Miljømæssig optimering af in situ termisk afværge ved brug af livscyklusvurdering

Transkript

1 Miljømæssig optimering af in situ termisk afværge ved brug af livscyklusvurdering Gitte Lemming, Poul L. Bjerg DTU Miljø Klaus Weber, Jacqueline A. Falkenberg NIRAS Steffen G. Nielsen, Gorm Heron TerraTherm Inc. Carsten B. Jensen, Mads Terkelsen Region Hovedstaden ATV vintermøde 6/3 2012

2 In situ termisk afværge Fordele Høj oprensningsgrad også for lavpermeable aflejringer og DNAPL forureninger Hurtig oprensning sammenlignet med andre in situ metoder attraktiv metode Ulemper Stort energiforbrug Stort forbrug af on-site installationer over og under jorden Stort forbrug af aktivt kul til damprensning miljøeffekter på den lokale, regionale og globale skala Thermal conductive heating (ISTD) Steem enhanced extraction (SEE) Electrical resistance heating (ERH) Radio frequency heating (RFH)

3 Hotspotanalyse Forbedringspotentiale Formål At anvende LCA til at kvantificere de miljømæssige belastninger ved den nuværende praksis for en række termiske oprensningsmetoder: Termisk ledningsevne (ISTD In situ thermal desorption) Dampoprensning (SEE - Steam enhanced extraction) Elektrisk modstand (ERH Electrical resistance heating) Radiobølger (RFH - Radio frequency heating) At identificere og teste muligheder for at forbedre metodernes miljøprofil vha. LCA Subsitution af materialer Ændring i opvarmningsstrategier Ændring i energiforsyning

4 Emissioner Metode: Livscyklusvurdering (LCA) Udvinding af råstoffer Afværgeprojekt Produktion Brugsfase Bortskaffelse Opgørelse Effektkategori Global opvarmning (Global warming) Ozondannelse (Ozone formation) Forsuring (Acidification) Avatisk eutrofiering (Aquatic eutrophication) Terrestrisk eutrofiering (Terrestrial eutrophication) Partikelforurening (Respiratory inorganics) Økotoksicitet ferskvand (Ecotoxicity freshwater) Humantoksicitet non-cancer (Human toxicity non-cancer) Humantoksicitet cancer (Human toxicity cancer) Enhed CO 2 -eq. Person ppm h m 2 N-eq. m 2 PM2.5-eq. CTU e CTU h CTU h Normaliserede effekter: Omregnet til personækvivalenter (PE) ved at dividere med den årlige belastning fra en gennemsnitsperson

5 Ressourceforbrug Metode: Livscyklusvurdering (LCA) Udvinding af råstoffer Afværgeprojekt Produktion Brugsfase Bortskaffelse Opgørelse Ressource Brunkul Kul Naturgas Olie Aluminium Cobber Chrom Jern Mangan Molybdæn Nikkel Uran Enhed Vægtet ressourceforbrug: Omregnet til personækvivalenter (PE) og divideret med forsyningshorisonten personreserver (PR)

6 Reerslev Dataindsamling Lille og stor lokalitet: Lille lokalitet Areal m² Dybde m 7 9 Forurenet jordvolumen m³ Forureningsmasse (Klorerede opløsningsmidler) Stor lokalitet Datainput fra: Termisk ledningsevneopvarmning Dampoprensning Skuldelev Elektrisk modstandsopvarmning Behandlingssystem og andet overjordisk udstyr Radiobølgeopvarmning

7 Termisk ledningsevneopvarmning/in situ thermal desorption (ISTD) Machines On-site electricity Materials above grade Transportation Wellfield materials Varmeboringer: Heater can: Stål Liner: Rustfri stål (304) Varmelementer: Heater rod: Rustfri stål (310) Cold pin: Nikkel

8 ISTD Miljøeffekter (PE) pr lokalitet Human toxicity (cancer) Human toxicity (non-cancer) Ecotoxicity freshwater Respiratory inorganics Aquatic eutrophication Terrestrial eutrophication Acidification Ozone formation (Human) Global warming Lille lokalitet (180 m 2 ) HOTSPOTS: ELFORBRUG OVERJORDISKE MATERIALER WELLFIELD MATERIALER Human toxicity (cancer) Normalized result (PE) k Human toxicity (non-cancer) On-site electricity Materials (above grade) Materials (wellfield) Machines Transportation Ecotoxicity freshwater Respiratory inorganics Aquatic eutrophication Terrestrial eutrophication Acidification Ozone formation (Human) 50Global warming Normalized result (PE) k Normalized result (PE) k Stor lokalitet (1300 m 2 ) 540 PE On-site On-site electricity electricity Materials (above grade) Materials (wellfield) Machines Machines Transportation Transportation

9 ISTD Miljøeffekter (mpe) pr m 3 oprenset jord Human toxicity (cancer) Human toxicity (non-cancer) Ecotoxicity freshwater Respiratory inorganics Aquatic eutrophication Terrestrial eutrophication Acidification Ozone formation (Human) Global warming Lille lokalitet (180 m 2 ) Ca. dobbelt så høje effekter pr m 3 jord Human toxicity (cancer) Normalized result (mpe) k Human toxicity (non-cancer) On-site electricity Materials (above grade) Materials (wellfield) Machines Transportation Ecotoxicity freshwater Respiratory inorganics Aquatic eutrophication Terrestrial eutrophication Acidification Ozone formation (Human) 50Global warming Normalized result (PE) k Normalized result (mpe) k Stor lokalitet (1300 m 2 ) On-site electricity On-site electricity Materials Materials (above (above grade) grade) Materials (wellfield) Machines Transportation

10 ISTD ressourceforbrug (mpr) pr m 3 behandlet jord Uranium Nickel Molybdenum Lille lokalitet (180 m 2 ) Manganese Iron Chromium Copper HOTSPOTS: Aluminium Oil ELFORBRUG Natural gas Coal WELLFIELD MATERIALER Brown coal OVERJORDISKE MATERIALER Uranium Weighted resource use (mpr) Nickel On-site electricity Molybdenum Materials (above grade) Materials (wellfield) Machines Transportation Manganese Iron Chromium Copper Aluminium Oil Natural gas Coal Brown coal Weighted resource use (mpr) Stor lokalitet (1300 m 2 ) Normalized result (PE) k On-site electricity On-site electricity Materials Materials (above (above grade) grade) Materials (wellfield) Machines Transportation

11 Overjordiske materialer: Miljøeffekter (PE) Stor lokalitet (1300 m 2 ) Uranium Human toxicity Nickel 100 PE (cancer) Molybdenum Human toxicity (non- Manganese HOTSPOTS: Ecotoxicity Iron freshwater Respiratory Chromium AKTIVT KUL inorganics Aquatic eutrophication Copper SKUMBETON Aluminium Terrestrial eutrophication Oil Acidification STÅL (TOKSISKE EFFEKTER) Natural gas Ozone Coal formation Brown coal Global warming Weighted resource use (PR) Normalized result (PE) k Granular Granular activated activated carbon carbon (Vapor/CN) (Vapor/CN) Granular Granular activated activated carbon carbon (Liquid/US) (Liquid/US) Foam concrete concrete PE PE Stainless Stainless steel steel Steel Steel

12 Wellfield materialer: Miljøeffekter (PE) og ressourceforbrug (PR) Human toxicity (cancer) Human toxicity (non-cancer) Ecotoxicity freshwater Respiratory inorganics Aquatic eutrophication Terrestrial eutrophication Acidification ium Ozone formation (Human) ickel Global warming num Stor lokalitet (1300 m 2 ) nese Iron ium pper ium Oil l gas oal coal Normalized result (PE) k Uranium High temperature Nickel grout Copper wire Glass fibre Sand Cold pins Stainless steel (310) Stainless steel (304) Steel Molybdenum Manganese HOTSPOTS: Iron Chromium RUSTFRI STÅL Copper Aluminium COLD PINS Oil Natural gas KOBBERKABLER Coal Brown coal Weighted resource use (PR) HOTSPOTS: STÅL RUSTFRI STÅL Weighted resource use (PR) 400 PE High temperature grout Sand Glass fibre Copper wire Cold pins Stainless steel (310) Stainless steel (304) Steel High temperature grout Sand Glass fibre Copper wire Cold pins Stainless steel (310) Stainless steel (304) Steel

13 Forbedringsmuligheder for ISTD testet vha. LCA Energi: Diskontinuert opvarmning (opvarmning om natten) Certificeret vandkraft Materialer Alternative konstruktioner af vapor cap Biobaseret aktivt kul (kokosnøddeskaller) Udskiftning af rustfri stål og nikkel i varmelementer, cold pins og linere

14 1: Diskontinuert opvarmning (12 timer/dag) 9% forøgelse i driftstid 3% forøgelse i elforbrug Antagelse: Uranium 100% vindenergi tilgængelig i elnettet i gennemsnit 6 timer pr nat Nickel Molybdenum Human toxicity (cancer) Manganese FORBEDRINGSPOTENTIALE: Human toxicity (non-cancer) Iron Ecotoxicity freshwater 10% REDUKTION IN MILJØ- Chromium Respiratory inorganics EFFEKTER OG RESSOURCE- Copper Aquatic eutrophication FORBRUG FRA ELFORBRUG Aluminium Terrestrial Oil eutrophication Natural gas Acidification Ozone Coal formation (Human) Brown coal Global warming Baseline: 75% coal/ 25% wind Weighted resource use (PR) Normalized result (PE) k 75% coal/ 25% wind 65% coal/35% wind Optimization scenario: 35% coal/65% wind

15 2: Certificeret vandkraft Certificeret vandkraft fra Norge blev indkøbt ved ISTD i Reerslev Uranium Nickel olybdenum anganese Iron Chromium Copper Aluminium Oil Natural gas Coal Brown coal Human toxicity (cancer) Human toxicity (non-cancer) Ecotoxicity freshwater Respiratory inorganics Aquatic eutrophication Terrestrial eutrophication Acidification Ozone formation (Human) Global warming Uranium Nickel Molybdenum Manganese Iron Chromium Copper Aluminium Oil Natural gas Coal Brown coal Normalized result (PE) k Baseline (average DK electricity mix) FORBEDERINGSPOTENTIALE: INGEN FORBEDRING! Hydropower Weighted resource use (PR) Weighted resource use (PR) MEN: At købe certificeret vandkraft sikrer ikke at vandkraftproduktion forøges (allerede fuldt udbygget Baseline Baseline (average i Norden) (average DK DK electricity mix) Hydropower

16 3: Alternative konstruktioner af vapor cap Basisscenarium: 40 cm skumbeton (densitet 400 /m 3 ) Alt. 1: 26 cm skumbeton (densitet 300 /m 3 ) Alt. 2: Betonsandwich med 10 cm ekspanderet polystyren (EPS) Alt. 3: Betonsandwich med 21 cm lecanødder Alt. 4: Betonsandwich med 30 cm muslingeskaller

17 3: Alternative konstruktioner af vapor cap Basisscenarium: 40 cm skumbeton (densitet 400 /m 3 ) Alt. 1: 26 cm skumbeton (densitet 300 /m 3 ) Alt. 2: Betonsandwich med 10 cm ekspanderet polystyren (EPS) Alt. 3: Betonsandwich med 21 cm lecanødder Alt. 4: Betonsandwich med 30 cm muslingeskaller Human toxicity (cancer) Human toxicity (cancer) uman toxicity (non-cancer) Human toxicity (non-cancer) Ecotoxicity Ecotoxicity freshwater freshwater Respiratory inorganics Aquatic eutrophication Aquatic eutrophication Terrestrial eutrophication Terrestrial eutrophication Acidification Ozone formation Acidification (Human) Baseline: Foam concrete, 400 /m3 Alt 1: Foam concrete, 300 /m3 Alt 2: Concrete sandwich with EPS Alt 3: Concrete sandwich with leca Alt 4: Concrete sandwich with shells FORBEDRINGSPOTENTIALE: 65-75% REDUKTION I MILJØEFFEKTER OG RESSOURCEFORBRUG FRA VAPOR CAP Ozone formation Global (Human) warming Global warming Normalized result (PE) k

18 errestrial eutrophication 4: Skift Acidification til biobaseret aktivt kul (AC) til damprensning one formation (Human) Global warming Antagelse: kokosskaller er et affaldsprodukt Human toxicity (cancer) Human toxicity (non-cancer) Normalized result (mpe) k Ecotoxicity freshwater Respiratory inorganics Aquatic eutrophication Terrestrial eutrophication Acidification Ozone formation (Human) Global warming Normalized result (mpe) k Anthracite coal AC Anthracite based AC Biobased AC Biobased AC FORBEDRINGSPOTENTIALE FOR AKTIVT KUL: 80% REDUKTION I OZONDANNELSE (FOTOKEMISK SMOG) 60% REDUKTION I GLOBAL OPVARMNING 40% REDUKTION I RESPIRATORISKE EFFEKTER

19 Uranium Nickel lybdenum nganese Iron hromium Copper luminium Oil atural gas Coal own coal 5: Udskiftning af stål og nikkeltyper i varmeelementer og linere Stor lokalitet Baseline scenario Alternative scenario Material Weight [] Material Weight [] Heater 310 SS SS 1864 Heater sleeve/liner 304 SS SS 1107 Heater cold pin NI Monel Rustfri ståltyper: 310 SS: 25% Ni, 21.5% Cr Uranium Nickel Molybdenum Manganese Iron Chromium Copper Aluminium Oil Natural gas Coal Brown coal 304 SS: 8% Ni, 18% Cr 410 SS: 0.75% Ni, 12% Cr Weighted Weighted resource use (PR) Heater materials (baseline) Heater materials (baseline) Nikkeltyper: Ni200: 99.5% Monel 400: 63% Ni, 27% Cu FORBEDRINGSPOTENTIALE: 80% REDUKTION I NIKKELFORBRUG 2% REDUKTION I KROMFORBRUG Heater materials (alternative) Heater materials (alternative)

20 ISTD Opsummering af konklusioner for ISTD Hotspots Optimeringstiltag Samlet reduktionspotentiale og fordeling mellem tiltag Elforbrug Overjordiske materialer Diskontinuert opvarmning Vapor cap (betonsandwich) Miljøeffekter: 10% Biobaseret kul Ressource- Wellfield Udskiftning af nikkel og forbrug: Materialer rustfri stål 20% Diskontinuert opv. Vapor cap Biobaseret kul Diskontinuert opv. Vapor cap Biobaseret kul Ni- og stållegeringer

21 ET-DSP SEE ISTD Opsummering af konklusioner for ISTD, SEE og ET-DSP Hotspots Optimeringstiltag Samlet reduktionspotentiale og fordeling mellem tiltag Elforbrug Overjordiske materialer Diskontinuert opvarmning Vapor cap (betonsandwich) Miljøeffekter: 10% Biobaseret kul Ressource- Wellfield Udskiftning af nikkel og forbrug: Materialer rustfri stål 20% Energiforbrug Skift til kondenserende kedel Miljøeffekter: Overjordiske materialer Vapor cap (betonsandwich) 21% Biobaseret kul Ressourceforbrug: Wellfield Skift til glasfiber linere 9% materialer Elforbrug Diskontinuert opvarmning Miljøeffekter: Overjordiske materialer Vapor cap (betonsandwich) 13% Biobaseret kul Ressource- Transport Brug af eksperter og udstyr fra DK forbrug: 9% Diskontinuert opv. Vapor cap Biobaseret kul Diskontinuert opv. Vapor cap Biobaseret kul Ni- og stållegeringer Kondenserende kedel Vapor cap Biobaseret kul Glasfiber boringer Kondenserende kedel Vapor cap Biobaseret kul Glasfiber boringer Diskontinuert opv. Vapor cap Biobaseret kul Transport Diskontinuert opv. Vapor cap Biobaseret kul Transport ET-DSP: Electro-Thermal Dynamic Stripping Process

22 Afsluttende bemærkninger LCA kan anvendes med to formål: 1) Sammenligning af miljøprofiler for forskellige teknikker 2) Hotspot-analyse og optimering af enkelt teknik På baggrund af dette projekt kan der laves opdateringer til RemS materialer, LCA data, teknikdesign mv. Endelig afrapportering af projekt: MST rapport i løbet af 2012

23 Tak for opmærksomheden Spørgsmål? Tak til: Trae-off Gitte Lemming