De al lang erkende hiërarchie van afvalbeheer, in volgorde van voorkeur, bestaat uit preventie, minimalisatie, recycling en hergebruik, biologische behandeling, verbranding, en storten (zie onderstaande figuur).

Hiërarchie van het afvalbeheer In de figuur wordt de hiërarchie van het afvalbeheer in volgorde van voorkeur weergegeven, te beginnen met preventie als de meest gunstige optie tot verwijdering als de minst gunstige optie. Bron: Drstuey via Wikimedia Commons

Afvalpreventie

Het ideale alternatief voor afvalbeheer is om in de eerste plaats te voorkomen dat afval ontstaat. Afvalpreventie is dan ook een basisdoelstelling van alle afvalbeheerstrategieën. Talrijke technologieën kunnen worden toegepast tijdens de fabricage, het gebruik of de fase na gebruik van de levenscyclus van het product om afval te elimineren en, op hun beurt, verontreiniging te verminderen of te voorkomen. Enkele representatieve strategieën zijn milieubewuste fabricagemethoden waarbij minder gevaarlijke of schadelijke materialen worden gebruikt, het gebruik van moderne lekdetectiesystemen voor materiaalopslag, innovatieve chemische neutralisatietechnieken om de reactiviteit te verminderen, of waterbesparende technologieën die de behoefte aan zoetwater verminderen.

Minimalisering van afval

In veel gevallen kan afval niet zonder meer worden geëlimineerd uit een verscheidenheid van processen. Er kunnen echter talrijke strategieën worden toegepast om de afvalproductie te verminderen of tot een minimum te beperken. Afvalminimalisatie, of bronvermindering, verwijst naar de collectieve strategieën van ontwerp en fabricage van producten of diensten die de hoeveelheid geproduceerd afval minimaliseren en/of de toxiciteit van het resulterende afval verminderen. Vaak komen deze inspanningen voort uit vastgestelde trends of specifieke producten die problemen in de afvalstroom kunnen veroorzaken en de daaropvolgende stappen die worden ondernomen om deze problemen een halt toe te roepen. In de industrie kan afval worden verminderd door materialen te hergebruiken, minder gevaarlijke vervangingsmaterialen te gebruiken of door onderdelen van ontwerp en verwerking te wijzigen. Veel voordelen kunnen worden gerealiseerd door afvalminimalisatie of vermindering aan de bron, met inbegrip van een verminderd gebruik van natuurlijke hulpbronnen en de vermindering van de toxiciteit van afvalstoffen.

Afvalminimalisatiestrategieën zijn uiterst gebruikelijk in productietoepassingen; de besparing op materiaalgebruik spaart hulpbronnen, maar bespaart ook aanzienlijke fabricage-gerelateerde kosten. Vooruitgang op het gebied van gestroomlijnde verpakking vermindert het materiaalgebruik, een efficiëntere distributie vermindert het brandstofverbruik en de daaruit voortvloeiende luchtemissies. Verder kunnen bouwmaterialen vaak worden ontworpen met specifieke gunstige eigenschappen die, wanneer er rekening mee wordt gehouden in het algemene structurele ontwerp, de totale massa en het gewicht van het materiaal dat voor een bepaalde constructie nodig is, aanzienlijk kunnen verminderen. Dit vermindert de behoefte aan overtollig materiaal en vermindert het afval in verband met de fabricage van onderdelen.

De stomerij-industrie biedt een uitstekend voorbeeld van productvervanging om de productie van giftig afval te verminderen. Decennialang gebruikten stomerijen tetrachloorethyleen, of “perc” als oplosmiddel voor stomerijen. Hoewel effectief, is tetrachloorethyleen een relatief giftige verbinding. Bovendien komt het gemakkelijk in het milieu terecht, waar het door zijn fysische eigenschappen zeer recalcitrant is. Bovendien zijn bij de afbraak van tetrachloorethyleen de gevormde tussenproducten giftiger voor de menselijke gezondheid en het milieu.

Omdat tetrachloorethyleen giftig is en gevolgen heeft voor het milieu, heeft de stomerij-industrie nieuwe werkwijzen ingevoerd en maakt zij steeds meer gebruik van minder giftige vervangingsproducten, waaronder verbindingen op basis van aardolie. Voorts worden in nieuwe opkomende technologieën kooldioxide en andere relatief onschadelijke verbindingen verwerkt. Hoewel deze vervangingsproducten in veel gevallen door de overheid zijn voorgeschreven, zijn ze ook ingevoerd als reactie op de vraag van de consument en andere marktkrachten.

Recycling en hergebruik

Recycling verwijst naar het terugwinnen van bruikbare materialen zoals glas, papier, plastic, hout en metalen uit de afvalstroom, zodat ze kunnen worden verwerkt in de fabricage van nieuwe producten. Door meer gerecycleerde materialen te gebruiken, is er minder behoefte aan grondstoffen voor identieke toepassingen. Recycling vermindert de behoefte aan exploitatie van natuurlijke hulpbronnen voor grondstoffen, maar maakt het ook mogelijk afvalmaterialen terug te winnen en te gebruiken als waardevolle hulpbronnen. Recycling van afval houdt rechtstreeks natuurlijke hulpbronnen in stand, vermindert het energieverbruik en de emissies die ontstaan bij de winning van nieuwe materialen en de daaropvolgende verwerking tot eindproducten, vermindert het totale energieverbruik en de uitstoot van broeikasgassen die bijdragen tot de wereldwijde klimaatverandering, en vermindert de verbranding of het storten van de gerecycleerde materialen. Bovendien levert recycling verschillende economische voordelen op, waaronder de mogelijkheid om banenmarkten te creëren en groei te stimuleren.

Gewone gerecyclede materialen zijn onder meer papier, plastic, glas, aluminium, staal en hout. Bovendien kunnen veel bouwmaterialen worden hergebruikt, zoals beton, asfaltmaterialen, metselwerk en betonstaal. “Groen” plantaardig afval wordt vaak teruggewonnen en onmiddellijk hergebruikt als mulch of meststof. Veel industrieën winnen ook diverse bijproducten terug en/of raffineren en “hergenereren” oplosmiddelen voor hergebruik. Voorbeelden hiervan zijn de terugwinning van koper en nikkel uit metaalveredelingsprocessen; de terugwinning van oliën, vetten en weekmakers door vloeistofextractie uit filtermedia zoals actieve kool en klei; en de terugwinning van zuren door roosteren, ionenuitwisseling of kristallisatie. Verder wordt een reeks gebruikte, op voedsel gebaseerde oliën teruggewonnen en gebruikt in “biodiesel”-toepassingen.

Er zijn dagelijks talloze voorbeelden van succesvolle recycling- en hergebruikinspanningen. In sommige gevallen worden de gerecycleerde materialen gebruikt als inputmateriaal en zwaar verwerkt tot eindproducten. Bekende voorbeelden zijn het gebruik van oud papier voor de fabricage van nieuw papier, of de verwerking van oude aluminium blikjes tot nieuwe aluminium producten. In andere gevallen ondergaan hergebruikte materialen weinig of geen bewerking voordat zij opnieuw worden gebruikt.

Veel voorkomende voorbeelden zijn het gebruik van boomafval als houtsnippers, of het gebruik van baksteen en andere bevestigingsmaterialen in nieuwe constructies. In ieder geval hangt het succes van recycling af van de effectieve inzameling en verwerking van recyclebare materialen, markten voor hergebruik (b.v. fabricage en/of toepassingen waarbij gebruik wordt gemaakt van gerecycleerde materialen), en publieke acceptatie en promotie van gerecycleerde producten en toepassingen waarbij gebruik wordt gemaakt van gerecycleerde materialen.

Biologische behandeling

Het storten van afval dat significante organische fracties bevat, wordt in veel landen, waaronder de Verenigde Staten, steeds meer ontmoedigd. In verschillende Europese landen is storten zelfs verboden. Aangezien storten geen aantrekkelijke beheersoptie is, zijn er andere technieken ontwikkeld. Eén mogelijkheid is afval zodanig te behandelen dat biologisch afbreekbare materialen worden afgebroken en de resterende anorganische afvalfractie (bekend als residuen) vervolgens kan worden verwijderd of voor een nuttig doel kan worden gebruikt.

Biologische afbraak van afval kan worden bereikt door gebruik te maken van aërobe compostering, anaërobe vergisting, of mechanisch-biologische behandelingsmethoden (MBT). Als de organische fractie van het anorganische materiaal kan worden gescheiden, kan aërobe compostering of anaërobe vergisting worden gebruikt om het afval af te breken en om te zetten in bruikbare compost. Zo kan organisch afval zoals voedselresten, tuinafval en dierlijke mest, dat bestaat uit natuurlijk afbrekende bacteriën, onder gecontroleerde omstandigheden worden omgezet in compost, dat vervolgens kan worden gebruikt als natuurlijke meststof. Aërobe compostering wordt bereikt door geselecteerde hoeveelheden organisch afval op hopen, in rijen of in vaten te plaatsen, hetzij in open omstandigheden, hetzij in gesloten gebouwen die zijn uitgerust met gasopvang- en behandelingssystemen. Tijdens het proces worden vulstoffen zoals houtspaanders aan het afvalmateriaal toegevoegd om de aërobe afbraak van organisch materiaal te bevorderen. Ten slotte krijgt het materiaal de gelegenheid zich te stabiliseren en te rijpen tijdens een droogproces waarbij tegelijkertijd ziekteverwekkers worden vernietigd. De eindproducten van het composteringsproces zijn kooldioxide, water en het bruikbare compostmateriaal.

Compostmateriaal kan in een verscheidenheid van toepassingen worden gebruikt. Naast het gebruik als bodemverbeteraar voor de plantenteelt, kan compost ook worden gebruikt om de bodem, het grondwater en het stormwater te saneren. Composteren kan arbeidsintensief zijn, en de kwaliteit van het compost is sterk afhankelijk van een goede controle van het composteringsproces. Onvoldoende beheersing van de bedrijfsomstandigheden kan resulteren in compost die ongeschikt is voor nuttige toepassingen. Toch wordt compostering steeds populairder; door compostering werd in 2009 82 miljoen ton afval van de afvalstroom naar stortplaatsen afgevoerd, tegenover 15 miljoen ton in 1980. Door deze afleiding werd in 2009 ook de uitstoot van ongeveer 178 miljoen ton kooldioxide voorkomen – een hoeveelheid die overeenkomt met de jaarlijkse kooldioxide-uitstoot van 33 miljoen auto’s.

In sommige gevallen zijn aerobe processen niet haalbaar. Als alternatief kan gebruik worden gemaakt van anaërobe processen. Anaërobe vergisting bestaat uit de afbraak van gemengd of gesorteerd organisch afval in vaten onder anaërobe omstandigheden. Het anaërobe afbraakproces levert een combinatie van methaan en kooldioxide (biogas) en residuen (biosolids) op. Biogas kan worden gebruikt voor verwarming en elektriciteitsproductie, terwijl residuen kunnen worden gebruikt als meststof en bodemverbeteraar. Anaërobe vergisting heeft de voorkeur voor de afbraak van nat afval, terwijl compostering de voorkeur heeft voor droog afval. Het voordeel van anaërobe vergisting is de opvang van biogas; deze opvang en het daaropvolgende nuttige gebruik maken het tot een verkieslijk alternatief voor het storten van afval. Ook wordt afval door anaërobe vergisting sneller afgebroken dan door storting.

Een ander afvalverwerkingsalternatief, mechanisch-biologische behandeling (MBT), is in de Verenigde Staten niet gebruikelijk. In Europa wordt dit alternatief echter op grote schaal toegepast. Bij de toepassing van deze methode wordt afvalmateriaal onderworpen aan een combinatie van mechanische en biologische bewerkingen die het volume verminderen door de afbraak van organische fracties in het afval. Mechanische bewerkingen, zoals sorteren, versnipperen en vergruizen, bereiden het afval voor op de daaropvolgende biologische behandeling, bestaande uit aërobe compostering of anaërobe vergisting. Na de biologische processen kan de verkleinde afvalmassa worden onderworpen aan verbranding.

Verbranding

De afbraak van afval levert niet alleen nuttige vaste eindproducten op (zoals compost), de afbraakbijproducten kunnen ook worden gebruikt als nuttige energiebron. Zoals hierboven besproken, kan door anaerobe vergisting van afval biogas worden geproduceerd, dat kan worden opgevangen en in de elektriciteitsopwekking kan worden verwerkt. Afval kan ook rechtstreeks worden verbrand om energie op te wekken. Bij verbranding wordt afval bij zeer hoge temperaturen verbrand om elektrische energie op te wekken. Het bijproduct van verbranding is as, die goed moet worden gekarakteriseerd voordat het kan worden verwijderd of, in sommige gevallen, nuttig kan worden hergebruikt. Het wordt op grote schaal gebruikt in ontwikkelde landen vanwege de beperkte ruimte op stortplaatsen. Naar schatting wordt jaarlijks ongeveer 130 miljoen ton afval verbrand in meer dan 600 installaties in 35 landen. Bovendien wordt verbranding vaak gebruikt om gevaarlijke afvalstoffen zoals gechloreerde koolwaterstoffen, oliën, oplosmiddelen, medisch afval en pesticiden doeltreffend te verminderen.

Ondanks de voordelen wordt verbranding vaak negatief beoordeeld vanwege de hoge initiële bouwkosten en de uitstoot van as, die giftig is (zie bovenstaande tabel). Momenteel worden veel systemen van de “volgende generatie” onderzocht en ontwikkeld, en de USEPA ontwikkelt nieuwe voorschriften om de emissies in de lucht van verbrandingsovens zorgvuldig te controleren in het kader van de Clean Air Act.

Stortplaatsverwijdering

Ondanks de vooruitgang op het gebied van hergebruik en recycling blijft storten de belangrijkste afvalverwijderingsmethode in de Verenigde Staten. Zoals eerder vermeld, blijft de productie van VHA toenemen, maar neemt de totale stortcapaciteit af. Nieuwe regelgeving betreffende de juiste afvalverwijdering en het gebruik van innovatieve linersystemen om de kans op grondwaterverontreiniging door percolatieinfiltratie en -migratie te minimaliseren, hebben geleid tot een aanzienlijke stijging van de kosten voor het storten van afval. Ook blijft de publieke oppositie tegen stortplaatsen groeien, gedeeltelijk geïnspireerd door herinneringen aan historische ongecontroleerde stortpraktijken en de daaruit voortvloeiende ongewenste neveneffecten van ongecontroleerde vectoren, verontreinigd grondwater, ongemitigeerde geuren, en de daaruit voortvloeiende verminderde waarde van onroerend goed.

Figuur 1: Moderne stortplaats

Stortplaatsen kunnen worden ontworpen en vergund om gevaarlijke afvalstoffen te accepteren in overeenstemming met RCRA Subtitle C-regelgeving, of ze kunnen worden ontworpen en vergund om gemeentelijk vast afval te accepteren in overeenstemming met RCRA Subtitle D-regelgeving. Ongeacht de afvalcategorie zijn stortplaatsen kunstmatige constructies die bestaan uit bodem- en zijbekledingssystemen, systemen voor het opvangen en verwijderen van percolatiewater, eindafdeksystemen, systemen voor het opvangen en verwijderen van gassen, en grondwaterbewakingssystemen. Voor het situeren, ontwerpen en exploiteren van stortplaatsen is een uitgebreid vergunningsproces vereist. Ook na de sluiting van stortplaatsen is doorgaans gedurende ten minste 30 jaar toezicht vereist. Door hun ontwerp worden afvalstoffen op stortplaatsen anaëroob afgebroken. Tijdens de afbraak wordt biogas geproduceerd en opgevangen. De opvangsystemen voorkomen ongecontroleerde migratie van gas van de ondergrond en verminderen de kans op een explosieve situatie. Het opgevangen gas wordt vaak gebruikt in warmtekrachtkoppelingsinstallaties voor verwarming of elektriciteitsopwekking. Bovendien worden veel stortplaatsen na sluiting “gerecycleerd” en herontwikkeld als golfterreinen, recreatieparken en andere nuttige toepassingen.

Op stortplaatsen bevindt het afval zich meestal in een droge toestand, waardoor de afbraaksnelheid doorgaans zeer laag is. Deze trage afbraaksnelheid gaat gepaard met een trage afzettingssnelheid, wat op zijn beurt het potentieel voor nuttig hergebruik aan de oppervlakte kan bemoeilijken of verminderen. Recentelijk is het concept van stortplaatsen in bioreactoren ontstaan, waarbij percolaat wordt gerecirculeerd en/of bepaalde vloeistoffen worden geïnjecteerd om het vochtgehalte van het afval te verhogen, wat op zijn beurt een snelle afbraak in de hand werkt. De verhoogde afbraaksnelheid verhoogt de biogasproductie, waardoor het potentieel voor nuttige energieproductie uit de opvang en het gebruik van biogas toeneemt.