Allokering av klimagassutslipp fra avfallsforbrenning med energigjenvinning i livsløpsanalyser

Abstract

Avfall som ved endt livsløp brukes til å produsere energi til bruk i et nytt livsløp, skaper et allokeringsproblem i livsløpsanalyser (LCA) der miljøpåvirkninger enten må allokeres til avfalls-behandling, energiproduksjon eller en miks av de to. Valg av allokeringsmetode kan påvirke miljøvurderingen og hvilke insentiver en LCA vil kunne gi til en avfallsprodusent eller en utbygger under design av energisystemer. Det finnes ingen objektiv vitenskapelig sannhet i allokerings-spørsmålet, men problemet kan løses på en måte som tjener formålet til en LCA. Problematikken har blitt diskutert av fageksperter over lengre tid uten at noen entydig konsensus har blitt oppnådd, og det er fortsatt uklart hvordan klimagassutslipp bør allokeres i metodikk for nullutslippsområder (ZEN) og hvordan ulike allokeringsalternativ påvirker resultatene. Her går vi gjennom nåværende allokeringsmetodikk anvendt for nullutslippsområder spesifikt, og i vitenskapelig litteratur generelt. Vi bruker systemekspansjon med substitusjon for å evaluere alternative behandlingsmåter for avfall. Effektene av allokering analyseres gjennom regneeksempler sett både fra avfallsprodusent og ved design av energisystemer i bygg. Vi viser hvordan kombinasjonen av ulik allokering og valg av ulike scenarioer kan påvirke resultatene i et klimagassregnskap og insentiver gitt til avfallsbehandlingsmåter, valg av energisystem, og energieffektivisering i bygg. Identifiserte allokeringsmetoder for bruk i klimagassberegninger for nullutslippsområder blir vurdert mot ti generelle kriterier for hva som anses som gode allokeringsmetoder i LCA og fem rammeverkspesifikke kriteria som beskriver mål og bruksmuligheter. Litteraturgjennomgangen viser stor bredde i allokeringsmetoder brukt både på tvers av studier og relevante standarder. En foretrukket allokeringsmetode bør være enkel nok til at den kan tas i bruk. Det er viktig at en samproduksjon som gir miljøgevinster relativt til separat produksjon, ikke skal allokeres mer miljøpåvirkninger enn separat produksjon. Energigjenvinning bør ikke gis disinsentiver så lenge blandet avfall eller farlig avfall bør forbrennes fremfor å behandles med teknologier lavere i avfallshierarkiet. Vi anbefaler derfor at det settes en enkel allokeringsfaktor B som allokerer miljø-påvirkninger til livsløpet som bruker energi, og at denne holdes på B=0, dvs. at alle avfallsfor-brenningsutslipp allokeres til avfallssystemet. Full allokering av miljøpåvirkninger til avfallssystemet vil minimere risikoen for feil avfallsbehandling av rene avfallsfraksjoner, som for eksempel å sende fossilt polyetylen til forbrenning. Full allokering til avfallssystemet vil gi fjernvarme med lave utslipp, noe som kan svekke insentivene til energieffektivisering og føre til at desentraliserte varmepumper velges bort i bygg som tilknyttes et fjernvarmesystem. Ved bruk av B=0 er det derfor viktig at tilstrekkelige insentiver for energieffektivitet sikres gjennom å vektlegge supplerende bruk av andre indikatorer enn bare klimapåvirkning. Dette gjøres i ZEN-definisjonen som har et sett av nøkkelindikatorer som både omfatter klimagassutslipp og energibruk, forutsatt brukt parallelt. Dersom løsninger i et utbyggingsområde skal vurderes ved hjelp av et metodisk rammeverk annerledes enn ZEN-definisjonen, og som ikke har en egen KPI for energibruk, er vi åpne for at det kan velges en verdi for B som fraviker anbefalingen B=0. I så fall må valget begrunnes ut fra rammeverkets formål og dokumenteres grundig gjennom både kvantitative og kvalitative analyser. På sikt må klimagassutslipp fra avfallsforbrenning elimineres i overgangen mot et nullutslippssamfunn, trolig både gjennom økt sirkularitet og med karbonfangst og lagring. Det er viktig å vurdere miljøkonsekvenser av avfallsforbrenning med energigjenvinning fra ulike synsvinkler og på tvers av livsløp for å øke miljøytelse.

Waste that at end-of-life is sent for waste incineration with energy recovery produces energy that can be utilized in a new life cycle, thereby creating an allocation problem in Life Cycle Assessment (LCA) where environmental impacts must be allocated either to waste treatment, to energy production, or a mix of the two. Choice of allocation method can affect the conclusions of an LCA, including incentives given to different waste treatment options or to the choice of energy system during the development of buildings and neighbourhoods. There are no objective truths as to how this kind of multifunctionality in LCA should be solved, but allocation methods can be chosen in a way that serves the goal of an LCA. For the Zero Emission Neighbourhoods (ZEN) framework, it is still unclear how greenhouse gas emissions from waste incineration with energy recovery should be allocated and how different methodological choices may affect results. In this report, we critically assess the current practice used in ZEN and review and evaluate other allocation methods found in scientific literature. The allocation problem is tackled both from a waste producer perspective aiming to ensure environmentally beneficial waste treatment and from an energy planner perspective aiming to design sustainable energy systems for buildings. We use system expansion with substitution to assess alternative waste treatment methods for mixed waste and fossil plastics. The effects of chosen allocation methods on greenhouse gas calculations are analyzed and discussed. We show how a combination of varying allocation methods and scenarios affect incentives given through LCA to different waste treatment options, energy systems, and energy efficiency measures in buildings. Identified allocation methods used in literature are qualitatively evaluated considering ten general criteria for good allocation methods in LCA and five ZEN-specific criteria considering ZEN goals and framework usability. The literature review shows that a variety of allocation methods are used across scientific studies and relevant standards. The preferred allocation method should be simple enough that LCA practicians are able to use it in a real planning context. A joint production process that is environmentally beneficial relative to separate production of the same products or services should be allocated less environmental impacts than separate production. Energy recovery should not be disincentivized if mixed waste, non-recyclable waste, or hazardous waste is incinerated instead of treated with other waste treatment options further down the waste hierarchy. We recommend that a simple allocation factor B is defined that allocates a share of greenhouse gas emissions from waste incineration to the life cycle that uses energy recovered from the incineration, and that this factor is set to B=0, thereby allocating all emissions from burning waste to the life cycle that produced the waste. The recommendation ensures the competitiveness of energy recovery as an environmentally beneficial joint production relative to separate production. Allocating all environmental impacts to the waste treatment will reduce the risk of a waste producer sending fossil plastics for incineration instead of recycling. B=0 will also lead to a low emission intensity in district heating grids that rely on waste incineration with energy recovery. However, this can also weaken the incentives for advanced energy efficiency investments in buildings. If B=0 is used, energy efficiency measures in buildings should be motivated through supplementary usage of other indicators. In the ZEN-framework, this is done through a set of key performance indicators that includes both greenhouse gases and energy use that should be used in parallel. If construction projects are evaluated through other LCA frameworks that lacks indicators for energy use, we acknowledge that other values for B can be chosen that differs from our B=0 recommendation. In such cases, the choice must be justified based on the goal of the LCA and be thoroughly evaluated through both quantitative and qualitative analysis. In the future, greenhouse gas emissions from waste incineration must be eliminated, likely both through increased circularity measures and carbon capture and storage deployment. It is vital to evaluate the environmental consequences of waste incineration with energy recovery from different viewpoints and across life cycles to enhance environmental performance.