Streszczenie - Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska

Archives of Waste Management
Archiwum Gospodarki Odpadami
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: [email protected]
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 społecznoekonomicznych, 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.
22
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 3(2006)
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
22
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 3(2006)
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
były dostępne w postaci serii czasowych na poziomie krajów oraz miast.
23
24
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 3(2006)
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 społecznoekonomicznym 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 INFt nat + 8,9 POPt 15-59 - 123,9 AHHt urb + 11,7 LEBt urb
w których:
MSWt – prognozowana ilość odpadów komunalnych w mieście w roku t, kg/M rok
INFt nat– śmiertelność niemowląt na poziomie kraju (1/1000),
AHHt urb– 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).
24
25
Ilość odpadów kg/osobę rok
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 3(2006)
700
600
500
400
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
300
Rys.1. Prognoza ilości odpadów komunalnych we Wrocławiu
WEEE
pozostałe
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
tworzywa
sztuczne
9
metale
37,5
szkło
2004
organiczne
niebezpieczne
papier i tektura
Tabela . 1. Skład odpadów wytwarzanych we Wrocławiu
%
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.
25
26
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 3(2006)
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
26
27
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 3(2006)
dodatkowym oczyszczeniu, może być zastosowana jako paliwo zastępcze RDF w
cementowni lub spalana w spalarni z odzyskiem energii.
odpady mieszane / resztkowe
Korzyść z
zatąpienia
materiałów
EA, EW, ES
RC
metale,
paliwo
Metals
konwencjonalne
Conventional
fuel
energia
Electricity
elektryczna
wstępna
obróbka
Mechanical
mechaniczna
pre
-treatment
odzyskane
Recovered
Fe,Fe,
Al,Al,
CuCu
EA
Energy energii
recovery
odzysk
w
piecu cementowym
lekka frakcja (RDF)
spalanie
frakcja niskokaloryczna
zanieczyszczenia
Contaminants
energia
elektryczna
Electricity
woda
Water
EA
intensywny rozkład
i stabilizacja
biofiltr
Biofilter
gazy
Waste
odlotowe
air
ustabilizowane odpady
resztkowe (LCFr)
składowanie
lub spalanie
Legend:
Legenda:
materials
materiały
processes
procesy
optional (opcja)
procesy
processes
ES
składowanie
rekultywacja
terenu
Land
emission
air, waterwody
and soil
EA, EW, ES = emisja
doto
powietrza,
i gleby
WWTP = oczyszczalnia
waste water treatment
ściekówplant
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.
27
28
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 3(2006)
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.
Korzyść
Credit
for z
zastąpienia
substituted
metali
i paliwa
metals
& fuel
EA, EW
RC
odpady mieszane / resztkowe
Metals
metale
paliwo
Fuel
EA
wstępna
obróbka
Mechanical
mechaniczna
pre-treatment
odzyskrecovery
energii w
Energy
in cement
kiln
piecu
cementowym
Fe, Al, Cu
Light fraction
lekka
frakcja (RDF)
(RDF)
spalanie
zanieczyszczenia
Contaminants
gazyWaste
odlotowe
air
intensywny
Intensive
rozkład
rotting
składowanie
lub spalanie
Fermentation
fermentacja
biogaz
Biogas
EA
odpady resztkowe po
intensywnym rozkładzie
odpady
resztkowe
Fermentation
po fermentacji
silnik
Engine
EA
Biofilter
biofiltr
gazy
odlotowe
Waste
air
stabilizacja
Stabilisation
en. elektryczna
en.Heat
cieplna
Legend:
Legenda:
materials
materiały
processes
procesy
optional (opcja)
processes
procesy
RC
ustabilizowane odpady
waste (LCFr
)
resztkowe
(LCFr)
EA, EW, ES = emisja
emission
dotopowietrza,
air, waterwody
and soil
i gleby
RC = zużycie
surowców
naturalnych
resources
consumption
składowanie
WWTP = oczyszczalnia
waste water treatment
ścieków plant
EA, EW, ES
en. elektryczna
i cieplna
Korzyść z
zastąpienia
energii
ES
rekultywacja
terenu
Land reculrtivation
Rys.3 .Schemat głównych przepływów materiałowych modelowanej
beztlenowego mechaniczno-biologicznego przetwarzania odpadów
28
instalacji
29
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 3(2006)
odpady
mieszane
/ resztkowe
Mixed
/ Residual
waste
RC
Metals
metale(Fe,
(Fe,Cu,
Cu,Al)
Al)
powietrze
Air
piec incinerator
rusztowy
Grate
Credit
forz
Korzyść
substituted
zastąpienia
metals
metali
ES
kruszywo
budowy
dróg
Aggregate
for do
road
construction
Metals
metale(Fe,
(Fe,Cu,
Cu,Al)
Al)
Secondary
komora dopalania
powietrze
Air
Slag
żużel
pozostałość
Mineral
mineralna
residues
Slug
obróbka
treatment
żużla
kocioł
Boiler
ES
składowanie
Landfill
para
Steam
Electric
precipitator
elektrofiltr
Engine
turbina
płuczka,
absorber
Gas scrubbers
ze złożem
koksowym,
Coke absorber
DeNOx
Ca(OH) 2
Coke
koks
NH 4 OH
EA
popiół
lotny
Filter
Ash
en. elektryczna
stałe pozostałości
en.
elektryczna
Electricity,
i cieplna
Heat
materials
materiały
processes
procesy
EA,EW,ES
RC
gaz kominowy
Flue gas
Legend:
Legenda:
en. cieplna
ES
składowanie
Landfill
(odpady
(haz.niebezp.)
waste)
Korzyść z zastąpienia en.
elektrycznej i cieplnej
optional (opcja)
procesy
processes
EA, EW, ES = emisja
emission
dotopowietrza,
air, waterwody
and soil
i gleby
RC = zużycie
resources
surowców
consumption
naturalnych
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
mineralnychprzy
uwzględnieniu
wielkości
udokumentowanych rezerw zasobów w skorupie ziemskiej oraz aktualnej szybkości
ich zużywania;
29
30
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 3(2006)
•
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
30
31
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 3(2006)
(pogorszenie stanu środowiska) lub ujemne (poprawa stanu środowiska). Wynik
sumaryczny nie ma sensu fizycznego, służy jedynie porównaniu różnych scenariuszy.
eutrofizacja
zakwaszenie
tworzenie
fotoutleniaczy
toksyczność
dla ludzi
globalne
ocieplenie
5 000
0
-5 000
-10 000
-15 000
-20 000
-25 000
-30 000
-35 000
wyczerpywanie
zas. min.
Mieszkańcy
Równoważni
IE
Na rys. 5 porównano sposób oddziaływania na środowisko obecnego i planowanych
scenariuszy gospodarki odpadami komunalnymi we Wrocławiu.
Scenariusz
Scenariusz
Scenariusz
Scenariusz
1
2
3
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
31
32
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 3(2006)
eutrofizacja
zakwaszenie
tworzenie
fotoutleniaczy
toksyczność
dla ludzi
globalne
ocieplenie
5000
0
-5000
-10000
-15000
-20000
-25000
-30000
-35000
wyczerpywanie
zas. min.
Mieszkańcy Równoważni
IE
oddziaływań poszczególnych podsystemów wykazuje, że aktualna gospodarka odpadami
powoduje największe obciążenie środowiska.
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.
32
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 3(2006)
400
33
Oddziaływanie
Oddziaływanie (-)
200
0
Środowiskowe
-200
-400 Scenariusz 1 Scenariusz 2 Scenariusz 3 Scenariusz 4
Ekonomiczne
-600
-800
Społeczne
-1 000
-1 200
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.
33
34
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 3(2006)
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
34
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 3(2006)
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).
35
36
36
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 3(2006)