Μελέτη Βιωσιμότητας της Μεθόδου Αεριοποίησης Υπολειμματικών Καυσίμων από Αστικά Απορρίμματα μέσω Διερεύνησης Περιβαλλοντικών και Τεχνο - οικονομικών Παραγόντων

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο τη μελέτη βιωσιμότητας της μεθόδου αεριοποίησης υπολειμματικών καυσίμων από αστικά απορρίμματα (RDF) σύμφωνα με περιβαλλοντικά κριτήρια βασισμένα στις αρχές της ανάλυσης κύκλου ζωής, και την αξιολόγηση της επένδυσης σε τέτοιου είδους εγκατάσταση, βάσει τεχνο-οικονομικών παραγόντων. Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μία εισαγωγή στην ιεράρχηση των μεθόδων διαχείρισης αποβλήτων, όπου παρουσιάζονται οι στρατηγικές που ακολουθούνται για τα απορρίμματα από τα κράτη-μέλη της Ευρωπαϊκής Ένωσης και η βαθμίδα στην οποία κατατάσσεται η αεριοποίηση RDF στην πυραμίδα της ιεράρχησης. Στο κεφάλαιο 2 συγκεντρώνεται το θεωρητικό υπόβαθρο της εργασίας, το οποίο αφορά το RDF, την τεχνολογία της αεριοποίησης και τη μέθοδο Ανάλυσης Κύκλου Ζωής. Πιο συγκεκριμένα, γίνεται επεξήγηση της μεθόδου παραγωγής του RDF στη μονάδα ανάκτησης υλικών, παρουσιάζεται η θεωρία της αεριοποίησης και οι διαθέσιμες τεχνολογίες και τέλος γίνεται μία βιβλιογραφική ανασκόπηση σε μελέτες Ανάλυσης Κύκλου Ζωής μεθόδων διαχείρισης στερεών αποβλήτων και αεριοποίησης βιομάζας. Στο κεφάλαιο 3 εφαρμόζεται το υπολογιστικό μοντέλο που αναπτύχθηκε για τη μοντελοποίηση της αεριοποίησης. Δίνονται αναλυτικά οι είσοδοι, όπως η σύσταση του προς αεριοποίηση RDF, η θερμοκρασία αεριοποίησης και οι δύο περιπτώσεις μονάδων που εξετάζονται και παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα που προκύπτουν για το αέριο σύνθεσης που παράγεται. Επιπλέον γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων αυτών με τη βιβλιογραφική αναφορά στην οποία στηρίχθηκε το μοντέλο. Στο κεφάλαιο 4 υπολογίζεται η επίδραση της εξεταζόμενης μεθόδου στο φαινόμενο του θερμοκηπίου βάσει των αρχών της Ανάλυσης Κύκλου Ζωής. Επιπλέον πραγματοποιούνται αναλύσεις ευαισθησίας σχετικά με τις σημαντικότερες παραμέτρους. Τα αποτελέσματα συγκρίνονται με την εφαρμοζόμενη αυτή τη στιγμή μέθοδο διαχείρισης της απόθεσης σε ΧΥΤΑ στην Ελλάδα. Τέλος παρουσιάζονται προτάσεις σύμφωνα με την περιβαλλοντική νομοθεσία, σε εθνικό και ευρωπαϊκό επίπεδο, προκειμένου η Ελλάδα σαν κράτος-μέλος της Ευρωπαϊκής Ένωσης να επιτύχει τους στόχους που έχουν τεθεί. Στο κεφάλαιο 5 εφαρμόζεται βάσει των δεδομένων των προηγούμενων κεφαλαίων το οικονομικό μοντέλο, υπολογίζοντας τις χρηματοροές της επένδυσης. Τελικό αποτέλεσμα της οικονομικής ανάλυσης είναι ένα εύρος τιμών πώλησης της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από αέριο σύνθεσης που έχει προέλθει από αεριοποίηση RDF. Ακόμα παρουσιάζονται αναλύσεις ευαισθησίας σε σχέση με τα οικονομικά και τα τεχνικά χαρακτηριστικά της επένδυσης. Στο κεφάλαιο 6 γίνεται εισαγωγή στο σύστημα εμπορίας εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, όπου αναφέρεται και η σχετική ευρωπαϊκή νομοθεσία η οποία επέβαλε το σύστημα εμπορίας εκπομπών με σκοπό να μειωθεί η αυξανόμενη τάση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Παράλληλα, υπολογίζεται το οικονομικό αποτέλεσμα που θα είχε η εισαγωγή μίας εγκατάστασης διαχείρισης απορριμμάτων στο σύστημα εμπορίας εκπομπών σχετικά με την τιμή πώλησης της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται. Τέλος, στο κεφάλαιο 7 συνοψίζονται τα συμπεράσματα της εργασίας και δίνονται προτάσεις για μελλοντική εργασία.

The scope of the present thesis is a sustainability study of the gasification of RDF process according to environmental criteria based on the Life Cycle Analysis principles and the investment evaluation for this kind of waste treatment plant, based on techno-economic factors. Chapter 1 is an introduction to the waste hierarchy, while the waste treatment strategies followed by the European member states and the level of the waste hierarchy pyramid in which gasification of RDF belongs, are also presented. Chapter 2 includes the necessary theoretical basis for the study, referring to the RDF production, the gasification technology and the Life Cycle Analysis process. Specifically, the production of RDF in a material recovery facility, and the gasification theory and available technology are analyzed. Finally, a Life Cycle Analysis literature review over solid waste management methods and biomass gasification is illustrated. In chapter 3 the developed computational model for gasification modelling is applied. Parameters such as RDF composition and gasification temperature are given, as well as the results referring to the product gas chemical composition. Furthermore, there is a comparison between these results and the ones from the literature reference, on which the developed model is based. In chapter 4 the environmental impact of the baseline scenarios in concern of the greenhouse effect is assessed, based on the Life Cycle Analysis principles. Moreover, sensitivity analyses according to the most important parameters are presented. These results are compared to the current method of untreated MSW landfilling. Finally, suggestions according to the environmental legislative framework are being made, so that Greece as a member-state of the EU achieves the expected results. Chapter 5 of the developed economic computational model is applied, based on the previously mentioned data, calculating the investment cash flow. The main result of this economic evaluation is a range for the selling price of the electricity produced by syngas combustion. In addition, several sensitivity analyses are being undertaken, in order to determine the effects of altering the basic financial and technical factors of the investment. Chapter 6 is an introduction to the emission trading system as an additional parameter to a waste management investment evaluation and its effect especially to the produced electricity selling price. The 7th and final chapter includes the conclusions of the above study and the perspectives and proposals for further study and research.