IVL Swedish Environmental Research Institute

Växthusgasutsläppen från avfallsförbränningen i Sverige var 2022 fem gånger högre än motsvarande utsläpp 1990. Sammansättningen av avfallet har under de senaste decennierna förändrats och idag består avfallet av en större andel fossilbaserad plast än tidigare. Fossilbaserad plast motsvarar omkring 90 % av de totala växthusgasutsläppen från avfallsförbränningen. En möjlig åtgärd för att minska plastinnehållet är att införa en separat avgift kopplat till plastinnehållet som läggs till i mottagaravgiften. Detta skulle troligen öka de ekonomiska incitamenten att försortera vid källan av avfallet, vilket skulle resultera i att en större andel plast sorteras ut för materialåtervinning i stället för att plasten förbränns.

För att kunna införa en separat avgift kopplad till plastinnehållet krävs information om mängden plast. Det har dock inte funnits några kommersiella metoder för att mäta plastmängden i avfallet på ett snabbt och effektivt sätt vid avfallsförbränningsanläggningarna. Under hösten 2023 presenterades ”FossilEye”, ett avfallsskannande mätsystem, som möjliggör att inkommande blandat brännbart avfall kan skannas av och plastinnehållet analyseras. För att avfallsskannande mätsystem ska gå att använda är det dock viktigt att sådana system kan utvärderas, valideras och verifieras via en systematisk metod. Detta projekt syftar till att utveckla en testmetod för att verifiera noggrannheten och begränsningarna av avfallsskannande mätsystem avsedda för att uppskatta mängden plast i blandat avfall. 

Projektet genomfördes i separata delsteg. Det första steget var att identifiera olika lämpliga testparametrar vid verifiering av tillförlitligheten och noggrannheten av avfallsskannande mätsystem. Därefter genomfördes fullskaliga tester av mätsystemet FossilEye, vilket baserades på de ovannämnda testparametrarna. De fullskaliga testerna genomfördes i syfte att jämföra mätresultat från ett avfallsskannande mätsystem med kända värden, samt bidra till förståelsen för eventuella begränsningar av liknande mätsystem.

Projektet har haft möjlighet att följa FossilEye under dess pilotstudier och kan således ge en inblick i hur detta mätsystem fungerade under dess utvecklingsfas. Samtidigt har dessa tester gett en djupare insikt i vilka tester som är viktiga för en framtida verifiering av ett avfallsskannande mätsystem, samt hur de testerna bör ställas upp.

I dagsläget finns det inte någon alternativ metod för att på ett säkert sätt avgöra exakt hur mycket fossilt material som finns i 5–10 m3 blandat avfall. Detta visade sig bli en av de viktigaste utmaningarna i projektet.•    Det visade sig vara svårt att sätta ihop ett passande avfall av kända mängder av kända material eftersom det då påverkades av den mänskliga bedömningen, som inte alltid är helt perfekt. Dessutom var det svårt att skapa ett känt provavfall/demonstrationsavfall som faktiskt liknade det avfall som kommer in till förbränningsanläggningarna.•    Dessutom visades det tydligt under projektets gång hur stor variation det kan vara mellan olika former av avfall. Det går inte att hitta en enda sammansättning som kan ses som representerbar för allt avfall som kan vara relevant för den här typen av mätningar. Möjligtvis går det att hitta ett flertal sammansättningar som kan ses som någorlunda representerbara för ett flertal olika kategorier av avfall, men det återstår att bevisa.•    Att utföra plockanalyser av verkligt avfall som också får mätas med mätsystemet kan fungera bättre, men återigen påverkas det av den mänskliga bedömningen. Många artiklar innehåller mer än ett material och många artiklar är nedsmutsade av allt möjligt annat, vilket gör det svårt att avgöra hur mycket fossilt material som finns i en sådan artikel.•    En dedikerad förbränning av en större mängd material i en avfallspanna med mätning av halten biogen koldioxid i rökgaserna, via kol-14, visade sig också vara osäkert. Det gick bara att se ett medelvärde av en stor mängd avfall, vilket dolde variationen mellan olika batcher. Dessutom var det flera parametrar som var osäkra vilket gav ett större spann av möjliga värden.

Slutsatsen och förslaget från detta blev att en mätosäkerhetsberäkning bör bygga på dels en väl specificerad jämförelse, dels på repeterbarhet. Den väl specificerade jämförelsen kan exempelvis baseras på plockanalys i kombination med förbränning med kol-14-mätning. Plockanalysen bör då vara väl specificerad på att plocka ut alla de material som mätsystemet förväntas ta med i sitt resultat. Förbränningen, med kol-14-mätning av rökgaser, bör ske på de fraktioner som togs ut i plockanalysen för att avgöra andelen fossilt material i de olika fraktionerna. Det bör ske i labbskala, inte i en panna som är anpassad för fjärrvärmeproduktion. Repeterbarheten bör endast baseras på jämförelse av mätningar direkt efter varandra då avfallet kan påverkas av själva mätningen. Ju fler mätningar som har gått mellan repetitionerna desto mer kan resultatet förändras av att sammansättningen faktiskt förändras. Mätning nummer N jämförs således mot mätning nummer N+1. Lämpligtvis görs det flera mätosäkerhetsberäkningar, så att det finns en mätosäkerhet beräknad för varje typ av avfall som mätverktyget ska klara av att analysera. Det är stor skillnad mellan avfall och avfall.

Greenhouse gas emissions from waste incineration in Sweden were five times higher in 2022 than the corresponding emissions in 1990. In recent decades, the composition of mixed waste has changed and today the waste consists of more fossil-based plastic than in 1990. Fossil-based plastics account for about 90 % of total greenhouse gas emissions generated from waste incineration. One possible measure to reduce the plastic content is to introduce a separate fee linked to the plastic content of the waste. This may lead to economic incentives to increase pre-sorting of combustible waste, which would result in a higher proportion of plastic being sorted out for recycling instead of the plastic being incinerated.

To be able to introduce a separate fee linked to the plastic content, information about the plastic content is required. However, no commercial methods to measure the amount of plastic in waste in a fast and efficient way at waste incineration plants has been available. In the autumn of 2023, "FossilEye" was presented, a waste-scanning measurement system, which enables incoming mixed combustible waste to be scanned and the plastic content to be analyzed. However, for waste-sensing measuring systems to be operational, it is important that such systems can be evaluated, validated and verified via a systematic methodology. This project aims to develop a method to verify the accuracy and limitations of waste-scanning measurement systems intended to estimate the amount of plastic in mixed waste. 

To achieve the purpose of the project, separate sub-steps were carried out. The first step was to identify various suitable test parameters when verifying the reliability and accuracy of waste-scanning measurement systems. Subsequently, full-scale tests of the FossilEye measurement system were carried out, which were based on the above-mentioned test parameters. Full-scale tests of the FossilEye measurement system are then carried out, which is based on the aforementioned test parameters. The full-scale tests are carried out with the aim of comparing measurement results from a waste-scanning measurement system with known values, as well as contributing to the understanding of possible limitations of similar measurement systems.

The project has had the opportunity to follow FossilEye during its pilot studies and can thus provide an insight into how this measurement system was functioning during its development phase. At the same time, these tests have provided a deeper insight into which tests are important for a future verification of a waste-scanning measurement system, as well as how those tests ought to be set up.

Currently, there is no alternative method to reliably determine exactly how much fossil material is in 5–10 m3 of mixed waste. This turned out to be one of the most important challenges in the project.•    It turned out to be difficult to assemble a suitable waste from known quantities of known materials because it was then influenced by human judgement, which is not always completely perfect. Furthermore, it was difficult to create a known sample/demonstration waste that actually resembled the waste arriving to the incinerators.•    In addition, it was clearly shown during the project how much variation there can be between different forms of waste. It is not possible to find a single composition that can be seen as representative of all wastes that may be relevant for this type of measurement. It might be possible to find a number of compositions that can be seen as reasonably representative of a number of different categories of waste, but this remains to be proven.•    Carrying out composition analysis of real waste that is also allowed to be measured by the measurement system may work better, but again it is influenced by human judgement. Many items consist of more than one material and many items are contaminated with all sorts of things, which makes it difficult to determine how much fossil material is in such an item.•    A dedicated incineration of a larger amount of material in a waste boiler with measurement of the content of biogenic carbon dioxide in the flue gases, via carbon-14, also proved to give uncertain results. It was only possible to see an average value of a large amount of waste, which obscured the variation between different batches. In addition, there were several parameters that were uncertain, which gave a larger range of possible values.

The conclusion and suggestion from this were that a calculation of measurement uncertainty should be based partly on a well-specified comparison, partly on repeatability. The well-specified comparison can, for example, be based on composition analysis of real waste, in combination with combustion with carbon-14 measurement. The composition analysis of real waste should then be well specified to sort out all the materials that the measurement system is expected to include in its result. The combustion, with carbon-14 measurement of flue gases, should take place on the fractions that were taken out in the composition analysis in order to determine the proportion of fossil material in the various fractions. It should take place in a lab dedicated for those types of measurements, not in a boiler adapted for district heating production. The repeatability should only be based on comparison of measurements directly after each other as the waste can be affected by the measurement itself. The more measurements that have passed between repetitions, the more the result can change because the composition actually changes. Measurement number N is thus compared against measurement number N+1. Ideally, several measurement uncertainty calculations are made, so that there is a measurement uncertainty calculated for each type of waste that the measurement tool must be able to analyze. There is a big difference between waste and waste.