Jätteiden energiakäytön näkymät Euroopassa leijukerrospolton kannalta

Polttaminen on tehokas jätteenkäsittelymenetelmä, jossa jätteen tilavuus pienenee huomattavasti ja energiasisältö voidaan hyödyntää. Euroopan yhtenäistyneen ja tiukentuneen jätelainsäädännön takia jätteen sijoittaminen kaatopaikoille tulee vähenemään merkittävästi, jolloin jätteenkäsittelyn kapasiteettivaje voidaan korvata ensisijaisesti jätettä hyödyntävillä käsittelymenetelmillä. Tässä työssä tarkastellaan kiinteiden polttokelpoisten jätteiden hyödyntämistä polttoaineena erityisesti Suomessa yleisesti käytettävän leijukerrospolton kannalta. Työn tavoitteena on vertailla yleisimpiä jätteen energiakäytössä käytettäviä tekniikoita ja tutkia jätteen energiakäytön nykytilaa sekä tulevaisuuden mahdollisuuksia Euroopan maissa. Työ voidaan jakaa kahteen osaan: alkuosassa on esitetty kiinteän polttoaineen palamisen teoriaa sekä erilaisten kiinteiden polttoaineiden ominaisuuksia. Lisäksi alkuosassa on perehdytty yleisimpiin jätteen energiakäytön tekniikoihin. Työn jälkimmäisessä osassa on käsitelty jätteen energiakäyttöä ohjaavia tekijöitä sekä esitetty jätehuollon nykytila Suomessa ja muutamassa muussa Euroopan maassa. Tarkoituksena on ollut antaa yleiskuva siitä, miten jätettä hyödynnetään energiantuotannossa eri puolilla Eurooppaa ja miten yhtenäistyvä lainsäädäntö vaikuttaa eri maiden jätehuoltopolitiikkaan sekä jätteen energiakäytön määriin.

Kuivajätteen hyödyntämisprosessi

Jätemäärät Suomessa ja useimmissa muissakin maissa ovat kasvavia tehostuneesta kierrätyksestä huolimatta. Kaatopaikka on edelleen yleisin jätteen loppusijoituspaikka. Sinne päätyy paljon kierrätettäväksi kelpaavaa materiaalia muun muassa kuitumateriaalia, joka olisi käyttökelpoista uusiomassan raaka-ainetta. Metso Paper Oy on kehittänyt prosessin, jolla voidaan erottaa kuitumateriaali kuiva- tai energiajätteestä. Prosessista on rakennettu siirrettavä koelaitteisto, jonka tarkoituksena on osoittaa, että kuidun talteenotto kuivajätteestä on mahdollista sekä taloudellisesti mielekästä. Työn alkuosassa tarkastellaan uusiokuidun ominaisuuksia ja sen käyttökohteita. Lisäksi tarkastellaan kuivajätteen hyödyntämistä hylsykartongin ja kierrätettävän muovin raaka-aineena. Työn tavoitteena on arvioida erilaisten raaka-aineiden soveltuvuutta prosessiin koeajotulosten pohjalta sekä tarkastella saavutettuja massan laatuarvoja ja niiden soveltuvuutta erilaisiin paperi- ja kartonkituotteisiin. Ominaisuuksiltaan uusiokuitu on aina ensikuitua heikompi. Kuivajätteestä voidaan prosessilla erottaa kuitua, joka laadultaan kelpaa ainakin ruskeisiin pakkausmateriaaleihin.

Yhdyskuntajätteen käsittelyä koskevien tavoitteiden saavutettavuus Etelä-Karjalassa

Tämän diplomityön tavoitteena on arvioida Etelä-Karjalan nykyisten ja mahdollisten tulevaisuuden jätteenkäsittelymenetelmien kykyä saavuttaa Euroopan Unionin ja Suomen kansalliset yhdyskuntajätettä koskevat tavoitteet. Jätteenkäsittelyvaihtoeh-doissa on erityisesti otettu huomioon sivutuoteasetuksen vaikutukset. Tutkimuksessa määritetään Etelä-Karjalassa muodostuvat biohajoavan ja muun yhdyskuntajätteen kertymät ja niiden nykyinen käsittelyn jakauma. Etelä-Karjalassa syntyi vuonna 2003 noin 56 000 tonnia yhdyskuntajätettä, josta 43 000 tonnia oli biohajoavaa. Biohajoavasta jätteestä 29 % sijoitettiin kaatopaikalle, 29 % kierrätettiin, 30 % ohjautui biologiseen hyödyntämiseen ja 12 % käytettiin energiana. Kokonaisyhdyskuntajätekertymästä 61 % hyödynnettiin. Kaatopaikkadirektiivissä on asetettu tavoitteet biohajoavan yhdyskuntajätteen kaatopaikkasijoittamisen vähentämiselle. Vuonna 2009 kaatopaikalle saa sijoittaa 50 % ja vuonna 2016 enää 35 % vuonna 1995 muodostuneesta biohajoavasta yhdyskuntajätekertymästä. Jätemäärien kasvu huomioon ottaen sekä nykyisellä jätehuoltojärjestelmällä että mahdollisilla tulevaisuuden käsittelymenetelmillä Etelä-Karjalassa saavutetaan tai jopa ylitetään kaatopaikkadirektiivissä asetetut tavoitteet.

Biojätteen erilliskeräyksen ja sekajätteenkeräyksen kustannusvertailu

Tutkimuksessa selvitetään biojätteen erilliskeräyksen ja sekajätteenkeräyksen kustannusero. Tutkimuksen tarkastelualueena käytetään Etelä-Karjalan Jätehuolto Oy:n toiminta-aluetta. Selvityksessä käytettään alueelle tyypillisiä keräystapoja ja lähtötietoja. Selvityksessä tarkastellaan ainoastaan kotitalouksissa syntyvän jätteen keräyskustannuksia. Ulkopuolelle on jätetty liikekiinteistöt ja liiketiloja sisältävät asuintaloudet sekä aluekeräyspisteet, mutta muuten kustannustekijät on pyritty huomioimaan mahdollisimman laajalti. Tutkimuksen mukaan biojätteen erilliskeräyksen kustannukset ovat selvästi suuremmat kuin sekajätteen keräyksen. Omakotitaloalueilla keräyskustannukset ovat kaksi kertaa suuremmat kuin kerros- ja rivitaloalueella. Sekajätteenkeräyksen kokonaiskustannukset ovat noin 1960 mk/t ja biojätteen erilliskeräyksen noin 2900 mk/t. Muita tutkimuksia suurempi kustannusero selittyy osin sillä, että kustannustekijöitä on huomioitu laajemmin kuin muissa tämäntyyppisissä tutkimuksissa. Jätteenkeräyksen kustannuksia pystytään pienentämään esimerkiksi lisäämällä omatoimista kompostointia, keräysvälineiden teknillisellä kehittämisellä ja pientaloaluilla kiinteistöryhmäkohtaisten keräyspisteiden muodostamisella.

Seisokkien aiheuttamat kustannukset ja tulonmenetykset ongelma- ja yhdyskuntajätteen termisessä käsittelyssä

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli selvittää seisokkitunnista aiheutuvat kustannukset ja tulonmenetykset eri polttolinjoille ja niiden kombinaatioille Ekokem Oy Ab:n jätteenpolttolaitoksessa. Työ suoritettiin tarkastelemalla prosessitietokantaan tallentunutta tietoa sekä keräämällä tietoa haastatteluilla. Jätetulon menetyksen määrittelytavalla oli keskeinen vaikutus tulonmenetysten muodostumiseen. Muita kustannuksiin ja tulonmenetyksiin vaikuttavia tekijöitä olivat vuodenaika, seisokin pituus ja energiantoimituksen sopimukset. Kaikissa seisokeissa ei välttämättä aiheudu välitöntä jätetulon menetystä, mutta käsittelemättä jäävän jätteen voidaan silti nähdä aiheuttavan tilapäisvarastoinnin tarvetta, josta aiheutuu kustannuksia. Tämän vuoksi eri polttolinjojen jätetulon menetys laskettiin kahdella tavalla olettaen ensin kaiken polttamatta jäävän jätteen aiheuttavan jätetulon menetystä sekä siten, että jätetulon menetys ja mahdollisesta varastoinnista aiheutuvat kustannukset arvioitiin kokemusperäisesti. Jätetulon todellisten menetysten määräytyminen voi tapahtua kummalla tavalla hyvänsä riippuen seisokkihetkellä vallitsevista olosuhteista. Kustannukset ja tulonmenetykset laskettiin kolmelle eripituiselle ajanjaksolle ja jaettiin tuntihinnoiksi. Työssä käsitellyille eri seisokkitilanteille saatiin 131 eri tuntihintaa kun muuttujia vaihdeltiin. Suurimmat kustannukset ja tulonmenetykset muodostuivat jätevoimalan seisokista lämmityskaudella. Tämä johtui siitä, että jätevoimalassa poltettavaa yhdyskuntajätettä ei pystytä varastoimaan toisin kuin ongelmajätteitä. Jätevoimalan seisokkitunti voi lämmityskaudella maksaa enimmillään 2600 €/h, josta menetetyn jätetulon osuus on liki puolet. Lisäksi jätevoimalan höyryntuotanto on yli puolet kokonaistuotannosta.

Waste-to-Energy Scenarios in the China Context

Waste incineration plants are increasingly established in China. A low heating value and high moisture content, due to a large proportion of biowaste in the municipal solid waste (MSW), can be regarded as typical characteristics of Chinese MSW. Two incineration technologies have been mainly established in China: stoker grate and circular fluidized bed (CFB). Both of them are designed to incinerate mixed MSW. However, there have been difficulties to reach the sufficient temperature in the combustion process due to the low heating value of the MSW. That is contributed to the usage of an auxiliary fossil fuel, which is often used during the whole incineration process. The objective of this study was to design alternative Waste-to-energy (WTE) scenarios for existing WTE plants with the aim to improve the material and energy efficiency as well as the feasibility of the plants. Moreover, the aim of this thesis was to find the key factors that affect to the feasibility of the scenarios. Five different WTE plants were selected as study targets. The necessary data for calculation was gained from literature as well as received from the operators of the target WTE plants. The created scenarios were based on mechanical-biological treatment (MBT) technologies, in which the produced solid recovered fuel (SRF) was fed as an auxiliary fuel into a WTE plant replacing the fossil fuel. The mechanically separated biowaste was treated either in an anaerobic digestion (AD) plant, a biodrying plant, a thermal drying plant, or a combined AD plant + thermal drying plant. An interactive excel spreadsheet based computation tool was designed to estimate the viability of the scenarios in different WTE cases. The key figures of the improved material and energy efficiency, such as additional electricity generated and avoided waste for landfill, were got as results. Furthermore, economic indicators such as annual profits (or costs), payback period, and internal rate of return (IRR) were gained as results. The results show that the AD scenario was the most profitable in most of the cases. The current heating value of MSW and the tipping fee for the received MSW appeared as the most important factor in terms of feasibility.

Promoting Cleantech in Emerging Markets: Business Model for Waste Pre-treatment Equipment in China

Waste incineration is becoming increasingly widespread method of waste disposal in China. Incineration plants mostly use grate and circular fluidized bed (CFB) technology. Waste combustion in cement production is also beginning to gradually increase. However, Chinese waste composition is causing problems for the energy utilization. Mechanical waste pre-treatment optimizes the combustion process and facilitates the energy recovery. The objective of this study is to identify how Western waste pre-treatment manufacturer could operate in Chinese markets. Chinese waste management industry is reviewed via PESTEL analysis. The current state and future predictions of grate and CFB incineration as well as cement manufacturing are monitored. Grate combustion, which requires lesser waste pre-treatment, is becoming more common at the expense of CFB incineration in China. The most promising future for waste treatment is in cement production industry. Waste treatment equipment manufacturer should try to create pilot projects with biggest cement producers with a view of growing co-operation in the future.

Jätteenpolton tulevaisuus Suomessa

Vuonna 2013 Suomessa astui voimaan Valtioneuvoston asetus kaatopaikoista 331/2013. Siinä asetettiin muun muassa rajoituksia orgaanisen ja biohajoavan aineksen sijoittamisesta kaatopaikoille. Tämä rajoitus astuu voimaan 1. tammikuuta 2016 alkaen, josta lähtien kaatopaikoille sijoitettava jäte ei saa sisältää yli 10 prosenttia orgaanista tai biohajoaaa ainesta. Asetus aiheutti muutos paineen Suomen jätesektorille, jossa perinteisesti oltiin suurin osa jätteestä sijoitettu kaatopaikoille. Edelleen suurin osa syntyvistä jätteistä sijoitetaan kaatopaikoille, mutta yhdyskuntajätteen energiahyödyntäminen on kasvattanut roolia huomattavasti. Kun 2000-luvun alussa Suomen jätteenpolttolaitosten kapasiteetti oli vielä 50 000 tonnia jätettä vuodessa, on kapasiteetti vuonna 2016 lähes 1,7 miljoonaa tonnia. Vuonna 2016 Suomessa on yhdeksän toiminnassa olevaa jätteenpolttolaitosta ja työn tarkasteluhetkellä uusia ei ole suunnitteilla. On todennäköistä, ettei jätteenpolttolaitosten kapasitetti nouse enää huomattavasti, koska poltettavan jätteen määrä on rajallinen ja kapasiteetin nostaminen vaatisi jätteen tuomista muualta.

Yhdyskuntajätteen mekaanisen erottelun erotustehokkuus

EU:n jätehierarkia asettaa jätteenkäsittelyssä materiaalien hyötykäytön energiahyötykäytön edelle. EU on asettanut korkeat tavoitteet jätteenkierrätykseen, 50 painoprosenttia kotitalousjätteestä on ohjattava kierrätykseen vuoteen 2020 mennessä. Suomessa kaatopaikoista on pyritty eroon lisäämällä jätteenpolttokapasiteettia. Jätteiden hyödyntämisen osalta tilanne Suomessa on hyvä, mutta kierrätystavoitteiden täyttyminen nykyisillä toimilla vaikuttaa epätodennäköiseltä. Tässä työssä selvitetään mitä mekaanisia jätteen erottelumenetelmiä maailmalla on käytössä ja kuinka tehokkaita ne ovat. Työn tavoitteena on tutkia voitaisiinko kierrätystä Suomessa tehostaa yhdyskuntajätteen mekaanisella käsittelyllä. Kirjallisuusselvityksen lisäksi työssä on simuloitu mekaanisia erotteluketjuja ja verrattu niillä saatuja tuloksia Suomen syntypaikkalajittelun tasoon. Tämän tutkimuksen perusteella, mikään yksittäinen mekaaninen erottelumenetelmä ei riittävän tehokas erottelemaan kierrätettäviä materiaaleja yhdyskuntajätteestä. Mekaanisia erottelumenetelmiä tulee yhdistää lajittelulinjastoiksi, joiden optimoiminen on monen tekijän summa. Lajittelulinjaston suunnitteluun vaikuttavat muun muassa lähtömateriaalin laatu ja lopputuotteiden käyttötarkoitukset. Yhdyskuntajätteen sisältämä biojäte likaa herkästi muut jätteet ja vaikeuttaa mekaanisesti eroteltujen jätejakeiden uudelleenkäyttöä. Biojätteen poistaminen muiden jätteiden joukosta olisi ensiarvoisen tärkeää mekaanisen erotuksen tehokkuuden kannalta. Mekaaniset erotteluketjut poistavat tehokkaasti biojätettä ja metalleja, mutta lasin ja kuitujen osalta erotusketjujen tehokkuudet jäävät alhaisiksi. Muovien osalta mekaaninen erottelu voi parhaimmillaan ollaan erittäin tehokasta, toisaalta vaatimukset lähtömateriaalin laadulle ovat suuret. Muovien osalta syntypaikkalajittelun ja mekaanisen erottelun yhtäaikainen tehostaminen voisi tarjota ratkaisun kierrätysasteen nostamiseen.

Quality assurance of refuse derived fuel with machine vision

This thesis studies the use of machine vision in RDF quality assurance and manufacturing. Currently machine vision is used in recycling and material detection and some commer- cial products are available in the market. In this thesis an on-line machine vision system is proposed for characterizing particle size. The proposed machine vision system is based on the mapping between image segmenta- tion and the ground truth of the particle size. The results shows that the implementation of such machine vision system is feasible.

Effect of Material Recycling on the Feasibility of Solid Recovered Fuel Fired Power Plant

This master’s thesis examines the effects of increased material recycling on different waste-to-energy concepts. With background study and a developed techno-economic computational method the feasibility of chosen scenarios with different combinations of mechanical treatment and waste firing technologies can be evaluated. The background study covers the waste scene of Finland, and potential market areas Poland and France. Calculated cases concentrate on municipal solid waste treatment in the Finnish operational environment. The chosen methodology to approach the objectives is techno-economic feasibility assessment. It combines calculation methods of literature and practical engineering to define the material and energy balances in chosen scenarios. The calculation results together with other operational and financial data can be concluded to net present values compared between the scenarios. For the comparison, four scenarios, most vital and alternative between each other, are established. The baseline scenario is grate firing of source separated mixed municipal solid waste. Second scenario is fluidized bed combustion of solid recovered fuel produced in mechanical treatment process with metal separation. Third scenario combines a biomaterial separation process to the solid recovered fuels preparation and in the last scenario plastics are separated in addition to the previous operations. The results indicated that the mechanical treatment scenarios still need to overcome some problems to become feasible. Problems are related to profitability, residue disposal and technical reliability. Many uncertainties are also related to the data gathered over waste characteristics, technical performance and markets. With legislative support and development of further processing technologies and markets of the recycled materials the scenarios with biomaterial and plastic separation may operate feasibly in the future.