Emissioner fra pyrolyseanlæg – overblik over miljøpåvirkning og lovkrav
Hvilke krav stiller lovgivningen til emissioner fra pyrolyseanlæg – og hvilke stoffer skal du især have styr på, når røggassen rammer omgivelserne?
Pyrolyseanlæg og emissioner
Danmark har ambition om at blive klimaneutral i 2045 og nedbringe udledningen af drivhusgasser med 110 % frem mod 2050 sammenlignet med niveauet i 1990. Det betyder, at Danmark ikke blot skal være neutral og eliminere alle sine udledninger, men også fjerne mere, fx CO₂, fra atmosfæren, end der udledes.
Pyrolyse rummer et betydeligt potentiale for lagring af CO₂ og for genanvendelse eller nyttiggørelse af organiske affaldsstrømme [2], [6], og den danske regering har udpeget pyrolyse som en mulig vej til at nå klimamålene [1]. Regeringen har derfor afsat finansielle midler og igangsat projekter med henblik på at fremme udbredelsen og den teknologiske udvikling af pyrolyse, samt på at undersøge processens miljøpåvirkning, reguleringsbehov og klimaeffekter [1].
Interessen for pyrolyse er stigende, både i Danmark og i udlandet [2], [3], [4], men er langt fra en nyopfundet metode. Eksempelvis blev pyrolyseolier anvendt op gennem historien i Egypten i forbindelse med balsameringen af døde [3], og i Amazonas har præcolumbianske samfund anvendt pyrolyse til fremstilling af trækul til jordforbedring for et par tusind år siden [5].
Denne artikel giver et overblik over emissioner fra pyrolyseanlæg og gældende lovgivning, der regulerer miljøpåvirkningen fra emissionen til det omgivende miljø.
Pyrolyseprocessen forklaret kort
Pyrolyse er en varmebehandlingsproces, som foregår ved høje temperaturer, typisk over 300-400 °C under iltfrie forhold. Den manglende tilstedeværelse af ilt muliggør dannelsen af syntesegas/pyrolysegas, pyrolyseolier og fast kulstof (biokul). Derudover kan varme fra processen potentielt udnyttes.
Figur 1 herunder viser et forsimplet eksempel på et pyrolyseanlæg.
Det materiale, der anvendes i pyrolyseprocessen, består typisk af forskellige typer affald og restprodukter. Fælles for disse materialer er, at de efter pyrolyse kan anvendes mere hensigtsmæssigt – fx som råmateriale, komplekst materiale med kemiske egenskaber eller energiressource. I det følgende omtales disse materialer samlet som "affald", uanset deres oprindelige karakter.
Affaldstype, temperaturforløb og opholdstid spiller en afgørende rolle for, hvilke pyrolyseprodukter der dannes – og i hvilke mængder. Ved at styre opvarmningshastigheden, sluttemperaturen og gasopholdstiden, samt evt. tilførsel af luft/vanddamp, kan man optimere produktionen af biokul, pyrolyseolie og gas. [3], [6]. Ved langsom opvarmning, lav sluttemperatur og lang gasopholdstid maksimeres produktionen af biokul. Hurtig opvarmningshastighed, moderat sluttemperatur og kort gasopholdstid maksimerer derimod olieproduktionen, mens langsom opvarmning, høj sluttemperatur og lang gasopholdstid maksimerer produktionen af gas.
Pyrolyseprocessen kan foregå enten endotermt eller eksotermt, afhængigt af materialet og betingelserne. Endoterm reaktion kræver ekstern varmetilførsel for at opretholde pyrolyseprocessen, mens eksoterm reaktion kan bidrage til energiproduktion, da visse materialer afgiver varme under nedbrydningen. Til endoterme pyrolyseprocesser anvendes ofte den producerede pyrolysegas til varmeproduktion i processen. Denne forbrænding leder til emissioner til udeluften, og det er den gældende nationale lovgivning for disse emissioner, som behandles her i artiklen.
Affaldstyper, som anvendes til pyrolyse i Danmark
I Danmark foregår kommerciel pyrolyseproduktion på anlæg med varierende størrelse, fra 0,2-20 MW [1]. I 2024 var der ca. 6 kommercielle anlæg i drift i hele landet og flere planlagt [1]. Fælles for de eksisterende pyrolyseanlæg er, at varmen ikke udnyttes i energiforsyningen.
De emissioner, der kommer fra forbrænding af pyrolysegassen, er i høj grad afhængige af den kemiske sammensætning af indfyringsproduktet og dermed af, hvilke materialer der undergår pyrolyse [3], [6].
De affalds- og restprodukter, som med fordel anvendes i Danmark er: spildevandsslam, plastaffald, udtjente bildæk, restbiomasse fra biogasanlæg, landbruget og levnedsmiddelindustrien, have og parkaffald, tang og sedimenter [2], [6]. Visse typer affald kræver neddeling og pelletering inden pyrolysen, og nogle affaldstyper indeholder så meget vand, at en for-tørring inden pyrolysen er nødvendig [6].
Emissioner fra forbrænding af pyrolysegas
Pyrolysegassen består – uanset affaldsmaterialets sammensætning – altid af CO2, CO, H2O, H2, CH4. Hertil kommer flere lettere kulbrinter og tjærestoffer i varierende mængder. Derudover kan der frigives og dannes andre forbindelser (se Tabel 1), afhængigt af affaldstypen, urenheder heri, anlægstypen og pyrolyseprocessen, herunder temperatur og opholdstid [3]. De frigivne eller dannede komponenter under pyrolyseprocessen kan skabe udfordringer for anlægget i form af korrosion af materialerne og ophobninger/tilstopninger. Desuden kan der dannes miljøskadelige emissioner ved forbrænding af pyrolysegassen [6].
Røggassen fra forbrænding af pyrolysegassen har potentiale til at indeholde færre problematiske stoffer end ved afbrænding af fast materiale. Ligeledes kan udkondensering af olie og tungt flygtige stoffer samt rensning af gassen inden forbrænding nedbringe mængden af uønskede stoffer i gassen yderligere og beskytte anlægget.
Røggas fra afbrænding af pyrolysegas indeholder partikler, der primært består af uforbrændt kulstof og evt. metaller. Hvis olietåger ikke udskilles effektivt, vil forbrænding medføre øget soddannelse. Under forbrændingen af pyrolysegassen vil en stor del af CO omdannes til CO2. Der kan dog også dannes CO i forbrændingsprocessen, hvilket kan bidrage til den samlede udledning af CO [6].
Eksempler på emissioner fra forskellige affaldstyper
Tabel 1 viser eksempler på emissioner, der kan frigives ved afbrænding af pyrolysegassen, baseret på udvalgte affaldstyper. Oversigten omfatter både teoretiske forventede emissioner [6] samt målte komponenter, som er rapporteret i den videnskabelige litteratur [3]. Oversigten er ikke udtømmende. De målte emissioner varierer i mængde og kan forekomme både i koncentrationer under gældende emissionsgrænseværdier og i højere niveauer, afhængigt af procesforhold og affaldssammensætning [3]
| Affaldstype | Typiske producerede pyrolyseprodukter | Udvalgte forventede emissioner, der knytter sig til affaldsmaterial-et (teoretisk udledt) [6] | Rapporteret målte emissioner i litteraturen |
| Dæk (ikke biobaseret) | Primært Carbon Black sekundær pyrolyseolie | H2S og andre svovlforbindelser i pyrolysegassen omdannes til fx SO2. HCl, HF forventes i mindre koncentrationer. Tjærestoffer, herunder PAH’er, såfremt forbrændingen ikke er optimal. NOx i mindre koncentrationer. CO fra pyrolysegassen og ifm. forbrændingsprocessen. |
PAH’er [7], [8], [9] TOC, SO2 [10] PM, CO, NOx, HCl, HF [7], [10] PCDD/F’er [7], [9], [11] PCPh, ClBz, PBPh, PBDD/F’er [9] |
| Plast (ikke biobaseret) | Pyrolyseolie | PAH’er forventes kondenseret ud med pyrolyseolien. Komponenter i plastaffaldet som melamin indeholdende kvælstof kan føre til udledning af fx NH3 og HCN. PVC og salt fra madrester kan resultere i klorforbindelser som fx HCl. |
PCB’er, PCDD/F’er [12] CO, NOx, SOx, H2S [13] |
| Spildevandsslam (ikke vegetabilsk) | Biokul | Tungmetaller, fx Cd og As. PM, NOx, SO2, HCl, evt. dioxiner og furaner. |
Klorerede VOC’er, 1,3,5-trimethylbenzen og xylen [14]. PM og metaller (As, Cd og Pb) [15]. |
| Biomasse (fx have-/parkaffald og landbrugsrester, biobaseret og vegetabilsk) | Biokul | - | CO, C4H8, C3H6O, C2H4O2, C4H10, C2H4O2, NH3 [16] H2S, NO, NO2, SO2 [17] PM [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23] CH4, NMVOC, CO2, SO2, HCl [19] CO, NOx, SO2[22] ΣPAH-16, CO, NO2, NMVOC, CO2, PM10 [24] CO2, CO, NMVOC, CH4, PM, NOx [25] PAH’er [26] |
| Polyurethane foam (PUF) (ikke biobaseret) |
Pyrolyseolie | - | ClBz’er, PCDD/F’er [27] NH3, HCN, NO, NO2 [28] |
| Husholdingsaffald (delvis biobaseret) |
Biokul og pyrolysegas | - | NOx, CO, PM, HCl, HF, PCDD/F’er, PAH’er [7] SO2, NO, NO2, NH3, HCN [30] |
Tabel 1: Teoretiske og målte publicerede eksempler på emissioner fra pyrolyse, opdelt efter affaldstyper
Regulering af emissioner fra pyrolyseanlæg
Reguleringen af emissioner fra forbrændingen af pyrolysegassen afhænger bl.a. af affaldstypen og anlægstypen samt om gassen renses inden forbrænding.
Det er de enkelte pyrolyseanlægs miljøgodkendelse, som er afgørende for, hvilke emissionsgrænser der skal overholdes. Emissionsgrænserne kan komme fra enten Affaldsforbrændingsbekendtgørelsen [31], Luftvejledningen [32], Store fyr-bekendtgørelsen [33], MCP-bekendtgørelsen [34] eller Gasmotorbekendtgørelsen [35].
Figur 2 viser en oversigt over den gældende lovgivning, som regulerer udledningen af emission fra forbrændingen af pyrolysegas.
Som vist på Figur 2, har det betydning for reguleringen, om udgangsmaterialet er vegetabilsk biomasseaffald. Vegetabilsk biomasseaffald er i Affaldsforbrændings-bekendtgørelsen defineret som:
a) Vegetabilsk affald fra landbrug og skovbrug
b) Vegetabilsk affald fra levnedsmiddelindustrien, hvis forbrændingsvarmen udnyttes
c) Fiberholdigt vegetabilsk affald fra fremstilling af jomfrupulp og fremstilling af papir fra pulp, hvis det medforbrændes på produktionsstedet, og forbrændingsvarmen udnyttes
d) Korkaffald
e) Træaffald undtagen træ, der kan indeholde halogenerede organiske forbindelser eller tungmetaller som følge af behandling med træbeskyttelsesmidler eller overfladebehandling, herunder navnlig træ fra bygge- og nedrivningsaffald.
Betingelser i Luftvejledningen
I Luftvejledningen er angivet to betingelser, som pyrolyseanlægget kan være underlagt. Betingelse 1 kræver, at emissioner ikke overstiger de værdier, der tillades for naturgasfyrede fyrringsanlæg (se Tabel 2). Dette kan i nogle tilfælde opnås ved, at gassen renses inden forbrænding.
| Nominel indfyret termisk effekt (1) | Stoffer med emissionsgrænseværdier | Regelsæt med emissions-grænseværdier |
| < 120 kW | - | - |
| ≥ 120 kW og < 1 MW | NOx og CO | Luftvejledningen Gasmotorbekendtgørelsen |
| ≥ 1 MW og < 50 MW | NOx og CO | MCP-bekendtgørelsen |
| ≥ 50 MW (2) | NOx, SO2, støv og CO | Bekendtgørelsen om store fyringsanlæg og BAT-konklusioner for store fyringsanlæg |
Tabel 2: Emissionsgrænseværdier, der gælder for naturgasfyrede fyringsanlæg
(1) Den nominelle indfyrede termiske effekt for anlægget, der forbrænder forgasnings- og pyrolysegassen.
(2) Den samlede nominelle indfyrede termiske effekt for anlægget, jf. § 3 i Store fyr-bekendtgørelsen.
Hvis forbrænding af den rensede gas medfører udledning af andre stoffer eller højere mængder end fra naturgasfyrede anlæg, gælder betingelse 2. I så fald skal pyrolyseprocessen overholde relevante emissionsgrænseværdier i Affaldsforbrændingsbekendtgørelsen, jf. afsnit 7.6.2.1, også selvom forgasnings- og pyrolyseanlægget ikke er omfattet af bekendtgørelsen.
Det er kendskab til affaldstypen og processen, som ligger til grund for miljøgodkendelsen. Desuden er det miljøgodkendelsen, som i sidste ende afgør, hvilke komponenter og tilhørende grænseværdier, som skal sikres overholdt.
