BlmSchV) Δυναμικό διάβρωσης στη μικτή καύση SRF Η μικτή καύση λυματολάσπης ως συμπληρωματικό καύσιμό μαζί με το SRF μειώνει το δυναμικό διάβρωσης από το χλώριο Ελέγχος του περιεχόμενου χλωρίου στο SRF μέσω Συστήματος Διαχείρισης Ποιότητας: απαραίτητο προκειμένου να καταγράφεται το ποσό του χλωρίου που εισέρχεται στον λέβητα Online μέτρηση του HCl: χρήσιμη μέθοδος για την εκτίμηση του δυναμικού διάβρωσης και για τον καθορισμό μέγιστων τιμών του Cl που επιτρέπεται να εισέλθουν στον λέβητα Πηγή: RWE-Power, “Recofuel” workshop

Ποσότητες αστικών απορριμμάτων στην Δυτική Μακεδονία / Δυναμικό SRF Τοποθεσία Κεντρικής Χωματερής Φλώρινα Καστοριά Αμύνταιο Πτολεμαϊς Τσοτύλι Γρεβενά Κοζάνη Σέρβια Σιάτιστα Υπόμνημα Μεγάλος σταθμός μεταφόρτωσης Μικρός σταθμός μεταφόρτωσης Βασικοί Υπολογισμοί: Εξετάζεται το σενάριο μιας κεντρικής μονάδας Μηχανικής Επεηεργασίας για την παραγωγή SRF στην Περιφέρεια της Δυτικής Μακεδονίας: Ετήσια παραγωγή : 105.000tn Ετήσια παραγωγή SRF : 20.000-50.000tn (ανάλογα με την εφαρμοζόμενη τεχνολογία) Ενεργειακό δυναμικό (Hu: 14MJ/kg): ~0,26-0,70·106 GJ Ετήσια ενεργειακή κατανάλωση μιας λιγνιτικής μονάδας 300MWe ~25·106 GJ Ποσοστό υποκατάστασης ως προς το SRF: ~1 – 2,8% Απαιτείται ένα δεύτερο καύσιμο υποκατάστασης (βιομάζα, π.χ. αγροτικά υπολείμματα στην περιοχή) Ενεργειακό δυναμικό βιομάζας: ~ 2·106 GJ Εικόνα: Εργοστάσιο Μηχανικής επεξεργασίας απορριμμάτων για την περιοχή της Δ. Μακεδονίας. Αγροτικά Υπολείμματα (tn/yr) (*)Ενεργειακό Δυναμικό (GJ/yr) Νομαρχία Κοζάνης 192.872,61 1,562*10 6 Νομαρχία Γρεβενών 70.602,18 0,569*10 6 (*) παραδοχή: 50% των παραγόμενων ποσοτήτων είναι διαθέσιμα

Το Εργοστάσιο Μηχανικής Επεξεργασίας και Ανακύκλωσης (ΕΜΑΚ) στα Άνω Λιόσια Σε λειτουργία από το 2006 Εισερχόμενα ρεύματα απορριμμάτων: ανάμικτά αστικά στερεά απόβλητα, ξύλο Χρησιμοποιούνται συμβατικές μέθοδοι μηχανικού διαχωρισμού και στάδια διαλογής Μη χρησιμοποίηση οπτικών μεθόδων διαχωρισμού Εισερχόμενα ρεύματα (ημερησίως): 1300t από τους ~6500t που παράγονται στην Αττική Παραγόμενο SRF: 33% Fe + Μη σιδηρούχα μέταλλα: 3% Κομπόστ: 15% Απώλειες νερού: 23% Απορρίμματα προς χωματερή: 26% Η παραγόμενη ποσότητα SRF δεν αξιοποιείται πλήρως: Πρόσθετες εργασίες χρειάζονται για να επιτευχθεί η δημόσια αποδοχή για το συγκεκριμένο καύσιμο Απαιτείται προτυποποίηση και κατηγοριοποίηση Διάγραμμα: Σύσταση του παραγόμενου στην Αθήνα SRF, Πηγή: ΕΣΔΚΝΑ

Ιδιότητες RDF από τον ΕΜΑΚ Λιοσίων Σύγκριση ιδιοτήτων καυσίμου μεταξύ του RDF από τον ΕΜΑΚ Λιοσίων του του SBS®1 που παράγεται από την εταιρεία Remondis Αθηναϊκό RDF SBS®1 (2007) Κ.Θ.Ι. (MJ/kg ως έχει) Υγρασία (%) Cl (% επί ξηρού) Hg (mg/kg επί ξηρού) Κ.Θ.Ι. (MJ/kg ως έχει) Ελάχιστο 7,95 10,4 0,08 0,12 9,92 7,20 0,20 Μέγιστο 21,72 49,9 1,37 1,30 18,6 23,10 0,80 Μέσο 13,62 27,1 0,34 0,36 14,15 21,50 0,44 0,31 Τυπική Απόκλιση 2,80 5,8 0,27 0,29 1,25 4,06 0,13 0,15 # δειγμάτων 61 57 15 79 14 Τα δεδομένα για το RDF του ΕΜΑΚ παρασχέθηκαν από τον ΕΣΔΚΝΑ και συλλέχθησαν κατά την πρώτη περίοδο λειτουργίας του Το RDF του ΕΜΑΚ είναι συγκρίσιμο με το SBS®1, το οποίο χρησιμοποιείται σε εφαρμογές μικτής καύσης στην ηλεκτροπαραγωγή - Συγκρίσιμες τιμές Cl και Hg - RDF από ΕΜΑΚ: Μεγαλύτερη περιεχόμενη υγρασία και χαμηλότερη NCV - RDF από ΕΜΑΚ: Μεγαλύτερη τυπική απόκλιση σε όλες τις ιδιότητες καυσίμων Προκειμένου να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές μικτής καύσης σε άλλα εργοστάσια, όπως στη τσιμεντοβιομηχανία: Απαραίτητη η αύξηση της NCV από 13-14 MJ/kg σε 20-22 MJ/kg

Πιθανή κατηγοριοποίηση «Αθηναϊκού RDF» σύμφωνα με CEN/TC 343 Κατηγοριοποίηση βασισμένη στο πρότυπο CEN/TS 15359 Παράμετροι κατηγοριοποίησης: NCV-raw (MJ/kg), Cl-dry (%w.), Hg (mg/MJ) Κατώτερη Θερμογόνος Ικανότητα (NCV)  Δείκτης οικονομικής απόδοσης Χλώριο (Cl)  Δείκτης τεχνολογικής απόδοσης Υδράργυρος (Hg)  Δείκτης περιβαλλοντικής απόδοσης Για κάθε παράμετρο: Κατηγοριοποίηση σε μια από τις πέντε υπάρχουσες κλάσεις (Κλάση 1-5) ανάλογα με τις υπολογιζόμενες τιμές του καυσίμου. Η κατηγοριοποίηση του καυσίμου εξαρτάται τελικά κι από τις τρεις παραπάνω τιμές (π.χ. NCV, Cl, Hg) = (4, 2, 1). Προτεινόμενη κατηγοριοποίηση του παραγόμενου RDF από τον ΕΜΑΚ Λιοσίων: NCV 4; Cl 2; Hg 1 Κατηγοριοποίηση του SBS®1 της Remondis: NCV 4; Cl 2; Hg 1

Συμπεράσματα (1/2) Η αγορά για τα στερεά βιοκαύσιμα (SRF & βιομάζα) στην ΕΕ αναπτύσσεται συνεχώς - Ανάγκη προτυποποίησης Η μικτή καύση Στερεών Ανακτηθέντων Καυσίμων από Απορρίμματα σε υπάρχοντες σταθμούς άνθρακα ή την τσιμεντοβιομηχανία είναι μια αξιόπιστη, ήδη δοκιμασμένη τεχνολογία και μπορεί να αποτελέσει μέρος ενός αειφόρου συστήματος διαχείρισης απορριμμάτων Η πρακτική αυτή αναμένεται να διαδραματίσει έναν ολοένα και σημαντικότερο ρόλο στο μέλλον, εξαιτίας μιας σειράς πλεονεκτημάτων (οικονομικοί λόγοι, υφιστάμενες εγκαταστάσεις, καλή περιβαλλοντική συμπεριφορά) Η μικτή καύση SRF με άνθρακα προτιμάται όπου δεν εφαρμόζονται ανταγωνιστικές τεχνολογίες. Εκτεταμένη επίδειξη της μικτής καύση SRF σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής / μονάδες τσιμέντου θα περιορίσει τις κοινωνικές ανησυχίες

Συμπεράσματα (2/2) Η καλή επικοινωνία / συνεργασία ανάμεσα στον παραγωγό του SRF, τον τελικό χρήστη αλλά και την ευρύτερη κοινότητα είναι απαραίτητη. Το πρότυπο CEN/TC 343 βρίσκεται υπό προετοιμασία. Θεωρείται βασικό στην ανάπτυξη ενός κοινού επίπεδου κατανόησης σχετικά με τις ιδιότητες του καυσίμου και την απαιτούμενη διαχείριση ποιότητας κατά την παραγωγή του καυσίμου Κυριότερα εμπόδια για την περαιτέρω ανάπτυξη της αγοράς των στερεών βιοκαυσίμων και της μικτής καύσης: εφοδιαστική, τεχνικός τομέας (προεπεξεργασία των καυσίμων, βελτιστοποίηση της λειτουργίας των μονάδων), νομοθεσία, κοινωνική αποδοχή. Το ποσοστό ενεργειακής αξιοποίησης των ανακτηθέντων καυσίμων στην Ελλάδα θα μπορούσε να αυξηθεί. Οι σημερινές ποσότητες ανακτηθέντων καυσίμων έχουν ιδιότητες παραπλήσιες με καύσιμα γερμανικής προέλευσης, τα οποία έχουν ήδη βρει εφαρμογή στην ηλεκτροπαραγωγή.