Van afval tot energie

Overvolle stortplaatsen dwingen ons steeds meer om op een meer verantwoorde en ecologische manier met ons afval om te gaan. Afvalverbranding met energierecuperatie is al vaak naar voor geschoven als een manier om onrecycleerbaar afval toch nuttig te verwerken. Maar hoe zit dit proces eigenlijk in elkaar, wat brengt het op en is dit effectief een ecologisch interessante oplossing?

Het potentieel van ons afval

De hoeveelheid afval die we jaarlijks produceren is gigantisch en blijft stijgen. De huidige 27 landen van de EU produceerden in 2018 samen meer dan 2,3 miljard ton afval. De bijdrage van de gemiddelde Belg bedroeg dat jaar zo’n 5,9 ton. Het besef groeit dat het eenvoudigweg dumpen van afval op stortplaatsen voor problemen zorgt en dat we moeten evolueren naar een meer circulaire economie. De EU hanteert bij die transitie het motto “reduce, reuse, recycle”. In de eerste plaats moet men dus proberen het ontstaan van afval zoveel mogelijk te vermijden.  Ten tweede moeten (onderdelen van) gebruikte producten in de mate van het mogelijke worden hergebruikt. Ten slotte moet men het geproduceerde afval zoveel mogelijk recycleren tot nieuwe producten. In 2018 slaagden de landen van de EU erin om 38,1% van het geproduceerde afval te recycleren. Er zijn echter veel spullen en materialen die niet kunnen gerecycleerd worden. Zo heeft bijvoorbeeld 54% van het huishoudelijk afval een biologische oorsprong (eten, planten, etc.). Hoewel zulke afvalstromen moeilijk te hergebruiken of te recycleren zijn, hebben ze vaak nog een hoge energetische waarde. Daarom is energierecuperatie voor sommige afvalstromen heel interessant.

Energierecuperatie: het proces

De meest traditionele methode om de energetische inhoud van afval te recupereren is verbranding. Het verbranden van afval laat toe om een breed spectrum van huishoudelijk afval om te zetten in warmte en elektriciteit. Het proces neemt plaats bij minstens 850°C en met een overmaat aan zuurstof om volledige verbranding te garanderen. De vrijgekomen warmte kan gebruikt worden voor processen en installaties die warmte nodig hebben of om een stoomturbine of warmtekrachtkoppeling (WKK) aan te drijven voor het opwekken van elektriciteit. Er bestaan drie types verbrandingsinstallaties voor dit doel: de roosteroven, de draaitrommeloven en het gefluïdiceerd bed. De roosteroven is hiervan veruit het meest voorkomende type (86% van alle verbrandingsinstallaties voor afvalverbranding) vanwege het relatief grote thermische vermogen dat hiermee opgewekt kan worden (120MW). Met een efficiëntie van ongeveer 30% komt dit neer op een elektrische output van 36MW ofwel een 12-tal windmolens. De term ‘roosteroven’ is afkomstig van het proces waarbij de afvalstroom over schuin opgestelde roosters gaat. Dit is om het afval, dat een heel heterogene samenstelling heeft, gelijkmatig te verdelen voor een zo efficiënt mogelijke verbranding. Het gefluïdiceerd bed-type heeft een cilinder die een inerte, vloeibare stof bevat (het “bed”). Het mengen van deze inerte stof met de afvalstroom zorgt voor een  homogenere substantie, wat een hogere efficiëntie van verbranding oplevert. Dit type wordt vooral gebruikt voor kleinschalige toepassingen van hoogenergetisch afval. Tot slot is de draaitrommeloven, zoals de naam al zegt, een cilindervormige oven die rond zijn as draait om de menging en volledige verbranding van het afval te bevorderen. Dit type heeft een veel lagere opbrengst van warmte en elektriciteit maar is wel in staat om gevaarlijke en corrosieve stoffen te verwerken.

Andere toepassingen

Naast verbranding zijn er nog andere, geavanceerde, thermochemische processen die afval kunnen omzetten naar een nuttig eindproduct. Vergassing is gelijkaardig aan verbranding, al wordt hier met een ondermaat aan zuurstof gewerkt voor een partiële oxidatie van de afvalstroom, ter vorming van syngas. Een nieuwe technologie bij vergassing is het gebruik van plasma. De zeer hoge temperaturen van een plasma zorgen voor een goede smelting van alle aanwezige materialen en voorkomen het ontstaan van kwalijke nevenproducten zoals teer. Deze techniek wordt nog niet gebruikt in de praktijk maar is wel al bewezen, zowel technisch als commercieel. Bij pyrolyse is er haast geen zuurstof meer aanwezig en wordt de werkingstemperatuur nog verder verlaagd. Dit resulteert in ‘pyrolyse olie’, een vloeistof met een hoge energetische waarde die gemakkelijk transporteerbaar is. De eigenschappen van de olie zijn afhankelijk van hoe het afval behandeld is in de pyrolyse unit (temperatuur en verblijftijd). Bij torrefactie zijn de temperaturen en zuurstofhoeveelheden nog lager om vaste stoffen (kolen) met een zeer hoge energiedichtheid te bekomen. Tot slot zijn er naast deze thermochemische processen ook biochemische en fysisch-chemische processen om afval te herwerken naar nuttige producten zoals biogas, biodiesel, ethanol en plantaardige oliën.

Wat levert het op?

De efficiëntie van klassieke roosterovens voor het opwekken van elektriciteit ligt tussen de 14% en 27%. De vierde generatie roosterovens (sinds 2005) haalt tot wel 31% door een optimale instelling van de stoomtemperatuur en -druk en zuurstofaanvoer. De bekendste implementatie hiervan is het AEB in Amsterdam, die de grootste, schoonste (meer dan 95% van het afval wordt omgezet) en efficiëntste afvalverbrandingsinstallatie ter wereld is. Toch zijn deze rendementen een stuk lager dan bijvoorbeeld koolcentrales (35%) en gascentrales (45%). Dit is te wijten aan het heterogene karakter van afval en de lagere calorische waarde.

Dat betekent echter niet dat afvalverbranding niet interessant is. Energierecuperatie is namelijk eerst en vooral een manier om te vermijden dat onrecycleerbaar afval gestort moet worden. Om te beslissen of een afvalverbrandingsinstallatie de investering waard is, moeten verschillende aspecten tegenover elkaar worden afgewogen. Zowel ecologische als economische argumenten spelen hier een rol. In sommige gevallen is energierecuperatie wel degelijk de meest zinvolle manier om afval te behandelen. Door het beperkte rendement en het feit dat er CO2 vrijkomt bij de verbranding, heeft deze techniek echter vaak de perceptie tegen bij het brede publiek.

Of we in de toekomst meer afvalverbrandingsinstallaties zullen zien in Europa hangt af van verschillende factoren. Het zal in ieder geval belangrijk zijn om mensen te overtuigen dat energierecuperatie ook een ecologisch verantwoorde keuze is. Anders dreigen grote investeringen te botsen op weerstand van de publieke opinie en de politiek. Verder is het aan de ontwerpers van deze installaties om te blijven inzetten op een hoger rendement en een stabiele werking.