Miljømæssig sammenligning af spidslastkedler fyret med biobrændsel eller naturgas Notat Marts 2005
DGC-notat 1/8 Miljømæssig sammenligning af spidslastkedler fyret med biobrændsel eller naturgas Baggrund Dette notat er udarbejdet med henblik på at klarlægge den miljømæssige belastning, udvalgte brændsler har, når de anvendes i forbindelse med fjernvarmeproduktion på eksempelvis spidslastkedler. Notatet tager udgangspunkt i emissionsfaktorer og miljømæssige omkostninger udarbejdet af Danmarks Miljøundersøgelser (DMU) og Miljøstyrelsen (MST). Disse data er grundlaget for udregningerne og analysen i notatet. Tallene er primært 2002-tal. Biobrændsel og emissioner Et biobrændsel defineres i denne sammenhæng som et brændstof af "vegetabilsk, ikke-fossil oprindelse" egnet til forbrænding. Det kan for eksempel være træflis, halm, brænde eller biogas. Biobrændsel er fra politisk side kategoriseret CO 2 -neutralt. Det vil sige, at det ikke regnes for miljøbelastende i CO 2 -sammenhæng. Teknisk afgiver biobrændsel CO 2 ved forbrænding, men i udregninger af miljøomkostninger ses for biobrændsels vedkommende bort fra CO 2 -bidraget, da det optages og omdannes af planterne i vækstforløbet. Denne kategorisering medfører, at biobrændsel ofte omtales som værende mere miljøvenligt end for eksempel naturgas. Biobrændsel afgiver i mange tilfælde større mængder af andre miljøbelastende forbindelser end naturgas. Eksempler herpå kan ses i Tabel 2, hvor det blandt andet fremgår, at biobrændsel afgiver langt mere SO 2, NO x, NMVOC, PM 2,5 og CO pr. indfyret energimængde end naturgas, ligesom biobrændsel afgiver en række (tung)metaller, der ikke forekommer ved forbrænding af naturgas. 727.21 Miljømæssig sml. af spidslastkedlerh:\727\21 - spidslast miljø\07 moe - notat_final2.doc 02-03-2005
DGC-notat 2/8 Afgrænsning Denne analyse begrænser sig til at undersøge emissionsdata for rent fjernvarmeproducerende kedler (ingen el-produktion) med mindre end 50 MW indfyret effekt (DMU SNAP 1 id. 010203). Denne gruppe repræsenterer den største del af de rent fjernvarmeproducerende kedler i Danmark opgjort på indfyret energimængde. De brændselstyper, der indgår i analysen, er træ og halm for biobrændselsdelen samt naturgas. Træ og halm er valgt, da de hyppigt anvendes i forbindelse med spidslastdrift på fjernvarmeproducerende kedler. Der skelnes desuden mellem miljøbelastninger i landområder og i byer. Det giver sig udtryk i de angivne miljømæssige omkostninger ved anvendelse af forskellige typer brændsler. De emissionsprodukter og emissionsfaktorer, der indgår i analysen og beregningerne, fremgår af Tabel 2 sidst i notatet. Emissionsfaktorerne er fra DMU s emissionsopgørelse 2002 over stationære forbrændingsanlæg /1/. Emissionerne i Tabel 2 har alle en miljømæssig omkostning. Omkostningen sætter en pris på emissionens miljøeffekt, som kan anvendes til at sammenligne miljøeffekten af forskellige brændsler til fjernvarmeproduktion på kedler. De anvendte priser på miljøeffekter fremgår af Tabel 3 sidst i notatet. Det skal bemærkes, at værdisætningen af metalkomponenterne er forbundet med en større usikkerhed /2/. Notatet berører kun miljømæssige omkostninger baseret på emissionens miljøeffekt, og tager således ikke stilling til andre omkostninger som for eksempel investeringer, vedligeholdelse af materiel, genanvendelse af aske og brændselspriser. Analyse De beregnede miljømæssige omkostninger for de forskellige brændsler ved ren fjernvarmeproduktion på kedler < 50 MW er vist i Tabel 1. Tabellen 1 SNAP står for Selected Nomenclature for Air Pollution.
DGC-notat 3/8 skelner mellem miljøomkostninger i henholdsvis land- og byområder, og omkostningerne er angivet pr. indfyret energimængde. Totalvirkningsgrader for moderne kedler fyret med enten biobrændsel eller naturgas ligger i dag meget tæt. For eksempel har træfyrede kedler totalvirkningsgrader målt i forhold til nedre brændværdi på op til 108 %, og naturgasfyrede op til 105 % /3/. Den lille forskel bevirker, at de udførte beregninger også er repræsentative, hvis man ser på nyttiggjort varme i stedet for indfyret energimængde. Tabel 1. Miljømæssige omkostninger for udvalgte brændselstyper forbundet med ren fjernvarmeproduktion på kedler < 50 MW Brændsel Land By* Træ kr/gj indfyret 17,73 24,67 Halm kr/gj indfyret 25,74 48,27 Naturgas kr/gj indfyret 11,40 11,47 * De anvendte tal er baseret på byer med 100.000 indbyggere. Tabel 1 viser, at fyring med biobrændsel belaster samfundet mere pr. indfyret GJ, end hvis der fyres med naturgas. Dette gør sig gældende i både land- og byområder. Det fremgår af tabellen, at træfyrede fjernvarmekedler < 50 MW belaster samfundet miljømæssigt med et beløb svarende til 17,73 kr/gj indfyret i landområder og 24,67 kr/gj indfyret i byområder. Ved fyring med halm er belastningen større, svarende til henholdsvis 25,74 og 48,27 kr/gj indfyret i land- og byområder. Miljøbelastningen for naturgas ligger i begge områder omkring 11,45 kr/gj indfyret. Bidraget fra emission af metaller udgør 0,83 kr/gj indfyret for biobrændsel. DGC har tidligere målt på metalemission ved fyring med naturgas. Det samlede bidrag er mindre end 1 øre/gj, hvorfor bidraget er udeladt i nærværende beregninger. Set i forhold til naturgas er de miljømæssige omkostninger ved fyring med træ henholdsvis omkring 1,5 til 2 gange højere for land- og byområder, og for halm omkring 2 og 4 gange højere for henholdsvis land- og byområder. Der er således pr. indfyret GJ miljømæssigt større omkostninger ved at fyre rent fjernvarmeproducerende kedler < 50 MW med træ eller halm set i forhold til naturgas.
DGC-notat 4/8 DMU har oplyst, at brændselsforbruget i 2003 for ovenstående tre brændsler i udvalgte kedelkategori var 5066 TJ for træfyrede, 3339 TJ for halmfyrede samt 1850 TJ for naturgasfyrede /4/. Disse tal viser ved yderligere beregninger, at den samlede miljøbelastning ved fyring med træ i den udvalgte kedelkategori giver en skadesvirkning imellem 90 og 125 mio. kr. i 2003. For halmfyrede kedler i kategorien er beløbet 86 til 161 mio. kr. i 2003 og for naturgas omkring 21 mio. kr. Med udgangspunkt i den samlede miljøøkonomiske belastning for træ- og halmfyrede kedler, kan man vurdere miljøforbedringen ved konvertering til naturgasfyrede kedler. Beregninger viser således, at de miljømæssige omkostninger ved produktion af fjernvarme på kedler < 50 MW kan reduceres med op til 67 mio. kr. ved konvertering af de 5066 TJ fra træ til 130 mio. m 3 n (nedre brændværdi) naturgas, og op til 123 mio. kr. ved konvertering af de 3339 TJ fra halm til 85 mio. m 3 n (nedre brændværdi) naturgas. Hvis man ser på enkelte emissioners miljømæssige omkostninger i land- og byområder pr. indfyret GJ, fremgår det, at fyring med de udvalgte biobrændsler på rent fjernvarmeproducerende kedler < 50 MW i mange tilfælde medfører større omkostninger i miljømæssig henseende end ved fyring med naturgas, se diagrammerne i Figur 1. De resterende emissionstyper er ikke medtaget i figuren, da deres bidrag til de samlede miljømæssige omkostninger er betydeligt mindre end dem, der er vist i figuren. Det fremgår af figuren, at emissioner som SO 2, NO x, NMVOC og PM 2,5 forholdsmæssigt belaster miljøet i langt højere grad pr. indfyret energimængde ved fyring med biobrændsel end ved fyring med naturgas på kedelanlæg i den udvalgte kategori. Dette gælder både i land- og byområder. Det fremgår også af Figur 1 og Tabel 2, at de omkostningsmæssigt tungtvejende emissionstyper som er medtaget i figuren, dannes i større mængder ved fyring med træ eller halm end ved fyring med naturgas.
DGC-notat 5/8 Omvendt er det CO 2, der som tidligere beskrevet ikke indgår i regnestykket for biobrændsel, der i høj grad bidrager til de miljømæssige omkostninger ved fyring med naturgas. 50 Miljømæssige omkostningsprofiler ved fyring i landområder med tre brændsler på rent fjernvarmeproducerende kedler < 50 MW. 45 40 Træ Halm Naturgas 35 Kroner pr. indfyret GJ 30 25 20 15 10 5 0 CO2 SO2 NOx NMVOC PM2,5 Samlet Emissionstype Miljømæssige omkostningsprofiler ved fyring i byområder med tre brændsler på rent fjernvarmeproducerende kedler < 50 MW. 50 45 40 Træ Halm Naturgas 35 Kroner pr. indfyret GJ 30 25 20 15 10 5 0 CO2 SO2 NOx NMVOC PM2,5 Samlet Emissionstype Figur 1. Miljømæssige omkostninger i henholdsvis land- og byområder for udvalgte emissionstyper ved fyring med tre brændsler på rent fjernvarmeproducerende kedler < 50 MW
DGC-notat 6/8 Konklusion Resultaterne ovenfor giver et detaljeret billede af, hvorledes udvalgte brændselstyper påvirker de miljømæssige omkostninger, når der produceres fjernvarme på kedler med mindre end 50 MW indfyret effekt. De udførte beregninger viser, at ren fjernvarmeproduktion på kedler med biobrændsel belaster miljøet mere, end hvis der fyres med naturgas. Der er en lang række emissionstyper med høje emissionsfaktorer, der forekommer ved forbrænding af biobrændsel, som ikke eller kun i ringe grad dannes ved fyring med naturgas. Disse emissioner overses hyppigt i den offentlige debat om biobrændsel, der oftest fokuserer på CO 2 problematikken. Som det ses i søjlediagrammerne i Figur 1, er det hovedsagelig CO 2 og til dels NO x, der belaster miljøet ved fyring med naturgas, mens tungtvejende emissionstyper som SO 2, NO x, NMVOC og PM 2,5 påvirker miljøet for de udvalgte typer biobrændsel. Det fremgår tydeligt ud fra ovenstående resultater, at den samlede belastning ved fyring med biobrændsel kontra naturgas til fjernvarmeproduktion på kedler fremstilles ufuldstændigt i den offentlige debat. Det ufuldstændige giver sig udtryk i den fokusering, der er på CO 2 i global henseende. Denne fokusering tilsidesætter de andre emissioner, der har større betydning for regionale og lokale forhold, og derfor også er vigtige at tage med i den samlede miljømæssige vurdering. Ovenstående udregninger har vist, at produktion af fjernvarme på kedler mindre end 50 MW med naturgas, fra et miljømæssigt synspunkt, samlet set er væsentligt mindre belastende for samfundet i forhold til biobrændsel (træ/halm). Michael Ørtenblad Hørsholm, februar 2005
DGC-notat 7/8 Referencer 1. DMU s emissionsfaktorer online. Emissionsfaktorerne findes på DMU s hjemmeside med emissionsfaktorer: http://www2.dmu.dk/1_viden/2_miljoe-tilstand/3_luft/4_adaei/tables/ emf_stat_combustion_2002.html, (på engelsk). 2. Udkast til rapport om reduktion af NO x -emission. Miljøstyrelsen, 2004. Udkast modtaget elektronisk fra Ulrik Torp, Miljøstyrelsen, den 17. september 2004 (Økonomianalyse0609042.doc). 3. Energistyrelsen Energiforsyning: Technology data for electricity and heat generating plants. Energistyrelsen, Elkraft System og Eltra, 2004. ISBN: 87-7844-440-3. 4. Elektronisk korrespondance med Malene Nielsen, DMU, i perioden november/december 2004. 5. Oplæg til klimastrategi for Danmark. København: Regeringen, 2003. ISBN: 87-7856-555-3. 6. Andersen, M. S. et al.: Faglig rapport fra DMU, nr. 507: Sundhedseffekter af luftforurening beregningspriser. København: Danmarks Miljøundersøgelser, Miljøministeriet, 2004. ISBN: 87-7772-829-7. 7. Miljøpolitikkens økonomiske fordele og omkostninger. København: Finansministeriet, 2001. ISBN: 87-7856-434-4.
DGC-notat 8/8 Tabel 2. Udvalgte emissionsfaktorer for fjernvarmeproducerende kedler mindre end 50 MW fyret med halm, træ eller naturgas /1/ Emission Biobrændsel Træ Halm Naturgas CO 2 kg/gj 0 1 0 1 57,28 SO 2 g/gj 25 130 0,3 NO x g/gj 130 153 50 NMVOC g/gj 48 50 2 CH 4 g/gj 32 32 15 CO g/gj 240 325 28 N 2 O g/gj 4 4 1 PM 2,5 g/gj 10 12 0,1 Cd mg/gj 6,8 0,62 - Cr mg/gj 0 0,62 - Cu mg/gj 6,8 1,06 - Hg mg/gj 6,8 6,8 - Ni mg/gj 0 0,53 - Pb mg/gj 3,4 3,22 - Zn mg/gj 136 8,39 - Kilde: DMU. 1) Emissionsfaktorerne for CO 2 for biobrændsel er fra politisk side sat til 0. DMU opgør emissionsfaktoren for CO 2 for halm og træ til 102 kg/gj for begge /1/. Tabel 3. Priser på miljøeffekter i hhv. land- og byområder Emission Kilde Land By CO 2 kr/kg /2/ 0,12. 0,12. SO 2 kr/kg /6/ 53... 195,60 1 NO x kr/kg /6/ 86... 86... NMVOC kr/kg /2/ 57,81. 57,81. CH 4 kr/kg /5/ 2,52 2 2,52 2 CO kr/kg /7/ 0,01. 0,01. N 2 O kr/kg /5/ 37,20 2 37,20 2 PM 2,5 kr/kg /6/ 138... 477 1. Cd kr/kg /2/ 57.341... 57.341.. Cr kr/kg /2/ 598.463... 598.463.. Cu kr/kg /2/ 331... 331.. Hg kr/kg /2/ 29.773... 29.773.. Ni kr/kg /2/ 10.035... 10.035.. Pb kr/kg /2/ 68.368... 68.368.. Zn kr/kg /2/ 0,66. 0,66. 1) Priserne for SO 2 og PM 2,5 har et tillæg i byområder /6/. 2) Prisen på CH 4 omregnes iflg. Miljøstyrelsen til CO 2 -ækvivalent ud fra forholdet (21:1) /2/. Prisen på N 2 O omregnes iflg. Miljøstyrelsen til CO 2 -ækvivalent ud fra forholdet (310:1) /2/.