Notitie
HASKONINGDHV NEDERLAND B.V. WATER TECHNOLOGY
Bijlage 4: Milieu en energieprestaties: Emissies van de toekomstige rwzi Utrecht (DM 851139) Aan Van Controle Datum Kopie Onze referentie
: : : : : :
E. Rekswinkel, M. Boersen Wim Wiegant Ellen van Voorthuizen 4 augustus 2014 W. de Jager BC3162/N0002/423160/Nijm
Betreft
:
Emissies van de toekomstige rwzi Utrecht
Inleiding Deze korte studie betreft de emissies die gepaard gaan met de verschillende opties voor de behandeling van afvalwater en de ontwatering en verdere (eind)verwerking van het slib op de rwzi Utrecht. Hierbij gaat het erom om voor enige verschillende opties voor de behandeling en ontwatering van het slib van de rwzi Utrecht, en de verdere eindverwerking van dit slib in te schatten: wat het energieverbruik is; wat de CO2-emissies zijn; wat het chemicaliënverbruik is. Deze notitie is een vervolg op een eerdere notitie van 7 november 2013, waarin de verschillende opties werden vergeleken, maar dan mét slibgisting. Deze laatste is nu niet meer aan de orde. In het vervolg is zoveel mogelijk de opzet en presentatie van de vorige notitie aangehouden.
Uitgangspunten De uitgangspunten voor de schatting van de emissies zijn de volgende geweest: 1. Voor het verbruik van energie en chemicaliën is gebruik gemaakt van gegevens die door het Hoogheemraadschap zijn aangeleverd. 2. Voor de schatting van het energieverbruik en de CO2-emissies van de eindverwerking van het slib en van de CO2-emissies die gepaard gaan met het gebruik van chemicaliën is uitgegaan van de uitgangspunten zoals deze zijn gehanteerd in Slibketenstudie II van de STOWA 1 . Aan de hand van een van de berekeningsmodellen die voor deze studies zijn ontwikkeld, is een inschatting gemaakt van energieverbruik en emissies. 3. Voor de chemicaliën is als volgt geredeneerd:
1
STOWA 2010. Slibketen II - Nieuwe technieken in de slibketen. STOWA, Amersfoort, rapport 2010-33.
methanol kan worden opgevat als een directe energiebron; daarom is het verbruik van methanol meegenomen in de berekening van de verbruikte energie; de overige chemicaliën ─ijzerzouten en polyelektrolyt─ zijn geen directe energiebron, maar er wordt wel energie gebruikt voor de productie van deze chemicaliën; deze chemicaliën zijn niet geteld als energieverbruik, maar er is wel CO2-emissie aan toegekend. voor de berekening van het energieverbruik voor het transport van ontwaterd slib is uitgegaan van een dieselverbruik 0,4 l/km voor een 34 ton vrachtwagen; energieverbruik en emissies van diesel zijn ontleend aan Slibketenstudie II.
4. De emissies zijn opgesplitst naar de verbruiken op de rwzi en die bij de eindverwerking.
De verschillende opties De drie nu bestudeerde opties voor de rwzi kunnen als volgt worden samengevat:
H: AB : Nereda mUCT
Huidige situatie: AB-proces, sliblijn handhaven, slib naar SNB; AB-proces, geen slibgisting; :Nereda-proces, geen slibgisting; : mUCT proces, geen slibgisting;
Voor iedere variant van de rwzi zijn twee varianten voor de slibeindverwerking meegenomen in de berekeningen:
SNB GMB
:indirecte droging, wervelbedverbranding (SNB) :Biologisch drogen, meeverbranding in e-centrale (GMB)
Op deze manier is het energieverbruik en de CO2-emissie voor de drie varianten van de rwzi en de twee voor de eindverwerking inzichtelijk.
Niet bestudeerd Warmte uit effluent Winning van warmte uit het effluent van de rwzi is niet nader bestudeerd. Wel worden in samenwerking met ENECO de mogelijkheden verkend van warmteterugwinning uit effluent. Hoewel het een gunstige invloed heeft op de energiebalans van de rwzi, is het niet onderscheidend in de keuze tussen de verschillende varianten.
Terugwinning van fosfaat Hetzelfde geldt voor de terugwinning van fosfaat uit het slib. Ook hier zijn de verschillende mogelijkheden niet of nauwelijks onderscheidend tussen de verschillende varianten. Hoewel terugwinning bij een mUCT door de aanwezigheid van een aparte anaerobe ruimte relatief eenvoudig is, lijkt het logisch om, vanwege een hoger rendement, voor gecentraliseerde terugwinning te kiezen. In dat geval is een aparte installatie voor de terugwinning van fosfaat op rwzi Utrecht niet aan de orde.
4 augustus 2014
BC3162/N0002/423160/Nijm
2/1
Energieverbruik Het energieverbruik van de verschillende varianten is vastgesteld op basis van het elektriciteitsverbruik aangevuld met het eventuele methanolgebruik. In figuur 1 is het energieverbruik op de zuivering – dus nog zonder slibeindverwerking -weergegeven, onderverdeeld in de verschillende onderdelen van de rwzi. Het energieverbruik van de huidige situatie (H) is inclusief slibgisting, de overige varianten zijn exclusief slibgisting. Beluchting bevat ook het energieverbruik van mengers en retourslib- en influentgemalen. Indikking bevat naast elektriciteit voor pompen en indikapparatuur ook het elektriciteitsverbruik ten behoeve van menging en ventilatie.
energievervbruik (TJPRIM/j)
150
100 beluchting methanol indikking gisting ontwatering rest totaal rwzi
50
0 H
-50 Figuur 1.
AB
Nereda
mUCT
variant (-) Samenvatting van het energieverbruik (in TJPRIM/j) van de verschillende onderdelen van de rwzi, voor de 4 varianten. Methanol is apart aangegeven; het verbruik van methanol is ook al opgenomen in het verbruik van de waterlijn.
Bij de berekening van het energieverbruik in het AB-proces is methanol meegenomen. Het methanolverbruik maakt in de huidige situatie 17% van het netto energieverbruik van de totale rwzi uit, en in de toekomstige variant waarin het AB-proces (zonder slibgisting) wordt toegepast 21%. Enige studie van de uitkomsten leert het volgende: De beluchting van het huidige AB-proces heeft een aanzienlijk hoger energieverbruik doordat minder efficiënte puntbeluchting wordt toegepast. Methanol is meegerekend in het energieverbruik; dit levert voor het AB-proces een aanzienlijke toename in het energieverbruik op. De variant met Nereda komt als het energiezuinigste uit de bus.
4 augustus 2014
BC3162/N0002/423160/Nijm
3/1
In figuur 2 is het totaal energieverbruik opgesplitst naar waterlijn (= beluchting + methanol + rest) en sliblijn (= indikking + ontwatering).
energievervbruik (TJPRIM/j)
150
100
waterlijn
50
sliblijn totaal rwzi
0 H
AB
-50 Figuur 2.
Nereda
mUCT
variant (-)
Samenvatting van het energieverbruik (in TJPRIM/j) van de water- en sliblijnen van de 4 varianten.
Uit figuur 2 is duidelijk dat de waterlijn aanzienlijk meer energie verbruikt dan de sliblijn. In figuur 3 is ook het energieverbruik bij de slibeindverwerking gegeven. De verschillende varianten hebben verschillende slibproducties, zodat de energieverbruiken bij de eindverwerking ook verschillend zijn.
energievervbruik (TJPRIM/j)
150
100
SNB GMB
50
0 H
-50
Figuur 3.
AB
Nereda
mUCT
variant (-)
Samenvatting van het energieverbruik van de slibeindverwerking (in TJPRIM/j) voor de vier varianten, bij de twee verschillende typen slibeindverwerking.
4 augustus 2014
BC3162/N0002/423160/Nijm
4/1
Uit figuur 3 komt naar voren: Compostering met daaraanvolgende verbranding in een energiecentrale (grijze kolommen, GMB) is energetisch redelijk gunstig (levert energie), terwijl indirecte droging en wervelbedverbranding (blauwe kolommen, SNB 2 ) energetisch minder gunstig is, en, met name bij handhaving van het AB-proces, veel energie kost. In figuur 4 is het totale energieverbruik van rwzi samen met slibeindverwerking (de hele keten) samengevat. 200
energievervbruik (TJPRIM/j)
150
100 SNB GMB
50
0 H -50
Figuur 4.
AB
Nereda
mUCT
variant (-)
Samenvatting van het totale energieverbruik van rwzi en eindverwerking (in TJPRIM/j) voor de 4 varianten, bij de twee verschillende typen eindverwerking.
Uit de vergelijking tussen figuur 3 en 4 blijkt dat het energieverbruik voor de eindverwerking onderschikt is aan het verbruik van de RWZI. . De volgorde (maar niet de absolute verschillen) in het energieverbruik (of -levering) als functie van de configuratie van de water- en sliblijn op de rwzi staat vrijwel los van de keuze voor de eindverwerking. Deze conclusie is in lijn met de conclusies van Slibketenstudie II1 Het totale energieverbruik voor de variant met Nereda ligt het laagst, onafhankelijk van het type eindverwerking.
2
Bij SNB is men momenteel bezig met aanpassingen om de installatie energieneutraal te maken.
4 augustus 2014
BC3162/N0002/423160/Nijm
5/1
CO2-emissie De emissie van CO2 voor de verschillende varianten van de rwzi is samengevat in figuur 5. De emissie is opgedeeld naar de emissie die verband houdt met het elektriciteitsverbruik (inclusief methanol), het verbruik van chemicaliën (polymeer en ijzerzouten) en het slibtransport. De emissie die het gevolg is van omzetting van vervuiling (CZV) in CO2 (het afvalwaterzuiveringsproces zelf) is niet meegenomen. Deze CO2 kan worden aangemerkt als ‘korte kringloop CO2”. Deze hoeft niet in emissieberekeningen te worden opgenomen. 10.000 9.000
CO2-emissie (ton/j)
8.000 7.000 6.000 electriciteit
5.000
chemicaliën
4.000
transport
3.000 2.000 1.000 0 H
AB
Nereda
mUCT
variant (-) Figuur 5.
Samenvatting van de CO2-emissie (in ton/j) van de rwzi voor de 4 varianten.
Het aandeel van het transport aan de totale emissie is beperkt, evenals dat van polymeer en ijzerzouten. Dat geldt minder voor het aandeel van de methanol (onderdeel van de elektriciteitsbalken), dat wel voor een significant deel meetelt (zie ook figuur 1). Elektriciteit levert veruit het grootste aandeel CO2-emissie. De totale emissie van CO2 voor de verschillende varianten is samengevat in figuur 6. Hoewel het lijkt alsof het dezelfde figuur betreft (maar dan met een andere Y-as) als figuur 4, is nu het ‘energieverbruik’ van de (productie van de) gebruikte chemicaliën gebruikt voor de berekening van de CO2-emissie. De emissies zijn daarmee dus niet hetzelfde als de energieverbruiken. Het beeld komt echter sterk overeen met dat van figuur 4.
4 augustus 2014
BC3162/N0002/423160/Nijm
6/1
12.000
CO2-emissie (ton/j)
10.000 8.000 6.000
SNB GMB
4.000 2.000 0 H
AB
Nereda
mUCT
variant (-)
Figuur 6.
Samenvatting van de CO2-emissie (in TJPRIM/j) van de gehele slibketen inclusief eindverwerking, voor de 4 varianten van de rwzi en voor 2 varianten van de eindverwerking.
Zoals duidelijk zal zijn, is het verschil tussen figuur 4 en 6 (afgezien van de schaal) niet erg groot. Kennelijk is de CO2-emissie zoals berekend voor de gebruikte chemicaliën –anders dan methanol, dat al als energie is meegeteld– niet van groot belang voor het onderscheid tussen de verschillende varianten.
Emissies van lachgas en methaan Lachgas en methaan zijn broeikasgassen. De emissie van lachgas –een belangrijk broeikasgas dat 298 x zo veel global warming potential heeft als CO2–, is vooral van belang in installaties met hoge concentraties van ammonium en nitriet. Bij een geschikt ontwerp is voor beide verbindingen de concentratie laag, en dan zal de emissie van lachgas zeker niet veel invloed hebben op de totale CO2-emissie, en zullen de verschillende varianten dan ook slechts geringe verschillen in lachgasemissie te zien geven. De emissie van methaan –dat 25 x zo veel global warming potential heeft als CO2–een speelt vooral een onderscheidende rol bij vergisting van slib en de opslag van het vergiste slib. De emissie uit het aangevoerde afvalwater is aanzienlijk (circa 0,007 kg CH4/kg CZVIN 3 , neerkomend op circa 3 000 ton CO2 per jaar), maar is niet onderscheidend voor de varianten. Met een hoog aandeel afvalwater dat onder vrij verval wordt aangevoerd zal deze schatting waarschijnlijk te hoog zijn; normaal wordt ervan uitgegaan dat de emissie uit met persleidingen
3
STOWA 2010. Emissies van broeikasgassen uit rwzi’s.. STOWA, Amersfoort, rapport 2010-08
4 augustus 2014
BC3162/N0002/423160/Nijm
7/1
aangevoerd afvalwater veel hoger is dan uit afvalwater dat onder vrij verval wordt aangevoerd 4 . Deze is echter hetzelfde voor alle varianten. Het verschil tussen wel of niet vergisten bedraagt circa 0,0015 kg CH4/kg CZV3, en dat komt neer op circa 660 ton CO2 per jaar. Deze extra emissie, alleen in de huidige situatie, is niet in figuur 6 opgenomen.
CO2-emissie tijdens de bouw Men kan zich afvragen of in de berekening van de CO2-emissie het van belang is om verschillen in de hoeveelheden beton in de verschillende varianten in rekening te brengen. De bijdrage bij het gebruik van beton in de CO2-emissie blijkt echter betrekkelijk laag te zijn. Als wordt uitgegaan van een ‘generieke’ emissie van circa 434 kg/m3 gewapend beton, dan levert berekening van het beton van eerste trap, tussenbezinking, beluchte ruimte en nabezinking een schatting op van circa 5 800 m3 beton, hetgeen zou neerkomen op circa 3 000 ton CO2. Bij een levensduur van 30 jaar betekent dit circa 100 ton CO2/jaar. Dat valt in het niet bij de geschatte emissie van 6 000 tot 13 000 ton CO2/jaar voor de verschillende varianten. De emissie van de civiele constructies bedraagt circa 0,7 tot 1,6 % van de totale CO2-emissie. Dit betekent dat het verschil in emissies bij wel of geen hergebruik van verschillende elementen van de bestaande installatie kan worden verwaarloosd.
Conclusies
4
1.
Bij de beoordeling welke variant de meest duurzame is, is het elektriciteitsgebruik doorslaggevend, speelt methanol een significante rol en tellen chemicaliën en transport nauwelijks mee.
2.
De inrichting van de rwzi heeft grote effecten op het totale energieverbruik. Nereda komt in de huidige berekeningen als gunstigste naar voren. In alle gevallen is de GMB route milieuvriendelijker.
3.
De keuze voor een waterlijn staat los van het type slibeindverwerking: Nereda scoort in beide situaties het gunstigst, renovatie het ongunstigst.
4.
De emissie van methaan vanuit een rwzi –met name vanuit het aangevoerde afvalwater– is aanzienlijk, maar niet onderscheidend voor de varianten. .
5.
De emissie van CO2 bij de bouw van de civiele werken van een (willekeurige) afvalwaterzuiveringsinstallatie kan worden verwaarloosd ten opzichte van de emissie die het gevolg zijn van het bedrijven van die installatie.
STOWA 2012. Emissies van broeikasgassen uit rwzi’s.. STOWA, Amersfoort, rapport 2012-20
4 augustus 2014
BC3162/N0002/423160/Nijm
8/1
