Vurdering av mikrobølgeassistert pyrolyse av biologisk materiale hos Helgeland Avfallsforedling IKS

Abstract

Norge hadde i 2020 et totalutslipp av klimagasser på 49,3 CO2-ekvivalenter, der avfallshåndtering stod for 4,4 % og veitrafikken for 17% [1]. Dersom Norge skal klare å redusere utslipp av klimagasser med 50-55% innen 2030 er det nødvendig å avkarbonisere sektorene og samtidig sikre bærekraftig utvikling innen miljø, samfunn og økonomi.

I denne oppgaven ble mikrobølgeassistert pyrolyse (MAP) vurdert som en mulig behandlingsmetode for organisk materiale hos Helgeland Avfallsforedling IKS gjennom beregninger av produkt- og energiutbytte med to modeller og tre råstoffsammensetninger. De tre råstoffsammensetningene som ble vurdert var organisk avfall i bioplastposer, organisk avfall i plastposer, og organisk avfall blandet med sortert plast fra emballasje. Resultatene ble sammenlignet med dagens håndtering av biologisk avfall som er biogassproduksjon. Sammenligningsgrunnlaget var produkt- og energiutbytte, CO2- utslipp og transportmengde.

Konklusjonen var at energiutbyttet fra MAP av alle råstoffsammensetningene var nok til å drifte anlegget uten tilførsel fra strømnettet. Det resterende energiutbyttet etter pyrolyse var nok til å levere termisk og elektrisk energi til over 200 husstander, og biokarbonutbyttet fra pyrolyse av 100% organisk avfall var 254 tonn per år. Ved pyrolyse av biomasse og sortert plast ble karbonutbyttet høyere enn CO2-utslippet, som indikerer en mulighet for karbon-negativ prosess dersom kullet ikke brennes. Sammenlignet med biogassproduksjon var utslipp av CO2 ved MAP av organisk materiale med plastinnhold lavere enn utslippene ved transport til biogassanlegg i Verdal. Energiutbyttet fra MAP av organisk materiale ble også 0,67 GWh høyere enn det teoretiske utbyttet fra mulig biogassproduksjon på Helgeland. Hvorvidt opprettelse av et MAP-anlegg fører til en reduksjon i transportmengde, avhenger av lokasjonen til anlegget i forhold til området hvor avfall hentes. Ved plassering av MAP-anlegget i nærheten av sorteringspunktet for avfall ble utslippet ved pyrolysering av organisk materiale blandet med sortert plast kun 36% av utslippet fra transport av avfallet med lastebil til biogassanlegget i Verdal.

MAP-anleggets utfordringer og sårbarheter inkluderer råstoffsammensetning, lokalisering og etterspørsel av produktene. Uforutsette endringer i råstoffsammensetninger kan skade anlegget, og føre til uønskede produkter. For videre arbeid vil det være interessant å utføre tester i industriskala med analyser av spaltningsproduktene, og undersøke mulighetene for optimalisering og energieffektivisering. Oppgaven konkluderer med at teknologien har potensiale som en lokal behandlingsmetode for organisk råstoff og være en del av en sirkulær økonomi.

In 2020, Norway had a total emission of greenhouse gases of 49.3 CO2 equivalents, where waste management accounted for 4.4% and road traffic for 17% [1]. If Norway is to be able to reduce greenhouse gas emissions by 50-55% by 2030, it is necessary to decarbonize the sectors and at the same time ensure sustainable development in the environment, society, and the economy.

In this thesis, microwave-assisted pyrolysis (MAP) was assessed as a possible treatment method for organic material at Helgeland Avfallsforedling IKS through calculations of product and energy yield with two models and three raw material compositions. The three raw material compositions that were assessed were organic waste in bioplastic bags, organic waste in plastic bags, and organic waste mixed with sorted plastic from packaging. The results were compared with the current handling of biological waste, which is biogas production. The basis for comparison was product and energy yield, CO2 emissions and transport volume.

The conclusion was that the energy yield from MAP of all the raw material compositions was enough to operate the plant without supply from the power grid. The remaining energy yield after pyrolysis was enough to supply thermal and electrical energy to over 200 households, and the biocarbon yield from pyrolysis of 100% organic waste was 254 tons per year. By pyrolysis of biomass and sorted plastic, the carbon yield was higher than the CO2 emissions, which indicates a possibility of a carbon-negative process if the coal is not burned. Compared with biogas production, CO2 emissions at MAP of organic material with a plastic content were lower than emissions from transport to biogas plants in Verdal. The energy yield from MAP of organic material was also 0.67 GWh higher than the theoretical yield from possible biogas production on Helgeland. Whether the establishment of a MAP plant leads to a reduction in the amount of transport depends on the location of the plant in relation to the area where waste is collected. When locating the MAP plant near the sorting point for waste, the emissions from pyrolysis of organic material mixed with sorted plastic were only 36% of the emissions from transport of the waste by truck to the biogas plant in Verdal.

The MAP plant's challenges and vulnerabilities include raw material composition, location, and demand for the products. Unforeseen changes in raw material compositions can damage the plant, and lead to unwanted products. For further work, it will be interesting to perform tests on an industrial scale with analyzes of the decomposition products and investigate the possibilities for optimization and energy efficiency. The thesis concludes that the technology has the potential as a local treatment method for organic raw materials and be part of a circular economy.