IBUS Innovation A/S 3D separation af husholdningsaffald - et alternativ eller supplement til kildesortering Patent no.: WO 2006/079347 Rentabel affaldssortering Kun økonomisk rentabel affaldssortering vil opnå stor udbredelse uafhængigt af politiske strømninger, økonomiske kriser og den offentlige mening. Danmark er et af de førende lande indenfor affaldsforbrænding, og det har tilladt os at bringe mængden af affald, der deponeres meget langt ned. Nu er der imidlertid ønske om, at ressourcerne i affaldet udnyttes endnu bedre, end det kan ske ved affaldsforbrænding. Det ønskes blandt andet, at plantenæringsstoffer som fx fosfat, føres tilbage til jorden. Begrebet Urban Mining, sætter ligeledes fokus på de værdifulde råstoffer, der findes i vores affald. Urban Mining fokuserer primært på sjældne(dyre) metaller fra elektronik skrot. Udnyttelse af affald kræver, en opdeling i anvendelige fraktioner. Det har man forsøgt at finde metoder til siden begyndelsen af 90’erne i Danmark og andre Nordeuropæiske lande. De afprøvede metoder har primært været baseret på kildesortering, til en vis grad kombineret med automatisk sortering. Det er desværre ikke lykkedes at opnå afgørende gennembrud. Affaldshåndterings koncepter De fleste metoder er dyrere end at sende hovedparten af affaldet til forbrænding. Kildesortering med det tilhørende flerstrengede indsamlingssystem øger genbrugsmulighederne, men kræver meget stor informationsindsats og er omkostningskrævende. En økonomisk rentabel løsning kan opnås ved helt eller delvist at erstatte kildesortering med en ny automatisk sortering(3D Separation) placeret tæt på borgerne på eksisterende genbrugspladser o.l. Eksempler på værdifulde fraktioner i husholdningsaffald Fermenterbare stoffer til bioenergi Metaller Plastik Plantenæringsstoffer Om IBUS Innovation IBUS Innovation A/S’ moderselskab Holm Christensen Biosystemer ApS var medstifter af Inbicon A/S. Efter salg af to centrale patenter og vore aktier i Inbicon stiftede vi IBUS innovation A/S for at fortsætte arbejdet med innovation indenfor integreret biomasse udnyttelse. Selvom affaldshåndteringen er meget forskellig rundt om i verden, og har været meget forskellig gennem tiden, så bygger den dog som regel på de samme elementer, men med hovedvægten lagt forskellige steder • • • • Deponi Forbrænding Genindvinding Genanvendelse De stigende affaldsmængder, der er fulgt med industrialisering og stigende velstand, har sammen med stigende efterspørgsel på råstoffer samt øget miljøbevidsthed ført til, at man i industrialiserede lande ønsker mere genanvendelse og genindvinding og mindre forbrænding, og i særdeleshed mindre deponering. Øget genanvendelse og nyttiggørelse kræver, at man får opdelt affaldet i nogle fraktioner, der kan håndteres af firmaer, der arbejder med genanvendelse og genindvinding. Der er allerede industrier, der genanvender papir, glasflasker, glas, plastik, plantenæringstoffer etc. 2 Affaldshåndterings koncepter Genindvinding Bio Genindvinding Glas Genindvinding Genbrug Forbrænding Kildesortering. Al sortering foretages i husstanden. Der er flere og/eller opdelte beholdere til den sorterede dagrenovation, og dagrenovationen hentes i biler med flere rum, eller af forskellige biler. Visse fraktioner afleveres i kubeordning eller på genbrugsplads. Der er mange forskellige modeller for kildesortering. Genindvinding Genindvinding Plastik flasker, øldåser Batterier glasskår metaldele Lukkede luftfyldte emballager Hele flasker, sko Genbrug Forbrænding Genbrug Genindvinding Genindvinding Flasker og glas(Kube/GBS) 3DS Batterier og lavenergi pærer(GBS) Restaffald Metal Plast Aviser og blade Bio Karton Batterier og lavenergi pærer(GBS) Flasker og glas(Kube/GBS) Kildesortering Glas Genindvinding Genbrug Bio Automatisk sortering Velfungerende kildesortering som fx papir og glas kan bevares, resten af dagrenovationen er usorteret og bringes samlet til sorteringsstationen, hvor det opdeles i 5-7 fraktioner. 3 Virkemåde 3D sorteringen foregår i et bassin. Det nye ved 3D sorteringen er, at affaldet påvirkes af kræfter i et tredimensionalt system. 1. Lodret: Opdrift og tyngdekraft vil afgøre om en komponent synker eller flyder 2. Fremad: Vandet flyder i bassinets længderetning – væk fra indfødningsstedet. Komponenter der flyder vil blive ført med vandstrømmen. Komponenter der synker, vil blive fordelt efter hvor hurtigt eller langsomt de synker. Jo langsommere de synker, jo længere vil de blive ført af vandstrømmen 3. Tværgående: Tværgående kræfter over og under overfladen sorterer de flydende komponenter efter hvor højt eller dybt komponenterne flyder. Flyder højt Plastikdunke Idéen til opfindelsen opstod, da opfinderen var på krydstogt på Nilen ved Luxor, og bemærkede at plastikdunke og andet let, højtflydende affald blev ført ind til bredden af vinden og fanget i sivene, hvorimod glasflaskerne, der flød med hovedparten under overfladen stort set ikke blev påvirket af vinden, og derfor fortsatte ned ad floden. Både på Nilen og i den industrielle udgave af sorteringen, er det en forudsætning at affaldet ikke er hakket eller snittet inden det sorteres. Sorteringen fremmes af, at en vis mængde luft er fanget indeni nogle af komponenterne/genstandene. Hvis materialet snittes eller hakkes, så kan man udelukkende sortere efter om selve materialet synker, flyder eller forbliver i vandet, og det giver maksimalt 3 fraktioner. Den industrielle udgave af Nilen består af et aflangt bassin, hvori der dannes en vandstrøm ved at cirkulere vandet, så det pumpes ind i den ende hvor affaldet kommer ind og tages ud i den modsatte ende. Den tværgående kraft fra vinden på de flydende komponenter, kan tilveje bringes af transportkæder med fingre , der bevæges hen over overfladen i forskellige højder. Ved at montere et skråtstillet transportbånd under vandoverfladen, der bevæger sig i den modsatte retning af den tværgående kraft over vandoverfladen, kan man også få sorteret genstandene efter hvor hurtigt de synker eller hvor dybt de flyder – noget Nilen ikke kan præstere. Flyder mellemhøjt Lukkede glas, øldåser Flyder i overfladen Papir, madrester, plastfolier Flyder dybt Glasflasker, sko 4 Fleksibilitet 3D separationen giver en høj grad af fleksibilitet med hensyn til antallet af fraktioner, og hvor grænsen mellem de forskellige fraktioner går. De komponenter der synker eller flyder dybt, vil blive ført til et optagsystem langs bassinets ene langside. Der vil være genstande langs hele langsiden, nogle genstande synker lige med det samme, andre en anelse langsommere, atter andre en anelse langsommere endnu – osv. Længere henne kommer de genstande, der flyder men når længst ned under overfladen. Så man kan frit vælge hvor mange fraktioner, man vil tage ud langs denne langside, og hvor skellet mellem fraktionerne skal være. Fraktionerne opdeles, så man får de bedst mulige fraktioner til afsætning eller evt. eftersortering. Hvis den tværgående kraft over vandoverfladen tilvejebringes af transportkæder i forskellig højde, vil der naturligvis være én fraktion for hvert transportkæde. Transportkæderne kan hæves og sænkes for at opnå en optimal sortering, ligesom der vil kunne monteres ekstra eller fjernes transportkæder. strømmen til den fjerneste ende af bassinet, hvor de vil blive taget ud. Denne fraktion vil hovedsageligt bestå af biologisk nedbrydeligt materiale, og være uhyre velegnet til produktion af bioethanol, mælkesyre eller biogas. Der vil også være en del plastikfolie i fraktionen, men det vil være meget let at sortere fra efter den biologiske nedbrydning, der gør alle andre stoffer i fraktionen flydende. Nogle komponenter påvirkes kun lidt af de tværgående kræfter – det er dels komponenter, der flyder lige under overfladen, som fx aviser, plastikfolier og visse madrester, dels komponenter der opløses eller er flydende (sukker, salt, madolie). De vil følge vand- Komponenterne i affaldet påvirkes af kræfter i 3 dimensioner 1) Lodret: tyngdekraft og opdrift 2) Langsgående af vandets bevægelse 3) Tværgående af transportelementer over og under vandoverfladen Den samlede påvirkning af kræfterne vil føre komponenter til forskellige udtagningssteder langs bassinkanten, afhængigt af deres flydeegenskaber. 5 Større andel til genanvendelse Affaldsforbrændingsanlæg med høj el-virkningsgrad er dyre at etablere, og man har en slagge rest tilbage, som er meget vanskelig at udnytte, og som derfor hovedsageligt deponeres, hvilket som regel er forbundet med ret store omkostninger. Derfor vil det som regel være en økonomisk fordel, hvis restfraktionen til forbrænding er så lille som muligt, også selv om værdien af de alternative produkter ikke overstiger værdien af den el og varme, der produceres på forbrændingsanlægget. Det forventes, at 3D separation vil kunne reducere mængden af restaffald i forhold til de fleste kildesorterings systemer. Ved kildesortering lægger brugerne som regel de ting der er tvivl om i restaffaldsbeholderen, og nogle brugere ønsker eller magter ikke at sortere, og lægger derfor næsten alt affald i restaffalds- Delvis kildesortering beholderen, som går direkte til forbrænding. Ved 3D separation kommer alt affald til sortering, helt uafhængigt af brugernes evne eller motivation til at sortere deres affald, og mængden af affald til genanvendelse vil derfor kun afhænge af sorteringsmetodens effektivitet, og afsætningsmuligheder for de forskellige fraktioner. Kildesortering Papir 22% Karton 2% Papir 22% Plastemballage 2% Metalemballage 2% Glasemballage 4% Organisk 24% Glasemballage 4% 3D Seperation Glasemballage 3D 1% Metalemballage 2% Plastemballage 4% Øvrig cellulose 8% Organisk 30% Rest 29% Rest 44% Fordelingen af fraktioner er beregnet ud fra Miljøstyrelsens rapport: ” Idékatalog til øget genanvendelse af dagrenovation” J.nr. MST-7759-00109 oversigt 1 s. 7. Som eksempel på kildesortering er brugt rapportens scenarie B og C, som har den højeste andel af affald indsamlet til genanvendelse. Ved 3D separation er der taget udgangspunkt i at papir indsamles ved husstanden og glas i glascontainere. Fraktionen ”Øvrig cellulose” består af karton, det papir der ikke er kommet i papirbeholderen, samt en anslået mængde cellulose i restaffaldet (køkkenrulle, kasseret bomuld, cellulose i sammensatte materialer). Der er regnet med 85% effektivitet i sorteringen. 6 Lettere for borgerne En af fordelene ved 3D separation er, at det er lettere for borgerne end kildesortering. Der er ikke brug for flere affaldsbeholdere ved boligen, eller for særlige opdelte containere. En anden fordel ved 3D separationen er, at det ikke kræver borgeropdragelse. Kildesortering kræver både at borgerne er villige til at sortere deres affald, at de kan finde ud af det,– og at de gennemfører det. Bedre mulighed for at fange farligt affald En del mindre elektronik og batterier ender, trods omfattende oplysningskampagner, i den almindelige dagrenovation. Lavenergi pærer udgør en ny type farligt affald, hvor man må forvente at en vis andel ender i dagrenovationen. 3D separation gør det muligt at opsamle disse fraktioner med meget stor sikkerhed. Eftersortering Som ved kildesorteret affald vil 3D separeret affald, kræve eftersortering for at kunne udnyttes optimalt. Den naturlige eftersortering til 3D Separation er videovisionssystemer der nu er udviklet så langt at de kan sortere i så rene fraktioner at de vil være salgbare til genanvendelse Inddragelse af brugere Inddragelse af brugere og producenter 3D Separation kan sagtens fungere, når brugerne bare gør som de plejer, men der kan være fordele ved at opfordre brugerne til fx, at sætte låg på glasemballager så de flyder. En anden ny mulighed vil være en tydelig mærkning af visse emballager med mærker, der letter optisk sortering. Det kan fx være mærkning af forskellige plast typer, mærkning af varer der indeholder batterier osv. Mærkningsordningerne kan dels fungere som påbud, fx ved produkter der indeholder miljøfarlige stoffer, dels ved økonomiske incitamenter, fx lavere emballageafgift, hvis emballagen er mærket med henblik på genanvendelse. God hygiejne og ingen lugt Lugt og hygiejne er kendte problemer i forbindelse med udnyttelse af affald. Selv hvis man lægger anlægget i god afstand af beboelse, skal lugtgener begrænses, ligesom arbejdsmiljøet ikke må være sundhedsskadeligt. Hæmningen af bakterievækst vil afhjælpe lugt problemer og ved 3D separation kan det sikres på flere måder, fx. • Temperaturen i bassinet kan hæves så meget at de fleste mikroorganismer slås ihjel . eller: • Det cirkulerende vand gøres surt ved hjælp af mælkesyre gæring 7 Lave omkostninger Mulighed for at tilpasse sig markedet og affaldet Ensartet kvalitet af fraktionerne 3D seperationsanlæg består af velkendte og ret simple komponenter som fx transportbånd, redlere o.l. som produceres i store mængder til eksisterende industrier. Det betyder, at anlæggene vil være ret billige at bygge, og samtidig ret billige at vedligeholde. Selve sorteringen kræver ikke arbejdskraft, og tilsyn med anlægget kan koordineres med de øvrige opgaver på genbrugspladsen. Det betyder at både anlægs- og driftsomkostninger vil være begrænsede, hvilket naturligvis gør det væsentlig lettere at opnå en rentabel separation. Anlæggene kan opbygges som containermoduler, så den optimale kapacitet opnås ved at producere det ønskede antal moduler, der færdigmonteres på stedet. Det vil yderligere reducere omkostningerne til at etablere anlæg, og gøre det muligt at flytte kapacitet fra ét sted til et andet, uden de store omkostninger. Muligheden for at ændre antallet og sammensætningen af fraktionerne for relativt små midler betyder, at 3D separationen er fremtidssikret, både med hensyn til ændret efterspørgsel i forhold til fraktionernes sammensætning og i forhold til ændret sammensætning af affaldet. Fx kan man forestille sig, at den stigende udbredelse af vin i de såkaldte ”Bag in Box” emballager, på et tidspunkt vil reducere mængden af glasflasker i affaldet, ligesom der hele tiden kommer nye typer forbrugsvarer til – der før eller siden ender som affald. Hvis fx en ny type emballage bliver meget udbredt, vil det kunne betale sig at justere 3D sorteringen, så hovedparten af den nye emballage kommer i den samme fraktion. Mængderne af affald til genanvendelse og fraktionernes sammensætning vil være uafhængig af borgernes lyst og evne til at sortere affaldet. Det giver en større forudsigelighed i forhold til fraktionernes sammensætning og renhed. Forsyningssikkerhed og forudsigelighed i kvaliteten er vigtige forudsætninger for at industrier kan opstå og udvikles. Da 3D separation vil være relativt billig at etablere og drive, er risikoen for svigtende råvareleverance til aftagerne af affaldsfraktionerne pga. af besparelser meget lav. Intet spildevand Selve 3D separatione giver ikke noget spildevand. Der er et netto vandforbrug, fordi biofraktionen, vil opsuge en vis mængde vand. Det vand skulle alligevel tilsættes af hensyn til den efterfølgende fermenteringsproces. 8 Teknologi eksport Udviklingslande Affaldshåndtering og udvinding af ressourcer er udfordringer, der er kommet stor fokus på i de senere år, også på globalt plan. Udvinding af ressourcer i vores affald vil potentielt håndtere begge udfordringer på en økonomisk og miljømæssig fornuftig måde. En teknologi, der kan sortere og oparbejde værdifulde fraktioner i stedet for at deponere eller destruere, og som kan tilpasses de lokale forhold uden store investeringer, vil have et eksportpotentiale. 3D separation vil være særlig attraktiv i regioner, hvor en stor del af affaldet deponeres, og hvor man ønsker at omstille til mere bæredygtige løsninger, fordi der ikke er investeret i dyre anlæg, der skal afskrives først. Investeringen i affaldsforbrænding, der lever op til nutidens standarder for røgrensning er væsentlig større pr ton, end investeringen i 3D separation. Når andelen af affald til forbrænding reduceres væsentligt, så reduceres investeringsbehovet også – og man opnår samtidig en væsentlig mere bæredygtig løsning. Det er altså en løsning, der også vil appellere i områder, hvor hensynet til miljøet ikke står øverst på den politiske dagsorden. 3D separationen vil også være særdeles attraktiv i områder, hvor man står overfor at skulle udbygge affaldsforbrændingskapaciteten, fordi det kan reducere behovet for øget forbrændingskapacitet, eller helt overflødeliggøre det. 3D separation har et stort potentiale i udviklingslande, hvor der ofte er behov for enkel teknologi, og begrænsede investeringer. I mange udviklingslande udgør indsamling af brugbare komponenter fra affald en vigtig indtægtskilde for nogle af de dårligst stillede. Arbejdet foregår oftest uorganiseret. Der er ikke tale om ansættelse. Der afregnes efter den indsamlede mængde og produkttype af opkøbere, der bringer materialerne til videreforarbejdning. Disse mennesker har ofte ingen alternative indtjeningsmuligheder På den måde ville man få: • Fjernet affaldet fra gader, flodbredder og lossepladser • Opretholdt en ”uorganiseret” indtjeningsmulighed • Nye arbejdspladser • Bedre udnyttelse af affaldet • Bedre arbejdsforhold Præcis hvordan modellen skal se ud vil afhænge af situationen, og NGO’er på stedet vil ofte kunne bidrage med vigtig viden om de lokale forhold. Man kan tænke sig flere modeller, hvor 3D separation implementeres under hensyntagen til de sociale aspekter. Fx kunne man betale et lille beløb for aflevering af en sæk blandet affald. Affaldet sendes igennem 3D separatoren. Den bionedbrydelige fraktion bruges til biogas eller bioethanol og financierer betalingen for affaldet. De øvrige fraktioner, håndsorteres og afsættes. 9 Lokal sortering Implementering af 3D separation 3D sorteringen er egnet til at blive drevet i forholdsvis små enheder – set i forhold til forbrændingsanlæg. Anlæg til behandling af affald fra ca. 50.000 indbyg¬gere vil ofte være passende. I store dele af Danmark betyder det, at affaldet blot skal transporteres 10-15 km til det primære behandlingssted. De relativt små anlæg vil desuden give lokale arbejdspladser. 3D separation er nu patenteret i store dele af verden, og det vurderes at der er et meget stort eksport potentiale for dansk industri i systemet, da behovet for affaldshåndtering stiger i takt med den stigende urbanisering i verden. De vigtigste markeder vil være Europa, USA og BRIK landende. En anden fordel ved små anlæg er, at man kan kurere alle ”børnesygdommene” for relativt begrænsede midler, og derefter levere anlæg som ”plug and play” moduler i standard container rammer, efterhånden som mark¬edet er parat til at aftage stigende mængder affald til genanvendelse. En succesfuld implementering kræver opbygning af en prototype bestående af et containermodul, der forventes at have en kapacitet svarende til husholdningsaffaldet fra ca 50.000 personer, hvor seperationsprocessen kan blive dokumenteret. Det er vigtigt at mængde, sammensætning og sandsynlig salgspris for de enkelte fraktioner kan blive fastlagt for at skabe grundlag for realistiske feasibility studier. For at skaffe dansk industri det bedst tænkelige udgangspunkt for udvikling og eksport af udstyr og systemer til optimal udnyttelse af husholdningsaffald, vil det være hensigtsmæssigt, at prototypen placeres i Danmark. En ideel placering ville være et affaldsforbrændingsanlæg som fx Amager Forbrændingen, hvor adgangen til husholdningsaffald er på plads og hvor muligheden for at komme af med brændbart forsøgsmateriale også er god. Samtidig vil der være gode muligheder for at gennemføre realistiske analyser af økonomien ved forskellige grader af forsortering af ikke brændbare komponenter før forbrænding. 10