2007 国际生态卫生大会生态卫生与环境友好型社会建设 International Conference on Sustainable Sanitation Eco- Cities and Villages, China, 27-31 August 2007 2007 年 8 月 27-31 日, 中国东胜 Resource Recovery and Utilisation of Bioorganic Wastes. to support Sustainable City Development in China 可生物降解垃圾能源与资源化利用研究 响应中国城市可持续发展计划 Prof. Dr. phil. habil. Bernhard Raninger, Prof. Dr. Li Rundong, MSc. Feng Lei, Luo Xioasong 伯恩哈特蓝宁阁博士教授, 李润东博士教授, 冯磊讲师, 骆晓松研究生 Institute of Clean Energy and Environmental Engineering (ICEEE), Liaoning Key Laboratory of Clean Energy & Environmental Engineering (LNKLCE), Hangkong University, Shenyang China 沈阳航空工业学院清洁能源与环境工程研究所, 辽宁清洁能源联合重点实验室, 中国沈阳 1
Content of Presentation 演讲内容 Chinese Policy Drivers to support BMW-M 中国的鼓励政策 Landfill gas versus Biogas in China 中国填埋气与沼气状况对比 RRU-BMW Project on BMW source separation RRU-BMW 项目 - 基于生物垃圾源分类的城市垃圾能源多资源化利用项目 MSW & BMW Biogas Generation Potential in China 中国利用生物垃圾和生活垃圾生产沼气的潜力 Effects on integrated Waste Management Practice 废物综合管理实践的影响 2
China s direct and indirect BG Generation Policy China s Drivers BG Generation Policy Drivers 中国关于发展沼气生产的直接与间接政策 1) Circular Economy Policy, based on the Cleaner Production Law (2002) by NDRC and SEPA, till 2020 and 'Circular Economy' Law (2007), to provide a legal, framework for its national sustainable development strategy 循环经济政策, 根据国家发改委和国家环保总局 2002 年颁布的 清洁生产促进法 而制定, 有效期至 2020 年 2) The Renewable Energy Law by NDRC (2006), lays out the conditions for renewable energy to become a more important energy source till 2020 可再生能源法, 于 2006 年由国家发改委颁布, 明确指出从现在开始到 2020 年, 可再生能源将成为一种十分重要的能源资源 3) National 11 th 5-Year Plan (2006) till 2010, to - treatment ratio of MSW from 53.5% to 60% (80m t/a to 120m t/a) 国家 十一 五规划 (2006-2010 年 ), 将城市生活垃圾处理率从 53.5% 提高到 60%( 即 8000 万吨 / 年到 1.2 亿吨 / 年 ) 3
China s direct and indirect BG Generation Policy China s Drivers BG Generation Policy Drivers 中国关于沼气生产的直接与间接政策 4) National Rural Biogas Construction Plan, by MOA (2003), 23m units of BG plants, 20% of farmers biogas users in 2010. 国家农村沼气建设规划, 建设部于 2003 年颁布 到 2010 年, 将建成 2300 万座沼气厂, 使 20% 的农民利用沼气作为能源 5) Environmental Pollution from Livestock Breeding, SEPA (1999) bioorganic waste from livestock is one of the main polluting problems in China, 畜牧养殖业污染防治管理办法, 国家环保总局 1999 年颁布 6. Return arable land to forests (2000), reforestation, defeat erosion,.. 7) Construction of New Socialist Countryside (2006), to boost modern agriculture infrastructure and farmers' income till 2010. 中共中央国务院关于推进社会主义新农村建设的若干意见,2006 年颁布, 目标是到 2010 年实现农村基础设施现代化, 提高农民收入 8) GHG Emission Reduction, relevant after 2013 (Post-Kyoto) 温室气体排放减量计划, 京都议定书 到期后从 2013 年起限制中国温室气体排放 4
China s Energy Generation 2004 2004 年中国能源生产情况 7% Renewables 占 7% 可再生能源 Petroleum 23% Natural gas 3% Hydropower/ Renewables 7% App. 60 GW Coal 67% 2007: 78% of 700 GWel installed capacity derive from coal (3 bn t/a)! 2007 年 :78% 电能储存 ( 总量为 700GW el ) 都来自煤 5
China s Biogas Generation Targets 中国沼气生产目标 China Renewable Energy Law 2006 2006 年中国颁布可再生能源法 2020: 970 GW el. total 18.5% of renewables or 3% of the entire energy demand in 2020 should come from biomass (agriculture, industry, MSW, sewage sludge, small- and large-scale units, landfills) 到 2020 年, 利用生物质 ( 包括农业 工业 MSW 污泥 大小型设施 填埋场生物质 ) 生产的 可再生能源 应达到 18.5%, 占能源需求总量的 3% Biogas from BMW not considered!! 生物垃圾生产沼气没有被考虑在内!! 6
The resource base Energy Crops versus Waste Biomass 生产沼气的废弃物资源 : 能源作物与生物质废弃物 Worldwide area for crop production: 2400 mha from 4100 mha are not in use (Source:FAO Müller 2007), but in Asia... 世界能源作物生产面积 :41 亿公顷, 但 24 亿公顷的能源资源都没有得到利用 ( 来源 :FAO Müller 2007), 但亚洲情况有所不同... 1200 1000 800 600 400 200 million ha 1066 203 1031 366 228 232 0 Latin America sub-saharan Caribbean Africa 拉美及加勒亚洲撒哈 Raninger 比海 et.al. Dongsheng 拉沙漠 8/07 874 China 2050: app. 100 mio t/a energy crops (MOA) Suitable for rainfed crop production but 300 mio t/a BMW 2005 年, 根据 Arable MOA land use, 资料 1997/99, 中国能源作物产量为 1 亿吨 / 年, 但 East Asia 东亚 BMW 年产量可达 3 亿吨 / 年 220 207 South Asia 南亚 99 86 Near East/North Africa 东 / 北美附近 387 Industrialized Countries 工业化国家 497 265 Transition Economies 经济转换 7
China MSW Composition RRU-BMW pilot areas average of 12 monthly analysis Shenyang 2005/06 沈阳示范小区生活垃圾成分分析 2005/06 示范小区 12 个月数据分析平均值 (% m/m wm) MSW average composition 2005/06, 4 pilot areas, monthly samples, n = 48 0.5 1.3 3.4 8.6 0.7 1.3 2.6 3 Average BMW content of MSW China = ± > 66 % 2.1 0.5 (average of 38 analysis from 27 cities in China, 1998 2006) 中国生物垃圾平均含量 66% Bioorganic Fraction Wood/Bamboo Packages/Plastics Metal Hazardous household waste Raninger Other categories et.al. Dongsheng 8/07 75 Textile Paper Glass Minerals Complex products Fines fraction Europe = ± 33 % 欧洲生物垃圾平均含量 33% 8
China Urban MSW Disposal 2005 沈阳示范 Incineration 3% Biological Treatment 1% Sanitary Landfill 24% Not collected 48% Uncontrolled disposal 24% 9
China Problems with LFG Collection 中国填埋气收集存在的问题 LFG recovery rate in western countries = < 60 % 西方国家填埋气回收率 60 % China = < 20 % 中国 20 % 11
China Problems with LFG collection 中国填埋气收集存在的问题 从长远来看, 填埋已经是一种 末端治理 方法 中国填埋场的填埋气收集量仅为 20% 到 40%, 这还是在填埋气收集设施已经非常先进的情况下 收集量低的原因主要有如下几个方面 : - 垃圾成分 : 中国垃圾主要是分解非常迅速的生物垃圾, 纤维素 木素和其他降解缓慢的生物聚合物含量很低 - 填埋场主体的条件 : 被水充分浸透, 密度高, 温度高 - 填埋场经营状况 : 无控制水位, 开放式的填埋坑遍布各处而且没有覆盖, 有的填埋场虽有覆盖, 但不是 HDPE 衬垫, 无功能型 ( 水平式 ) 集气井系统 LFG recovery rate in western countries = < 60 % 西方国家填埋气回收率 = < 60 % China = < 20 % 中国 20 % 12
EU Landfill Directive CD1999/31/EC1999 欧洲垃圾填埋法令 CD1999/31/EU/1999 stepwise reductuion of BMW landfilldisposal till 2016 到 2016 年逐步减少城市生物垃圾的填埋量 16% of anthropogenic GHG emissions from Landfills16% 的人为温室气体减排来自填埋 EU landfill target: 65 % BMW reduction till 2016 欧盟填埋目标 : 到 2016 年生物垃圾减少到现今的 35% Specific targets in Germany 2005 5 % TOC 奥地利和德国的明确目标 5% 总有机碳 13
Integrated MSW Management Austria 奥地利城市生活垃圾综合管理 Federal Waste Management Plan, Forcast 2009 2009 年垃圾总量 17 % 14
BMW & MSW Digestion in Europe 2004 2004 年欧洲 BMW 和 MSW 厌氧消化情况 2006 Germany: 78 MBAs 7.2 mt/a > 1500 Composting & Biogas > 14 mt/a 15
Agricultural Biogas Plants in Germany 德国农村沼气厂建设情况 Nr. of plants 4500 Entwicklung: Biogasanlagen in der Landwirtschaft 4000 3000 inst. MW el. 700 1000 900 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Anlagenzahl Anlagenzahl 2500 inst. e l. L e istu n g [M W ] 600 500 2000 400 1500 300 1000 200 500 100 0 0 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Fachverband Biogas e.v. 0 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 German Biogas Association Asociación Alemana de Biogas Société Allemande du Biogaz inst. el. Leistung [MW] 800 700 600 500 400 300 200 100 0 16 Installed electrical power [MW]
EU Biogas Production 2001-2020 2001-2020 年欧盟沼气生产 * EU crude biogas production (mtoe) 欧盟天然沼气生产 2002 = 2.7 2004 = 4.3 2010 = 15.0 2020 = 100.0 (potential*) 17
RE: Mureck since 1990 1990 年 Mureck 发展状况 Biogas Biomass Biodiesel 沼气 - 生物质 - 生物柴油 Electricity 电 - Heat 热 - Fuel 燃料 18
Biogas as Vehicle Fuel in Sweden 2006 2006 年瑞典 : 沼气作为交通燃料的使用情况 沼气 : 101.93 亿 m3 天然气 :97.49 亿 m3 19
GDP 1979-2005 20
RRU-BMW Pilot Project Objectives (6x) 城市可生物降解垃圾能源与资源化利用研究目标 (6 个 ) - Behaviour and attitude of population towards source separation 人们对垃圾分类表现出的态度和行为 - BMW collection quantity (app. 60-100 kg/c/a) and quality 城市生物垃圾收集 数量 ( 大约每人每年 60 100 kg) 和质量 - Biogas production potential 生物气生产潜力 - Compost quality 堆肥质量 RRU-BMW 3 project phases 项目 3 个阶段 2004/05: 10 households 10 户居民 2005/06: 700 participants PSS/SSS 项目 4 pilot areas - Residual Waste quantity and characteristics 4 个示范小区 700 人参加剩余垃圾数量和特点 2006/07: 2 PSS pilot areas 2007-2010: Demonstration project - Technological and and Economic Feasibility (implementation, collection, treatment) 建议引进先进技术 anticipated 计划以社区或区为单位 ( 实施 21 收集和处理 )
RRU-BMW 4 Waste Stream System RRU-BMW 项目的 4 种垃圾流方法 1: BMW 生物垃圾 2: RMW 剩余垃圾 3: RW 可回收垃圾 4: HW 有害垃圾 22
BMW Source Separation in Shenyang 沈阳生物垃圾源头分类 Public Information Biowaste bin Separate Collection Lab investigations 公众获取垃圾分类信息 - 生物垃圾桶 - 垃圾分类收集 实验室分析 23
BMW Source Separation Shenyang 沈阳生物垃圾源头分类活动 4 pilot areas collection results after 1 year, 2005/06 2005/06 年一年里沈阳 4 个示范小区生物垃圾源头分类活动情况 03/05 03/06 365 days 365 天 Pers. n 人数 kg BMW 有机垃圾 kg/ c.a % m/m Non BMW 非有机垃圾 %m/m n=6 RMW 剩余垃圾 MSW 生活垃圾 kg %m/m kg kg/c.a Beifang Yiyuan 北方医院 Van Ke 万科花园 QuanYuan 泉源小区 TOTAL PSS PSS 总数 Dong You SSS 东油 SSS 量 Primary Source Separation PSS 初次源头分类 - PSS 155 12538 81 3.4 2795 15333 99 143 9319 65 4.7 1213 10533 207 13585 66 4.1 2755 16340 79 505 35443 71 84 4.1 6763 16 42206 84 Secondary Source Separation SSS 二次源头分类 -SSS 180 11552 64 71 2.3 4767 29 16319 91 24 74
BMW/RMW Source Separation Shenyang 沈阳生物垃圾源头分类活动 BMW & RMW (Kg/c.week) from 3 PSS pilot areas, up to 505 participants, 2 years (106 calendar weeks), 2005/07, 84 % BMW, 16 % RMW, kg/c.week 2005/07 两年里沈阳 3 个初次源头分类示范小区生物垃圾 剩余垃圾及生活垃圾每人每周产生量示意图, 共 505 名居民, 生物垃圾占 84%, 剩余垃圾为 16% 2.5 2 1.5 1 /c.week 2.5 0.5 20 1.5 kg/c.week 1 0.5 0 BMW 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88 91 94 97 100 103 106 RMW 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88 91 94 97 100 103 106 Summer season VKBMW BF BMW Summer season QY BMW Poly. (QY BMW) 25 Weeks Weeks
RRU-BMW Opinion Research 2006 项目民意调查 Results in [%] based on 185 valid answers from Project participant, PSS and SSS 185 份有效问卷调查结果 [%] % Q1/06: After 1 year PSS of BMW in your home how do you think about?, A: useful, B: no opinion, C: useless 您的家庭已经开展一年的有机垃圾分类收集, 你感觉如何? A: 很有用 ; B: 没什么意见 ; C: 没用 100 90 80 70 60 50 40 30 91.4 20 8.6 10 0 0 useful usefull no opinion useless PSS SSS Q2/06: Do you like to continue PSS/SSS, A: yes, B: if obligatory, C: no 如果生物垃圾能被资源利用, 你愿意继续次活动吗?A: 愿意 ; B: 在政府要求的条件下去做 ; C: 不愿意 ; % 100 80 60 40 20 0 77.1 64.4 PSS 31.1 21.4 SSS 1.4 4.4 easy no opinion burden 26 Yes if obligatory no
The AD Prozess Simulation Lab at ICEEE 4x 30l automatic controlled fermenters, funded by CIM 沈阳航院清洁能源与环境工程研究所新安装的厌氧消化实验室设备 4x 30l 自动控制发酵罐, 由 CIM 资助购置 Biowaste Methane Bioethanol / Bio H 120.0 BW-WW BMW sewage Sludge FTS cattle manure cattle manure/bmw(2:1) cattle manure/bmw(1:2) NL/Kg FM 90.0 60.0 30.0 中国 BMW 沼气产量, 餐馆 BMW, 脂肪活门污泥及污水污泥 0.0 days 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 27
Chinas Biogas Production & Potential 2006 2020, potential 2050, BG bnm 3 /a 中国沼气生产和潜能 2006-2020 年及 2050 年沼气生产潜能 ( bnm3/a) 60 40 bnm3/a 2006 2010 2020 Total in 2050 20 0 Rural AD (small) DEWATS (small) 50 % Agro &.Agroindust. (m-large) 75% LFG WWT Sewage Sludge m-large BMW/MSW/ Restaurant (mlarge) 75% [Energy crops] 50 % gaseous biofuels!! 28
HT Agricultur e BW Biogas 6.4 % Municipal NG Grid Fugat 38 % WWT N - removal Effluent 36 % River, irrigation HW 1 % BMW 64 % AD Digestat 18 % BT AP Compost 8% Municipal gardens parks, agriculture MSW 100% Source Separation REC 3 5 % PE, PET, PVC Paper,Cardboar dmetals, Glass RMW 15 % SP Ash 2-3 % Construction material REC 20 % RDF 12% LF 1% SS [20 % DS] BD TT Energy utilisation RI AP AP Sustainable Integrated Solid Waste, Manure and Sewage Sludge Treatment Project 沈阳固体垃圾和污水污泥综合处理项目 AD Anaerobic Digestion 厌氧发酵 AP Air Purification 空气净化 BD Biological drying 生物干燥 BMW Biological Municipal Waste 城市生物垃圾 BT Biological treatment, Composting 生物处理堆肥 BW Biowaste from Agriculture 农业生物垃圾 DS Dry substance 干物质 HT Hazardous Waste Treatment 危险垃圾处理 HW Hazardous Waste 危险垃圾 LF Landfill 填埋 MSW Municipal Solid Waste 城市生活垃圾 RDF Refuse derived fuel 废物衍生燃料 REC Recycling material 回收物质 RI Recycling Industry 回收工业 RMW Remaining Municipal Waste 剩余垃圾 SP Sorting Plant 分类厂 SS Sewage sludge from WWTPW WWTP 中的污水污泥 TT Thermal treatment/utilisation 热处理 / 使用 WWT Waste Water Treatment Plant 29 污水处理厂
MSWM SY: Current & Proposed 沈阳城市生活垃圾管理 : 现有方法与计划方法 MSW generation is about 370 kg/c.a. The landfill receives 285 kg. By applying the recommended system the landfill consumption will decrease from 75 % to 36%. 城市生活垃圾产量约为 370 公斤 / 人 年, 而通过填埋处理的仅为 285 公斤 如果采用所推荐垃圾处理系统, 所需填埋空间将由 75% 下降到 36% kg/c.a 300 200 100 Actual Scenario (75% LF) Proposed Scenario (36% LF) 现有 (75% 填埋 ) 计划 (36% 填埋 ) 370 kg/c.a 285 kg/c.a 300 200 100 136 kg/c.a 20% LF BMW nh BMW H MSW nh RE nh RE H HW RMW nh RMW MSW 0 0 MSW tot MSW Recycling MSW Recycling BMW RMW HW 07 Landfill 07 07 Landfill (RDF) 生活垃圾生活垃圾填埋循环利用生活垃圾循环利用生物垃圾剩余垃圾有害垃圾 30
Conclusions 结论 BMWM is an important contribution to sustainable city development in China (pollution sanitation energy) 城市有机废物管理是实现中国城市可持续发展计划的重要组成部分 ( 污染 - 卫生 - 能源 ) 2020: CHN renewable energy target = 24 bn nm 3 /a ( 5.5 bn nm 3 /a from rural AD) 2050: BMW can deliver 19 bn nm 3 /a = energy equal to a 3-Georges Hydropower plant or 12 mid size Atomic power plants! 中国到 2020 年 : 中国可再生能源目标 : 240 亿 nm 3 沼气 / 年 ( 通过对 55 亿 nm 3 农业垃圾进行厌氧发酵 ) 到 2050 年 : 利用生物垃圾生产的沼气可达 190 亿 nm 3, 几乎等同于三峡水电工程的发电量或 12 座中型原子能电厂生产的能量 2010: only 3 % of BG from MSW/BMW resource will be used!! 2010 年 : 仅仅 3-4%MSW/BNW 沼气得到利用! 2020: Wind power (30 GWel) and BG are from similar importance!! 2020 年 : 风能 (300 亿瓦特 ), 沼气对于中国来说将会是同等重要! BMW-M is an interrelated approach which should be taken up by developing countries for environmental protection and renewable energy supply!! 31
Renewable Energy & Compost GHG abatement avoiding Landfill Gas and replace fissile Energy
Thanks & Xie Xie 谢谢 END of Presentation 完 >raning@gmx.at< >raninger@126.com< >Bernhard.Raninger@GTZ.de< >bernhard.raninger@syiae.edu.cn< www.iceee.cn 33