wood waste derived fuel: state of the art ...471435/...wood wastes derived fuel 4 acknowledgements...

74
WOOD WASTE DERIVED FUEL: STATE OF THE ART AND DEVELOPMENT PROSPECTS IN FRANCE FOCUS ON CONSTRUCTION AND DEMOLITION WOOD WASTES Charlotte Rizzo Master of Science Thesis Stockholm 2010

Upload: others

Post on 29-Dec-2019

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • WOOD WASTE DERIVED FUEL: STATE OF THE ART AND DEVELOPMENT

    PROSPECTS IN FRANCEFOCUS ON CONSTRUCTION

    AND DEMOLITION WOOD WASTES

    C h a r l o t t e R i z z o

    Master of Science ThesisStockholm 2010

  • Charlotte Rizzo

    Master of Science ThesisSTOCKHOLM 2010

    WOOD WASTE DERIVED FUEL: STATE OF THE ART AND DEVELOPMENT PROSPECTS IN FRANCE

    FOCUS ON CONSTRUCTION AND DEMOLITION WOOD WASTES

    PRESENTED AT

    INDUSTRIAL ECOLOGY ROYAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY

    Supervisor & Examiner:

    Monika Olsson

  • TRITA-IM 2010:34 ISSN 1402-7615 Industrial Ecology, Royal Institute of Technology www.ima.kth.se

  •   

  • Wood wastes derived fuel  

    2    

     Abstract 

    Wood wastes are mainly originated from forestry, wood industry and construction and demolition sites activities. Among them, three types of wood waste can be identified: untreated wood waste (raw wood considered as biomass), slightly  treated wood wastes  (issued  from coating or gluing treatments) and highly treated wood wastes (issued from impregnation treatments with CCA and creosote, and considered as hazardous wastes). 

    According to the regulation, management of wastes in Europe is oriented towards more recycling and  less  elimination.  However,  among  the  French  requirements,  three  main  trends  can  be observed  in  regards  of wood waste  recovery:  only  treated wood wastes  can  be  recovered  in combustion units, no extensive technologies are allowed to recover highly treated wood wastes, which must  then be eliminated by  incineration, and slightly  treated wood wastes can be either recovered as particle boards or eliminated.  

    However,  in  this  context,  the  amount  of wood wastes  from  construction  and  demolition  sites reach 7 million of tons in France. Among them, 5% correspond to raw wood, and 25% are slightly treated. The high  combustion potential of wood wastes  is moreover an opportunity  to  replace conventional fuel used in combustion units.  

    The  four main methods used  to  treat wood wastes are recycling as particleboards, combustion, incineration and land filling. Due to the various typologies of wood wastes, a conditioning step is needed before recovery. Then, if combustion seems to present advantages because of its neutral carbon impact, life cycle analysis demonstrates that emissions of other pollutants are observed. In addition,  it  is proved  that  controlled  elimination methods  are  less  impacting  than unequipped recovery ones. Recycling is then not always the best practice in regards of the impacts considered in the study. 

    Competition among the different methods treatment and low prices of wood wastes are specific economical aspects that could  influence the development of the field. Moreover, the  increasing acceptance of people  for  recovery and  local waste  treatment methods, as well as  the need  for energetically independency are factors that can likely promote wood waste derived fuel. 

    These  driving  forces  are  evolving  in  a  very  rapid  way.  Regulation  is  moving  towards implementation of standards to promote the development of slightly treated wood waste derived fuel. Technological and social improvement such as sorting at source, and the development of end of pipe treatment methods are also likely to have positive effects. 

     An  integrated  solution  to  develop  wood  waste  derived  fuel  would  be  to  implement  strong financial  incentives  in  favour  of  clean  technologies  for  wood  wastes  recovery methods.  This enhancement could then be the mean to answer the double challenge of wood waste treatment and fossil fuel replacement. 

    Key words: Waste management – Construction and demolition wastes – wood wastes – biomass – combustion –life cycle assessment 

  • Wood wastes derived fuel  

    3    

     

    Sammanfattning  

    Träavfall kommer från skogsbruk, trä‐ och byggbranschen och rivningsplatser. Bland dem kan tre typer av träavfall  identifieras: obehandlat träavfall (obehandlat trä betraktas som biomassa),  lätt behandlat träavfall (från beläggning eller  limning) och högbehandlat träavfall (från  impregnering med CCA och kreosot, betraktas som farligt avfall).  

    Enligt avfallsförordningen, är hantering av avfall i Europa inriktad mer mot återvinning och mindre mot eliminering. Bland de franska kraven, kan tre huvudsakliga tendenser  iakttas för återvinning av  träavfall:  endast  behandlat  avfall  kan  behandlas  i  förbränningsanläggningar  för energiutvinning, högbehandlat  träavfall måste elimineras genom  förbränning och  lätt behandlat avfall kan antingen återvinnas som spånskivor eller elimineras.  

    I detta sammanhang uppgår mängden träavfall från bygg‐ och rivningsplatser till 7 miljoner ton  i Frankrike.  Bland  dem,  motsvarar  5%  obehandlat  trä,  och  25%  är  lätt  behandlat.  Den  höga förbränningspotentialen för träavfall ger dessutom en möjlighet att ersätta konventionellt bränsle som används i förbränningsanläggningar.  

    De fyra huvudsakliga metoder som används för att behandla träavfall är återvinning i spånskivor, förbränning  med  energiutvinning,  förbränning  och  deponering.  På  grund  av  olika  typer  av träavfall, krävs ett konditioneringsteg innan återvinning. Även om förbränningen är fördelaktigt på grund av sitt neutrala kol, visar  livscykelanalyser utsläpp av andra  föroreningar. Dessutom visas att kontrollerade elimineringsmetoder har mindre miljöpåverkar än återvinningsmetoder som ej har rätt utrustning. Återvinning är alltså  inte alltid att  föredra om man beaktar de effekter som gjorts vid denna undersökningen.  

    Konkurrensen  mellan  olika  behandlingsmetoder  och  låga  priser  på  träavfall  är  specifika ekonomiska  aspekter  som  skulle  kunna  påverka  utvecklingen  inom  området.  Dessutom,  den ökande  acceptansen  av människor  för  återvinning  och  lokala  avfallshanteringsmetoder,  liksom behovet av inhemska energikällor är faktorer som sannolikt kan främja bränsle från träavfall.  

    Dessa  drivkrafter  utvecklas  på  ett  mycket  snabbt  sätt.  Avfallsförordningen  är  på  väg  mot införandet av standarder för att främja utvecklingen av lätt behandlat träavfalls bränsle. Tekniska och  sociala  förbättringar,  exempelvis  källsortering  och  utveckling  av  återvinningsmetoder  ger också sannolikt positiva effekter.  

    En  integrerad  lösning  för  att  utveckla  bränsle  från  träavfall  skulle  vara  att  genomföra  starka ekonomiska  incitament  till  förmån  för  ren  teknik  för  återvinning  av  träavfall.  Den  här förbättringen kan sedan vara ett medel att anta den dubbla utmaningen av hantering av träavfall och ersättning av fossila bränslen.  

     

    Nyckelord: Avfallshantering ‐ Bygg‐och rivningsavfall ‐ träavfall ‐ biomassa ‐ förbränningsmotor och livscykelanalys 

  • Wood wastes derived fuel  

    4    

     

    Acknowledgements 

     

    First  of  all,  I  am  very  grateful  to Ms Monika Olsson  for  the  guidance,  advice  and  support  she provided me during the various stages of this project, despite the distance that separated us. 

    Special thanks to Mr Gaëtan Rémond, Miss Marie Michelet, and Miss Carole Miller, who warmly welcomed me  in  their company during  these  six months. The knowledge,  tools and experience they  shared with  trust  gave me  the  opportunity  to make  a  step  in  the  great world  of waste management. This study wouldn’t have been so documented without their help.  

    Great benefits were also taken through discussions with the other colleagues of the team, as well as  from  the  interviews  with  the  various  actors  of  wood  waste  management,  in  France  and Belgium. All of them are greatly acknowledged. 

    Anna Björklund  from division of  Environmental  Strategies Research,  KTH,  and  Karin Orve  from Industrial  Ecology  department,  KTH,  are  thanked  for  solving  the  technical  and  administrative issues.  

    Thank  you  all my  friends  and  family  from  France  and  elsewhere  for  your  opinions,  innovative ideas and encouragements. 

     

  • Wood wastes derived fuel  

    5    

     

    Contents 

    Abstract..........................................................................................................................2 

    Sammanfattning.............................................................................................................3 

    Acknowledgements........................................................................................................4 

    List of figures .................................................................................................................7 

    List of tables...................................................................................................................8 

    Nomenclature: definitions and symbols ........................................................................9 

    1.  Introduction .......................................................................................................... 10 1.1  Aim and objectives .................................................................................................... 11 1.2  Methodology ............................................................................................................ 12 1.3  Borders ..................................................................................................................... 12 

    2.  Generalities on wood waste derived fuel.............................................................. 13 2.1.  Definitions and classification of wood wastes............................................................ 13 2.1.1.  Wood wastes and wastes derived fuel..................................................................... 13 2.1.2.  Classification of wood wastes .................................................................................. 13 

    2.2.  Current regulation and evolutions ............................................................................. 17 2.2.1.  General regulation on waste management.............................................................. 17 2.2.2.  Regulation on wood wastes treatment methods..................................................... 20 2.2.3.  Focus on biomass ..................................................................................................... 22 2.2.4.  Financial and fiscal regulation .................................................................................. 24 

    3.  Wood wastes from C&D treatment methods ........................................................ 26 3.1.  Wood waste potential ............................................................................................... 26 3.1.1.  Production in France and Europe............................................................................. 26 3.1.2.  Technical properties ................................................................................................. 27 3.1.3.  The need for treatment and recovery...................................................................... 29 

    3.2.  Conditioning wood waste.......................................................................................... 29 3.3.  Wood waste reuse and recycling methods................................................................. 31 3.4.  Wood wastes combustion ......................................................................................... 31 3.4.2.  Advantages ............................................................................................................... 32 3.4.3.  Limitations ................................................................................................................ 32 

    3.5.  Elimination methods :  incineration and land filling¨ ................................................. 33 

    4.  Case study: Environmental impact and comparative building sites’ wood wastes treatments LCAs........................................................................................................... 34 

    4.1  Introduction to the case study ...................................................................................... 34 4.2  Goal and scope.......................................................................................................... 34 4.2.1  Functional unit.......................................................................................................... 35 4.2.2  System boundaries ................................................................................................... 35 

  • Wood wastes derived fuel  

    6    

    4.2.3  Assumptions, limitation and uncertainties .............................................................. 36 4.3  Methodology ............................................................................................................ 37 4.3.1  Impact assessment methods and impacts categories.............................................. 37 4.3.2  Normalization and weighting methods .................................................................... 38 

    4.4  Life cycle inventory analysis ...................................................................................... 38 4.4.1  Recycling................................................................................................................... 39 4.4.2  Combustion .............................................................................................................. 40 4.4.3  Incineration .............................................................................................................. 42 4.4.4  Land filling ................................................................................................................ 43 

    4.5  Life cycle interpretation ............................................................................................ 44 4.5.1  Single score............................................................................................................... 44 4.5.2  Characterization ....................................................................................................... 46 4.5.3  Normalization ........................................................................................................... 47 

    4.6  Conclusion on the case study..................................................................................... 49 

    5.  Economical and societal aspects ........................................................................... 50 5.1         Economical aspects .................................................................................................. 50 5.2  Social and societal aspects......................................................................................... 51 

    6.  Discussion: influencing factors and future development...................................... 53 6.1.  Regulatory evolutions ............................................................................................... 53 6.2.  Technical evolutions and environmental impacts ...................................................... 53 6.3.  Economical and social evolutions .............................................................................. 54 6.4.  Summary of the driving forces and their evolutions................................................... 54 6.5.  Focus on labelling, financial incentives and communication ...................................... 55 

    Conclusion ................................................................................................................... 57 

    Recommendation for further work.............................................................................. 59 

    References .......................................................................................................................... 60

    Appendices .................................................................................................................. 63  

  • Wood wastes derived fuel  

    7    

     

    List of figures 

     

    Figure 1: Wood wastes origins (CTBA, 2008) ................................................................................. 14 Figure 2: Distribution of different types of wood in construction and demolition wastes in France (IFEN, 2004) ...................................................................................................................................... 27 Figure 3: Wood wastes properties for different families of wood ( (BiomasseNormandie, 2010) (Boyle, 2004) .................................................................................................................................... 28 Figure 4: Flowchart of a typical production process for wood chips (Kurata, Watanabe, Ono, & Kawamura, 2005) ............................................................................................................................. 30 Figure 5 : Impact and damage categories assessed by eco‐indicator 99 LCA method (Goedkoop & Spriensma, 2000)................................................................................................................................ 1 Figure 6: Process flowchart for wood waste form C&D recycling.................................................... 39 Figure 7: Process flowchart of wood wastes from C&D combustion............................................... 41 Figure 8: Process Flowchart of incineration of Wood waste from C&D .......................................... 42 Figure 9: Process flowchart of land filing of wood waste from C&D ............................................... 43 Figure 10: Comparison of four methods of treatment of wood wastes .......................................... 45 Figure 11: Comparison of the methods according to each impact categories ................................ 46 Figure 12: Comparison of the methods by normalization ............................................................... 48 Figure 13 : Distribution of prices for natural gas and wood combustion (CIBE, Element constituting wood fuel prices, 2009). ................................................................................................................... 51 Figure 14: Global influences of regulations as a frame for wood waste fuel development ............ 56

  • Wood wastes derived fuel  

    8    

     

    List of tables 

    Table 1: Waste derived fuel categories (FNADE, 2008) ................................................................... 13 Table 2: Wood treatment and danger of preservatives (CSTB, 2005) (INERIS, Les réglementations relatives aux déchets industriels dangereux. Programme DCE‐05 "propriéte des produits", 2006)15 Table 3: Examples of slightly treated wood waste (CSTB, 2005) ..................................................... 16 Table 4: BREFs on preparation of different type of waste derived fuels (Commission, 2005) ........ 20 Table 5: Combustion unit categories in France................................................................................ 21 Table 6: Average lower heating value of more common fuels (Boyle, 2004) .................................. 28 Table 9: Sale prices for wood combustion units in France in 2006 (CIBE, Wood heat networks. Enquiry report carried out by the French center of wood energy, 2008)........................................ 51 Table 10: Factors influencing wood waste combustion and their potential evolutions.................. 55

  • Wood wastes derived fuel  

    9    

     

    Nomenclature: definitions and symbols 

    Abbreviations: 

    BAT: Best Available Techniques BREF: Best available techniques Reference C&D: Construction and demolition CCA: Chromium Copper Arsenic CEN: European Standard Organization (Centre Européen de Normalisation) ELV: Emissions Limit Valuesß HIW: Hazardous Industrial Waste IPBC: Iodo Pronynyl Butyl Carbamate  IPPC: Integrated Pollution Prevention and Control ISO: International Standard Organisation LCA: Life Cycle Analysis LHV: Lower Heating Value MDF: Medium Density Fiber MSW: Municipal Solid Waste NIMBY: Not In My BackYard NHIW: Non Hazardous Industrial Waste NOx: Nitrogen Oxides PCDD: Polychlorodibenzo‐para‐dioxins PCDF: Polychlorodibenzo‐furans  PVC: Polyvinyl Chloride  RDF: Refuse Derived Fuel SOx: Sulphur Oxides TOE: Ton Oil Equivalent  

    Units: 

    1MJ.kg‐1 = 2300 1kcal.kg‐1 

    1000 kcal = 4,187 MJ.kg‐1 

    1kWh= 3,6MJ 

    1toe= 11,666kWh =41,76 GJ.kg‐1

  • Wood wastes derived fuel  

    10    

     

    1. Introduction 

    Waste management is in France a controversial question. Despite lots of efforts, partly guided by European regulations, and innovative practices from neighbour countries, French decision‐makers (either politics or industrial), as well as household opinions, remain disorganised, thus making the implementation of a real integrative and sustainable waste management system complicated. 

     

    In  this  context,  wood  wastes,  and  more  particularly  wood  wastes  from  construction  and demolition sites are still hardly recovered, in the teeth of their specific qualities for combustion.  

    In  fact,  on  the  one  hand,  the  amount  of  wood  wastes  produced  from  industrial  sectors  is increasing with  the  construction,  furniture and packaging activities growth. On  the other hand, European  and  French  regulatory  framework  is  evolving  towards  a more  sustainable waste  and energy management.  Therefore,  industrial  ecology  approaches  are more  and more  promoted through the  implementation of  innovative and regulated actions such as waste recovery targets, the perspective of an End of waste status, biomass rate in the energy mix, normative framework on bio fuel, and new fiscal frameworks on activities. 

    In addition, technical developments make the recovery methods more and more sustainable and lead  the  recent  emergence  of  new  waste  sorting  and  preparation methods  to  optimize  and reduce the risks of recycled products. 

    Such  evolutions,  among  others,  constitute  interesting  circumstances  for  the  development  of wood wastes valorisation as fuel: Such possibility appears as a real opportunity to cope with the double challenge of conventional  fuel  replacement, and waste management. However, because wood wastes recovery through the waste‐fuel concept is still not the common way of dealing with wastes,  the  question  to  be  answered  is what  is  really  influencing  the  development  of  such  a practice? Finding some keys  to  the answer  to  this question  is  likely  to bring  interesting basis  to promote incentive towards innovative waste management system. 

     

    The  various  driven  forces  leading  the  development  of wood wastes  fuel  are  interrelated  and interact with many other factors. Consequently, this results in a complex situation addressing links between a wide variety of actors.  

    This  study,  relying  on  academic  and  professional  opinions,  provides  an  analysis  of  the  current situation of wood wastes  recovery aiming at assessing  the  influence of different  factors on  the development  of  fuel  prepared  from wood wastes  from  construction  and  demolition  site.  This assessment provides the necessary material to evaluate the  likely and more preferable trend to be developed in the next years. 

  • Wood wastes derived fuel  

    11    

     

    1.1 Aim and objectives  

    According  to  the  societal  and  environmental  problems  and  opportunities  resulting  from wood wastes  recovery  as  a  fuel,  particular  focus  on  the  situation  should  be  done  Moreover,  the identification and evaluation of the driving forces influencing provides an interesting overview of what could be the trend to observe in the future year. 

    To tackle this question, the general aim of this study is to identify and evaluate the driving forces influencing the market of refuse derived fuel such as wood wastes, as well as the opportunity that it could imply for the double challenge of wastes reduction and fuel replacement. 

    This goal can be detailed  through  the overall goals aiming at  finding effective and non‐harmful means  to  protect  the  environment  and  health  by managing  the  wastes  produced  by  human activities. 

    In order to achieve this goal, the objectives of this report are to investigate the following aspects: 

    ‐ Classify and define wood waste derived fuels  ‐ Clearly describe the current and future regulatory situation on wood waste derived fuels 

    in France and Europe ‐  Identify and describe the main current practices  linked to the treatment of wood waste  in France and Europe, including  

    o Preparation of the wastes for recovery  o Recycling as particle board o Combustion practices 

    ‐ Evaluate  the environmental  impacts  linked  to  construction and demolition wood waste derived fuel combustion in a life cycle approach 

    ‐ Compare  the  impact  of  wood  waste  recovery  as  a  fuel  and  three  other  treatment methods  (namely  recycling,  incineration  and  land  filling),  with  the  help  of  an  LCA approach 

    ‐ Describe  and  analyze  the  economical  evolution  linked  to  wood  waste  derived  fuel development 

    ‐ Describe and analyze the societal impacts linked to wood waste derived fuel development 

     

  • Wood wastes derived fuel  

    12    

     

    1.2 Methodology  

    The methodology used to carry out this study consists in the following steps.  

    First of all, a  thorough  literature survey serves as a basis to this study to collect and gather the existing knowledge and background on  the subject. This survey  includes major scientific papers from the eighties until today as well as policies reports.   The work on  legislation  is based on the reading of the so cited texts. 

    Secondly,  in order to show a realistic view of the practical context  in professional situation, the thesis  has  been  written  during  an  internship  in  the  French  counselling  company  INDDIGO, specialized in waste management strategies. This experience has been a real chance to enrich the arguments of  this  research  thesis by adding  the professional opinion and practical examples  to the scientific rigors. Therefore this period was the opportunity to participate  in national working groups  on  wastes  recovery  as  fuels  including  presentations,  interviews  and  discussions  with national experts as well as sharing of documentation and opinions. Four visits on construction and demolition sites and  five visits on waste  treatment  facilities were organized, enabling  to collect specific information on the current practices and difficulties met by the stakeholders. 

    The  life  cycle  assessment  (LCA)  carried out on  the  third part of  this  study  is based on  the  ISO 14040 advised methodology. The choice of the software SimaPro to carry out this LCA has been made based on discussions with specialized professors on the subject. Indeed,  it appeared to be the most  convenient  tool  according  to  the  needs  of  the  study.  The  data  has  been  collected through  study  visits  and  reports  from  different  processes.  Part  3.2  presents  the  detailed methodology for this LCA.   

    Finally, because of a  lack of  specific data,  the analysis of economical and  social aspects  is here based on simplified and qualitative analysis. The methodology used followed these steps: 

    ‐ Collection  of  data  concerning  general  prices  of  wood  waste  treatments  and  recovery methods, thanks to study visits and reports; 

    ‐ Identification and analysis of the different current and likely negative impacts linked with the development of wood wastes treatment;  

    ‐ Qualitative evaluation of these impacts costs;   

    1.3 Borders 

    In this thesis, the study is limited to: 

    ‐ Practices in Europe and France  ‐ Wastes derived fuel of wood type ‐ Wood waste from construction and demolition sites ‐ The evaluation of technical and environmental aspects  

     The borders of the LCA are described in the concerned part (4,3). 

  • Wood wastes derived fuel  

    13    

     

    2. Generalities on wood waste derived fuel 

    The first part of the study poses the basis of the current situation wood waste derived fuels: what they are and what are the rules associated with their management and use. 

     

    2.1.  Definitions and classification of wood wastes 

    The understanding of the origins and features of wood waste recovery is an essential step for the approach. The following part describes where they come from, how they are produced and what they are made of.   

     

    2.1.1. Wood wastes and wastes derived fuel 

    Wastes  derived  fuel  can  be  defined  as  wastes  whose  properties  enable  an  efficient  energy recovery  when  they  are  burnt  by  combustion  processes.  Instead  of  a  mere  elimination  by incineration, waste  can  at  least  supplement  and  at  best  take  over  conventional  fossil  fuel  to produce the needed energy.  

    Wastes derived fuels include different categories depending on the type of wastes they are issued of. The following table sum up the most common waste derived fuel (FNADE, 2008): 

    Waste derived fuel category 

    Refuse derived fuel  

    Solid bio fuel   Hazardous waste derived fuels  

    Specific fuels  

    Concerned waste  MSW and NHIW (Non hazardous industrial waste) 

    Biomass  –Untreated wood waste 

    Used oil, solvents, treated wood waste 

    Bone meal, tyres 

    Table 1: Waste derived fuel categories (FNADE, 2008) 

    Wood wastes used as fuel can be split into two categories depending on their level of hazardous characteristics. 

    According to the European Waste Catalogue (EWC) (Communities, 1994), waste derived fuels are classified under the following numbers: 

    ‐ 19 02 09* solid combustible wastes containing dangerous substances;  ‐ 19 02 10 combustible wastes other than those mentioned in 19 02 08 (liquid combustible 

    wastes containing dangerous substances) and 19 02 09; ‐ 19 12 10 combustible wastes (refuse derived fuel) 

     

    2.1.2. Classification of wood wastes  

    Wood  wastes  are  mainly  issued  from  forestry  activities,  wood  industry,  construction  and demolition sites and old furniture from households. Pieces of wood waste are also found on waste processing  facilities,  where  all  type  of  household  or  industrial  wastes  are  collected.  These different categories are described in figure 1. 

  • Wood wastes derived fuel  

    14    

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Figure 1: Wood wastes origins (CTBA, 2008) 

    In this study, a focus is made on wood wastes from construction and demolition activities. 

    Because of  their organic nature, wood wastes  are not  inert. However,  they  can be  considered either as non‐hazardous or hazardous wastes depending on the substances they contain. Even  if raw wood contains natural traces of harmful substances such as heavy metals (CSTB, 2005), the main hazards come  from  the substances added during  the preservative  treatment of  the wood. Indeed, depending on the usage of wood products, different chemical or physical treatment can be implemented. We can quote two main practices: 

    ‐ Surfacing  treatment where  the  substances  only  lain  on  the wood  surface  (coating  and gluing) 

    ‐ Preservation  treatments where  the  substances  penetrate  the wood  fibres  for  a  better protection against outer attacks (fire proofing, preservation by soak or impregnation).   

    The different features of treatments of wood can be summed up in the following table: 

    Type of treatment 

    Aim  Preservatives  Potential danger of preservative 

    Thermal treatment 

    Protection   None  None 

    Non metallic paintings or varnishes 

    None Coating  Protection and decoration 

    Metallic paintings or varnish (heavy metals, organic compounds) 

    Toxic in high concentration 

    Mineral glue, animal glue  None Gluing  Assembling 

    Synthetic resins (chloroacetate vinyl, urea formol) 

    Toxic, noxious 

    Forestry wood

    e.g.: forestry plaquettes

    Wood industry sub-products

    e.g.: off cuts sawdust, shaving

    End of life Wood

    Wood wastes from C&D activities

    Public works wood waste

    e.g.: pruning wood,

    electricity pole

    Building wood waste

    e.g.: parquet floor,

    framework

    Other activities wood waste

    e.g.: tray

    Household wastes

    e.g.: furniture

    Wood waste from waste processing facilities

    Wood waste recovery and treatment platforms

    Workshops wood waste

    e.g.: wood

  • Wood wastes derived fuel  

    15    

    Fire Proofing  Resistance to fire attack 

    Metallic salts, isopropanol  Toxic in high concentration 

    Boron and other heavy metals 

    Toxic in high concentration 

    Preservation by soak 

    Resistance to medium biological attacks 

    Diazole, pyrethroide, IPBC  Irritating, mutating, hazardous for reproduction 

    Preservation by impregnation 

    Resistance to high biological attacks 

    CCA, arsenic, organic copper, creosote 

    Carcinogenic, irritating, toxic 

    Table 2: Wood treatment and danger of preservatives (CSTB, 2005) (INERIS, Les réglementations relatives aux déchets industriels dangereux. Programme DCE‐05 "propriéte des produits", 2006) 

    Wood wastes can then be divided into three main categories described below: 

    ‐ Untreated wood waste ‐ Slightly treated wood waste ‐ Highly treated wood waste 

     

    Untreated wood waste 

    Untreated wood wastes  are  issued  from  raw wood  that  only  received mechanical  or  thermal treatment, but which did not receive any chemical preservative treatment. They are considered as non‐hazardous wastes and can be assimilated as biomass as defined  in the European regulation (c.f. part 2.2.3).  

    In  the  case  of  C&D  wastes,  untreated  wood  wastes mainly  come  from  construction  sites  or workshops where raw wood  is processed to make furniture. They  include the following types of wood wastes: 

    ‐ Packaging in wood (pallets, boxes) ‐ Sawn raw wood   

    Given  their  non‐toxic  nature,  these wastes  are  easily  recovered  through  reuse,  recycling  or  in combustion (energy recovery). The potential of this recovery  is detailed  in the following parts of the report. 

     

    Slightly treated wood waste 

    Slightly  treated wood wastes are so called because of  the small concentration or  low danger of the preservative  substances  they  contain. Wood  that  received  coating, gluing,  fireproofing and preservation  treatments by soak  is considered as slightly  treated. As seen previously  in  table 2, these treatments can involve different kind of substances, and different harmful effect for human and environment. Even if most of these substances are found in low concentration in wood waste, thresholds are defined in the regulation (annexes of directive 67/548/EC) from which wood waste 

  • Wood wastes derived fuel  

    16    

    must be considered as hazardous wastes. These thresholds are described for the most common substances potentially contained in wood wastes, in appendix A. 

    Examples of  slightly  treated wood wastes are  classified below according  to  the  treatment  they received: 

    Type of treatment 

    Waste origin  Type of wood waste  Examples 

    Construction and demolition sites, household dumps, millwork 

    Recently coated wood used indoor 

    Furniture, framework, parquet floor, windows, doors 

    Coating 

    Demolition sites of old building 

    Wood coated before 2003 and used indoor 

    Furniture, parquet floor 

    Gluing  Construction and demolition sites, household dumps, millwork  

    Particle board, plywood, laminated wood (MDF, OSB) 

    Furniture, framework, parquet floor, windows and doors in plywood 

    Fire Proofing  Interior wood   Indoor wood making a barrier against fire 

    Door, window, framework 

    Construction site and millwork  

    Raw wood subjected to temporary treatment with bore 

    Packaging, off cut from sawing 

    Preservation by soak 

    Construction and demolition sites, household dumps, millwork 

    Outdoor wood with low exposition to soil, sun or humidity 

    Scaffold, outdoor framework 

    Table 3: Examples of slightly treated wood waste (CSTB, 2005) 

    Because of the multiplicity of these wood wastes,  it  is very difficult to sort them out. Moreover, even if the major part of these wastes does not imply any hazards, the share whose concentration of hazardous substance exceeds the threshold of non hazardous wastes is mainly never identified. Indeed, chemical analyses are too expensive and the amount of waste is not sufficient to carry out on C&D sites. As described in the next chapter, according to the precautionary principle, this type of wood waste  is  rather  hard  to  recover.  Regulation  and  standardization  is  however  evolving towards more flexibility in order to promote the recovery of slightly treated wood in dedicated or adapted combustion units.   

     

    Highly treated wood waste 

    Eventually,  heavy  treatment  can  be  applied  for  wood  requiring  important  penetration  and retention, usually  linked to frequent outdoor usages and high exposition to bacteria attacks, sun or  humidity  conditions.  The  treatments  are  carried  out  at  high  pressure  by  autoclave  so  that arsenic, creosote or CCA  (chromium, copper, arsenic), can be  ingrained  in  the deep  layer of the wood. 

  • Wood wastes derived fuel  

    17    

    Wood wastes containing these substances are called highly treated and are mainly produced on renovation  or  demolition  sites  because  of  the  high  restriction  concerning  the  preservative substances used (Kurata, Watanabe, Ono, & Kawamura, 2005). The pieces concerned are mainly: 

    ‐ Utility poles ‐ Railway line sleepers ‐ Fences ‐ Outdoor furniture (garden furniture) 

    Given  their  hazardous  properties,  treatment  methods  for  these  wastes  categories  are  very limited. Only incineration and land filling in adapted facilities (allowed to treat hazardous wastes) can be used. A new process developed  in  France by  the  company Thermya  aims  at pyrolysing these wastes  in  order  to  produce  raw  carbon. With  high  efficiency  performances  and  a  likely development  through  Europe,  this method  could  be  a  good  opportunity  to  get  rid  of  these problematic wastes (Hery, 2003). 

    A classification of these wood wastes is summed up in appendix B. 

     

    2.2.  Current regulation and evolutions 

    Given  the  constant  regulatory  evolutions  in  the  European  Union  regarding  environmental protection, activities linked to waste derived fuel as a mean to recover wood waste are promoted and settled through various measures whose origins can be found in the sustainable management of waste, natural resources and energy generation. 

    The  current  development  of  these  fuels,  pushed  by  new  biomass  energy  production  projects, called for an adaptation  in the regulatory framework for these substances. This could answer  in order to the following emergent risks: 

    ‐ The control of waste management methods hierarchy and waste recycling practices; ‐ The knowledge and traceability of waste derived fuel composition; ‐ The control of polluting effluents coming from installations treating wood wastes. 

     

    2.2.1. General regulation on waste management 

    Principle and objectives 

    Objectives  and  management  principles  of  wastes  are  defined  at  the  European  level  by  the directive 2008/98/CE of 19 November 2008 on waste. According to this text: 

    ‐ Hierarchy of management principles gives priority  to prevention and recycling methods, limiting  waste  land  filling  possibilities.  The  principle  of  “preparing  for  re‐use”  is  now applied for wastes that are likely to be recycled. 

    ‐ Wastes used as fuel are considered as a recycling method (R1) ‐ An objective of 50% (weight) of re‐used or recycled material from households is fixed for 

    2020. 

  • Wood wastes derived fuel  

    18    

    ‐ Substances which received specific recovery treatment, and responding to certain criteria defined  by  the  directive  can  cease  to  be  considered  as  waste  (end‐of‐waste  status,    article 6) 

    At  the French  level,  these principles are  implemented  through  the environmental code  (articles R.541 and following), and the specific law named “Grenelle de l’Environnement”. 

    These texts add the following objectives: ‐ Obligation  for  the  furniture  waste  producer  to  ensure  the  clean  end‐of‐life  of  their 

    products. ‐ An objective of 75% of packaging wastes recovery from 2012. ‐ An incentive to the energy recovery of wastes. 

    These  regulatory  texts are  then  in  favour of an  increasing energy  recovery of household waste, non‐hazardous  industrial wastes and wood waste. European and  French  regulation are  then  in favour of wood waste derived fuel.   

     

    Focus on the End‐of‐waste status 

    The 2008/98/EC directive introduces in its sixth article the possibility for a recovered waste to get a product  status. The aim of  this principle  is  to  suggest  regulatory and economic  incentive and promote  recycling  activities. Wastes  derived  fuels  are  appear  then  at  the  fore  front  of  these categories of new products. 

    According to the directive, the criteria required  in order for a waste to acquire a product status are the following: 

    ‐   “the substance or object is commonly used for specific purposes ‐ a market or demand exists for such a substance or object; ‐ the substance or object fulfils the technical requirements for the specific purposes and meets the existing 

    legislation and standards applicable to products;  ‐ the use of the substance or object will not lead to overall adverse environmental or human health 

    impacts.” 

    Because  the  European  Commission  did  not  give  any  guideline  in  regards  with  more  precise criteria,  state member must  implement  this  principle with  their  own  criteria, which  should be proposed  to  the community and accepted. Therefore, several  risks can arise when dealing with the  end  of  waste  status  (FEAD,  2009).  As  examples,  one  can  quote  the  hard  control  of  the condition uses and quality for these new products, the  long term guaranty of an existing market for the products issued of wastes, or the difficulty to trace the products in case of transboundary transfers. 

    The  implementation  of  this  new  principle  could  then  lead  to  important  changes,  especially  in terms of markets management and substances traceability. The following regulation might need some evolution in order to adapt to the new European requirements: 

    ‐ REACH directive and associated texts ‐ Trans‐boundary rules ‐ Emerging specific rules concerning waste derived fuel 

  • Wood wastes derived fuel  

    19    

    ‐ European and national standards ‐ Evolutions in flows, markets and treatment practice are also likely to be predicted. 

     

    Transboundary transfers 

    Transboundary  wastes  transfers  and  movements  are  controlled  according  to  the  following regulations: 

    ‐ Basel convention of 7th February 1994; ‐ EC rule n°1013/2006 concerning supervision and control of shipments of waste;  ‐ Decision C(2001)107 of the Council on the control of transboundary movements of wastes 

    destined for recovery operation; ‐ Rule EC n°1418/2007 of 29 November 2007 concerning the export for recovery of certain 

    waste  These rules turn out to especially control and then influence the movement of recovered material through the European countries. Indeed, sending wood wastes to elimination in another country implies a very narrow and expensive  follow up. When sent to recycling, the transfer  is however less expensive. Moreover, treated wood wastes belong to the orange  list of the OECD, and their transboundary transfer must then be notified and controlled.    BREF on waste management 

    The  Best  Available  Techniques  (BAT)  References  (BREFs)  form  a  set  of  summaries  gathering selected  techniques  used  for  pollution  prevention  and  required  by  article  16(2)  of  the  IPPC directive (Council directive 96/61/EC concerning integrated pollution prevention and control).  

    BREF on waste  treatment method  is  intended  to  cover  the  activities described  in  Section 5 of Annex  I  of  the  IPPC  Directive,  namely  ‘waste management’.    It  should  be  noticed  that waste incineration activities, as well as thermal waste treatments such as pyrolysis and gasification are covered by other BREFs (point 5.2 of Annex I of the Directive).  

    The following BATs are applied to waste derived fuel: 

    Preparation of waste to be used as fuel 

    117.  transferring the knowledge of the waste fuel composition prepared 

    118.  quality assurance systems 119.  manufacturing different type of waste fuels 120. waste water treatments 121. safety aspects 

     Preparation of solid waste fuels from non‐hazardous waste 

    122. visually inspecting the incoming wastes 123. using magnetic ferrous and non ferrous metal separators 124. using near‐infrared techniques 125. the preparation of the waste fuel at the correct size 

     Preparation of solid waste fuels from 

    126. drying or heating operations 127. mixing and blending operations 

  • Wood wastes derived fuel  

    20    

    hazardous waste  128. the abatement of particulates Table 4: BREFs on preparation of different type of waste derived fuels (Commission, 2005) 

     

    2.2.2. Regulation on wood wastes treatment methods 

    No  specific  regulation  is  edited  in  Europe or  in  France  concerning  the  specific management of wood  waste.  Nonetheless  with  the  increasing  environmental  concerns  towards  better  waste management,  wood  wastes  treatments  are  submitted  to  the  rules  of  the  facilities  they  are oriented to, namely recycling as particle boards, combustion,  incineration and  landfill. Yet these facilities are in France submitted to specific rules, adapted to the danger of each activity. This part presents the main right when dealing with wood wastes treatment in these facilities. 

     

    Recycling methods 

    Recycling methods for wood waste include composting and material recycling as particle boards. In order  to avoid any  risks of contamination with hazardous substances,  these methods ask  for high levels of requirement for the type of waste they incorporate.  

    For composting, only untreated fraction of wood can be accepted. 

    For the manufacture of particle boards, a certain amount of slightly treated wood wastes can be accepted,  added  to  untreated wood  waste,  according  to  the  requirement  of  European  Panel Federation (EPF) and of each producer.  

    Highly treated wood wastes are definitely forbidden for recycling.   

     

    Incineration and combustion 

    For a decade,  incineration appeared  in Europe to be one solution for efficient elimination of the majority of the wastes. Even if some incineration plants are today equipped to recover the energy (heat or electricity) produced during the burning process, this activity remains, at first, a method to  eliminate  waste.  This  means  that,  usually,  the  energy  recovery  process  is  not  effectively designed to recover the most of the wastes. Yet, an efficiency of 65% is needed for an incinerator to  be  considered  as  a  recovery  process.  This  level  is  almost  never  reached  in  France. On  the contrary,  using wood waste  in  a  combustion  unit  is  considered  as  a  recovery method.  In  that latter  case,  the  wastes  are  considered  as  raw  material  and  can  supplement  or  replace conventional fuels such as oil, coal or natural gas.   

    At  the  European  level,  the  2000/76/EC  directive  of  4  December  2000  on  waste  incineration regulates these activities. In order to promote wood waste recovery, this directive excludes these later of its scope, except for the wood waste likely to contain halogenated organic compounds or heavy metals (article 2). 

  • Wood wastes derived fuel  

    21    

    This directive was  implemented  in the French  law  in 2002. Waste  incineration units must follow the specific  regulation of classified  installations. As a consequence, units  incinerating hazardous wastes have to follow strict requirements on atmospheric and liquid emissions, as well as storage and waste elimination conditions on the site. Moreover, implementation of high prices for waste incineration promotes other methods of treatment such as recycling. 

    Combustion activities are  in Europe regulated by the 2001/80/EC directive of 23rd October 2001 on the limitation of emissions of certain pollutants into the air from large combustion plants. This text fixes the Emissions Limit Values (ELV) for the main air pollutant (SOx, NOx and particulates) for combustion units whose power is superior to 50 MW. According to this directive, wood wastes fuels  are defined  as biomass:  “products  consisting of  any whole or part of  a  vegetable matter from agriculture or forestry which can be used as a fuel for the purpose of recovering  its energy content and the following waste used as a fuel” 

    In the French regulation, combustion units must follow some requirements according to the fuel they use and  the power  they produce. According  to  these criteria,  the plants activities must be either  allowed,  or  declared  to  the  authority  in  charge  of  the  classified  installations  for  the environment. 

    The following table summarizes the requirement for both types of combustion units: 

    Activity reference 

    Type of wood fuel accepted  Requirements  Power  Status needed 

    > 20MW    

    Authorization 2910 A  Biomass: ‐ Commercial fuels with known features (sub‐products from wood transformation industry presenting any trace of treatment cannot be assimilated to biomass but to a waste)   (Note of 11th August 1997) 

    ‐ Annual measurements, for VOC, heavy metals  (Note of 11th August 1997) 

    2 MW 

  • Wood wastes derived fuel  

    22    

    Land filling 

    Land filling activities are regulated by the 99/31/EC directive of 26th April 1999. This text defines the  procedures  to  run  the  landfill  in  the  less  harmful way  possible.  In  France,  three  types  of landfill are regulated:  

    ‐ Hazardous waste landfills  ‐ Non hazardous waste landfills  ‐ Inert waste landfills  

    From the 1st of July 2002, because of the danger these elimination methods can generate for soil and  air  pollution  those  facilities  can  only  be  used  for  elimination  of  ultimate wastes.  In  other words, recyclable or incinerable waste can’t be treated in these plants. Financial incentives (very high  and  increasing prices  for waste  treatment  in  landfills) were  implemented  to promote  the reduction of this practice. 

    A summary of the recovery methods for wood wastes is stated in appendix B. 

     

    2.2.3. Focus on biomass  

    As  firstly defined  in directive  2001/77/EC  (Council,  2001):  “biodegradable  fraction of products, waste  and  residues  from  agriculture,  forestry  and  related  to  industries,  as  well  as  the biodegradable  fraction  of  industrial  and municipal waste”, wood wastes  can  be  considered  as biomass. As a result, a specific regulation must be applied. 

     

    Biomass and energy mix 

    In  order  to  solve  several  problems  resulting  from  the  use  of  fossil  fuel  for  energy  production (resource depletion, energy dependence, consequences on climate change); the European Council has been implementing different energy policies. One of the major actions consists in developing renewable energy sources so that they could reach a  large percentage of the average European energy consumption. Directive 2009/28/ EC fixes the rules related to the promotion of renewable energy  sources.  This  text  especially  points  an  objective  of  20%  of  renewable  energy  in  the European energy consumption by 2020.  In  the current state of energy consumption, biomass  is expected  to  highly  contribute  to  reach  this  goal.  European  legislation  thus  forces  countries members to develop this energy source.      

    In France, the promotion of energy production by biomass  is  implemented by an action plan for the 2006/2012 period. This program includes the following aspects: 

    ‐ Helps for district heating networks and wood heating systems projects ‐ Fare revision for electricity from biomass and cogeneration systems ‐ 90% increase of biofuel use by 2020 ‐ 50% increase of wood heated accommodation by 2020 

  • Wood wastes derived fuel  

    23    

     

    Biomass  promotion  is  then  a  central  aspect  linked  to wood waste management. However,  an ambiguity remains concerning the type of wood waste included in biomass definition. Indeed, the evolution of  the definition  through  the years and  regulations  (Appendix C)  led  to exclude some types  of  construction  and  demolition  wood  wastes  from  the  field  of  biomass.  Therefore, 2008/98/EC directive on waste defines biomass as:  

    “  Products  consisting  of  any whole  or  part  of  a  vegetable matter  from  agriculture  or  forestry which can be used as a  fuel  for  the purpose of  recovering  its energy content and  the  following waste used as a fuel: 

    (a) vegetable waste from agriculture and forestry; (b) vegetable waste from the food processing industry, if the heat generated is recovered; (c) fibrous vegetable waste from virgin pulp production and from production of paper from 

    pulp, if it is co‐incinerated at the place of production and the heat generated is recovered; (d) cork waste; (e) wood waste with  the exception of wood waste which may contain halogenated organic 

    compounds or heavy metals as a result of treatment with wood preservatives or coating, and  which  includes  in  particular  such  wood  waste  originating  from  construction  and demolition waste; “ 

    According  to  this definition, wood wastes  from C&D activities must be  studied  in more details before any classification as biomass. Nevertheless, no threshold concerning the concentration of halogenated organic compounds or heavy metals are defined in the European legislation. Because of  this  lack of  information,  the precautionary principle  is  then applied  in France on  this subject and  prevents  any  slightly  treated  wood  waste  from  being  considered  as  biomass (recommendation of 11th August 1997 on combustion units). 

    The  result  of  this  strict  regulation  and  practice  leads  to  a  very  low  recovery  rate  for  slightly treated wood wastes that could contain, as seen in the previous parts, very low concentration of organic halogen compounds or heavy metals.  

    In order to make these practices more flexible and enable to enhance the recovery of wood waste as biomass, European and French standards have been studied to suggest acceptance threshold and guidelines for use of this waste as biomass.  

     

    Standards 

    In  order  to make  the  regulation  and  practices more  relevant  among  the  different  European countries, the general direction of environment of the European Commission mandated  in 2002 the  European  Standardization  Committee  (CEN)  to  elaborate  experimental  and  technical specification  framing activities  linked  to biomass. These  standards are currently adapted  to  the French  standardization  system  (AFNOR).  However,  the  works  of  International  Standard Organization  (ISO/TC 238 on  solid bio  fuel) has not  succeeded  yet  to publish any  international requirements or guidelines concerning this subject. 

  • Wood wastes derived fuel  

    24    

    The main European group  linked with biomass  is CEN/TC 335 on solid bio fuels.  In relation with the  European  regulation,  this  working  group  excludes  wood  wastes  containing  halogenated organics or heavy metals of the definition of solid bio fuel (standards CEN/TS 14051).  

    Eventually, in addition to these general standards in development, several studies in France led to the  publication  of  three  referential  documents  on  wood  fuel  (CTBA, 2008).  One  of  them especially  concerns  wood  wastes  issued  from  industrial  activities  such  as  construction  and demolition.  According  to  these  documents,  slightly  treated  wood  waste  could  be  burnt  in combustion units if they fulfil the following requirements: 

    ‐ Halogenated organic compounds concentration 

  • Wood wastes derived fuel  

    25    

    In  the  aim  of  influencing  prevention  against  sanitary  risks,  polluting  activities  and wastes  are regulated  by  several  financial mechanisms.  If  the  oldest  one  in  France  is  the  tax  on  polluting activities, the national plan for carbon credit allocation, issued from the Kyoto protocol, is another tool oriented towards environmental car: Additionally, the many funding mechanisms for biomass development project are also  interesting  tools  to promote  the  safe development of  fuel  issued from wood wastes. 

     

     Tax on polluting activities 

    In France, each activity generating pollution is subjected to a tax. The rates are re‐evaluated each year depending on  the hazardous effect of  the considered  field activity. The money obtained  is allocated  to  the  French  environmental  protection  agency  (ADEME)  for  implementation  of prevention programs. This tax appears to be a real tool of influence for the development of wood waste recovery considering that it penalizes land filling and incineration activities against the one built to recycle wastes (biomass combustion or material recycling). 

     

    National plan for carbon credit allocation 

    In application of the Kyoto protocol and the directive 2003/87/EC, the second edition of the plan (2008‐2012)  fixes  emissions  allowances  for  the  facilities  contributing  the most  to  greenhouse gases emissions. In practice, a plant which rejects a relatively huge amount of GHG is subjected to a fixed amount of pollution permits for a year (the quotas). These quotas can then be bought or sold according to the plant emission. At the beginning of 2010, the price of carbon on the market was 13€/t. 

    The  targeted  field  are mainly  the  industrial  and  energy  sectors  among which  the  credits  are allocated according to the proportion of their historical emissions. Because biomass is considered to have a neutral carbon balance,  its emission  factor  is null, which enhances the burning of the potential  of  burning  of  this  kind  of  material  for  energy  production  and  industrial  systems operation.  

     

    Other financial mechanisms  

    Several  other  tools  are  currently  under  research  and  in  development  all  over  the  European countries  to  promote  the  use  of  biomass  as  a major  energy  production  sources.  Renewable energies’  feed‐  in  tariffs  (REFIT)  are  for  instance  a  mechanism  guarantying  the  purchase  of electricity  from  renewable  and more  particularly  biomass,  at  relatively  high  prices.  Renewable energy certificate system, pointing out the environmental benefit of renewable energy production by implementing high rate of sales, is also in development in the Union (Boyle, 2004).  

    In  France,  national  financing  programs  are  implemented  to  help  projects  based  on  biomass promotion.  As  an  example,  the  French  government,  respectively  funded  22  and  32  energy production facilities using biomass as a fuel, in 2006 and 2008 (MEEDDM, 2010).   

  • Wood wastes derived fuel  

    26    

     

    3. Wood wastes from C&D treatment methods 

    As seen  in the first chapter, construction and demolition activities produce very specific types of wood wastes. Because some of them can be harmful for both human health and ecosystems, the European regulation forces their producers to take responsibility and the necessary measures to dispose them. The third chapter of this report states the potential of wood wastes (and especially C&D wood wastes) in terms of quantity and quality. A description of the existing methods used to recover or treat these wastes is provided. The aim being to shows that recovery of as fuel is a real opportunity. 

     3.1. Wood waste potential 

    Compared  to  other  types  of wastes, wood wastes  from  C&D  sites  represent  a  relatively  huge amount of disposals. In addition, their properties make them a renewable product whose quality can be significantly valorised.  

    3.1.1. Production in France and Europe 

    As mentioned earlier, wood wastes  take  their origins  in  three main activities:  forestry  residues, wood  transformation  sub‐products  and  construction  and  demolition  sites wastes.  Since  these activities  are  growing,  the  amount  of  wastes  generated  also,  grows  rapidly  over  the  years. Therefore, the Joint Research Centre estimated an amount of 70 455 000t of waste wood flow in Europe. Among those, almost 10million t would be originated from C&D activities (JRC, 2009).  

    In France an amount of 16 million tons of wood wastes have been evaluated to be produced by these  activities  in  2004  (ADEME,  2005).  Among  this  amount,  4 million  tons  are  issued  from construction and demolition activities. 

    A national enquiry carried out by the French Environmental  Institute  (IFEN, 2004), on C&D sites evaluated  the  amount  of  wood  waste  in  France  at  up  to  3,568,000t  in  2004.  This  amount represents less than the 1% of the total quantity of C&D waste produced in France. Among these wood wastes, 2,470,000t are proved to be highly treated wood wastes (that  is to say hazardous wood wastes, mainly  from public works activities). Even  if  the quantity of slightly  treated wood waste  has  not  been  evaluated  yet,  the  inquiry  shows  that  the  amount  of  agglomerated  and coated wood on  construction  and demolition  sites  could  represent  the 25% of  the  total wood waste found on these sites (figure 2).  

    According to the growth of C&D activity in France, (an increase of 60% between 2004 and 2008 in France, according to the sales turn over given by the French Statistic Agency (INSEE, 2008)), the non  hazardous  wood  wastes  issued  from  construction  and  demolition  site  in  France  can  be estimated at 7,000,000t in 20081.  

                                                                1 This evaluation follows the conventional way of estimation for waste production. Indeed, it is considered that production of waste is linearly linked to the activity. However, such assumption must be considered 

  • Wood wastes derived fuel  

    27    

     

    Figure 2: Distribution of different types of wood in construction and demolition wastes in France (IFEN, 2004) 

    As seen previously, in France, the untreated wood wastes are, when sorted out, often recovered and recycled. The highly treated wood waste, concerning the major fraction of this wood waste production  cannot  be  recovered  and  must  be  handled  in  specific  incineration  facilities  for hazardous wastes. Nevertheless, the important amount of slightly treated wood waste (estimated then at 1,750,000 t in 2008) remains hardly collected, neither recovered. Indeed the wastes come from different small sites and are often mixed with the other types of wastes. The recovery of this important amount  turns out to be an  interesting opportunity  for the double challenge of waste management and natural resources protection.   

     

    3.1.2. Technical properties 

    Fuel derived from wood can be presented into different forms depending on the function they will need to fulfil. Four main families of wood waste derived fuel  issued from C&D sites can then be discerned: sawdust, logs, shaving and crushed mixed fuel. Because the main problematic and for now difficult to recover family is the crushed mixed fuel, the study will be focused on this type of fuel (SPANO, UNILIN, KronoFrance, & Isoroy, 2010).  

    Properties of fuel are evaluated according to two main criteria: (1) the combustion efficiency and (2) the harmful emission that the combustion can generate.  

    The combustion efficiency  is primary ruled by the energy contained  in the material. The natural process of a  tree growth combines solar energy and other sources such as soil nutrients, water and carbon from the air to accumulate energy. During  its  life, a wood product  loses  little of this energy  by  decomposition.  Therefore,  an  interesting  quantity  of  energy  is  still  stored  in wood wastes.  This  energy  can  either  be  released  to  produce  another  form  of  energy  (that  is what happens  during  combustion)  or  can  be  reused  for  the  physical  properties  of  wood  to make resistant materials (matter recycling). Because the energy stored in the wood can be replenished at the same rate as it is used, biomass can be considered as a renewable energy (Twidell, 1986).    

                                                                                                                                                                                        with precaution, indeed, prevention methods and practices can quickly change from on year to another, uncertainty which is not considered in this study. 

  • Wood wastes derived fuel  

    28    

    In order  to measure  the  energy potential  contained  in  fuel,  the notion of  lower heating  value (LHV)  is used. LHV  is defined as the amount of heat released by combusting a specified quantity and returning the temperature of combustion products to 150°C. Because wood is mainly made of carbon and organic compounds, its capacity to produce energy by burning is interesting to study. Indeed, its lower heating value (LHV) varies between 6 and 18 GJ/t. In comparison, and according to table 6, coal LHV is 28GJ/t in average (Boyle, 2004).  

    Fuel  Lower Heating Value (GJ/t) Wood (green, 60% moisture)    6 Wood (air‐dried, 20% moisture)  15 Commercial wastes   16 Sugar cane residues  17 Wood (oven‐dried, 0% moisture)  18 Coal  28 Oil  42 Natural gas  55 Table 7: Average lower heating value of more common fuels (Boyle, 2004) 

    However, LHV is mainly linked with moisture content, that is to say the rate of water contained in the wood (figure 3). 

    Moreover, pieces size  influences  the  technological choices  for  the combustion  (feeding systems and hearth). Wood waste derived fuel size is directly linked to the fuel preparation. This property varies between 10 to 80 mm for wood waste (figure 3). 

     

    Figure 3: Wood wastes properties for different families of wood ( (BiomasseNormandie, 2010) (Boyle, 2004) 

     

    Finally, the emissions and ashes are negative production  linked to wood waste fuel combustion. These  by‐products  are  generated  from  mineral  matters  contained  in  wood  waste  after combustion  and  can  create  problem  of  clogging,  air  emission  pollution  or  residual  wastes (calcium,  potassium, magnesium  and  heavy metals). Wood  has  a  general  ashes  rate  of  1%  in average. However, because they contain more various contaminants, treated wood wastes have a greater ashes rate than raw wood (CSTB, 2005). 

  • Wood wastes derived fuel  

    29    

     

    3.1.3. The need for treatment and recovery 

    Wood wastes from C&D sites represent an  important quantity of matter produced each year.  In addition,  as mentioned  above,  these  wastes  have  interesting  qualities,  especially  in  terms  of combustion potential or mechanical resistance. For this reason, wood wastes from construction and demolition sites appear  to be an opportunity  to  reduce  the use of other  resources such as fossil fuel or raw wood. 

    Nevertheless, 70% of hazardous C&D wood wastes  cannot be  reused  in  their actual  state. This fraction must  then  be  addressed  in  specific  processes.  If most  of  the  time,  they  are  for  now eliminated  through  incineration,  new  processes  are  appearing  in  Europe  to  use  the  energy captured in these waste in most cautious methods. This is the case of pyrolysis process suggest by the company Thermya that treat already 35 000t of treated wood waste each year (Hery, 2003).  

    If  recovery  is highly  recommended  in  the  case of untreated or  slightly  treated wood, a  step of conditioning is needed before recycling.  

     

    3.2. Conditioning wood waste  

    When wood wastes are produced on construction or demolition sites, they can either be sorted out in specific containers or be collected mixed with other wastes. In the second case, if they are not  directly  eliminated,  wood  wastes  are  sent  to  specific  wastes  facilities  to  be  sorted  out. However, wood wastes can be of different size and can contain various types of contaminants.  In order to be reused, they must first of all be non hazardous wastes, and secondly be conditioned in specific  forms  of  specific  features.  The  following  part  describes  the  families  of  products made from C&D wood wastes, and the methods to manufacture them. 

     Because of the variation in wood waste sources, they must be prepared and presented under the forms and compositions described in the previous paragraph. Preparation operations are most of the time carried out on the wood waste sorting and conditioning facilities. This process  includes four mains steps (Picheta, 2010): 

    ‐ Waste sorting ‐ Crushing ‐ Metal removal ‐ Screening 

     During sorting operation, slightly and untreated wood wastes are separated from highly treated wood and wastes made of other material. A visual or mechanical sorting step can also remove the slightly treated fraction  if necessary. Chemical analysis can eventually  improve the quality of the sorting when financial resources enable it. 

    Crushing steps are essential when wood wastes are  issued  from demolition sites  (i.e. when  the majority of the wastes are slightly treated wood). Three types of crushing can be described (: 

    ‐ A tearing with help of knives is used for the wastes exempt from any metals 

  • Wood wastes derived fuel  

    30    

    ‐ Slow crushers are sturdier and are used to roughly reduce the size and volume of wood wastes. 

    ‐ Rapid crushers enable to refine the wood waste mixture issued from the slower crushing. These  devices  are made  of  hammers  turning  at  very  high  velocity  (1000  rpm)  which enables to obtain a very small and homogeneous crushed wood fuel.  

    After these two latter mechanical operations, a magnetic metal removing is needed. This step can reach 95% efficiency. 

    Finally, the screening is the stage that enables to get a regular size product. The methods used for this process are:  

    ‐ Rotative screens  ‐ Sieves with disc in form of star ‐ Vibrating sieves constituted of one or two screens animated by an alternative movement, 

    adapted to crushed wood.   

    The chip wood resulting from this preparation can either be used as a fuel either as a material for particleboard manufactures. The production process of chip wood, and its use is described in the following flowchart: 

     

    Figure 4: Flowchart of a typical production process for wood chips (Kurata, Watanabe, Ono, & Kawamura, 2005) 

    It can then be noticed that the processes needed to prepare wood fuel are energy, time and space demanding. These activity presents however them some job opportunities and enable to enhance fuel quality. 

     

  • Wood wastes derived fuel  

    31    

     

    3.3.  Wood waste reuse and recycling methods  

    As  seen previously  in  this  report,  the European  regulation  recommends  reuse and  recycling as priority methods for waste management. 

    Regarding wood waste  from demolition  sites, products have most of  the  time been used until they can’t provide the function they would be supposed to anymore. Reusing wood wastes from these activities is then never done according to precautionary principle.  

    However,  on  construction  sites,  pallets  are  products  that  are  often  reused.  For  economical reasons, and because  this product does not  imply any contamination  risk, some companies get the pallets back, and repair them  if needed. This practice  is unfortunately only observed for this type of wood waste.  

    Crushed untreated or demolition wastes can nevertheless be recycled to produce particle boards. According to the French and Belgium professionals  interviewed (KronoFrance, Unilin, Spano), an average of 30% of wood waste can be introduced in the manufacturing process of particle board. This fraction can however reach 75% in some factories. The main barrier against the substitution of raw wood is indeed the pollution content of the material that can either damage the machines or reduce the quality of the final product.   

    In  order  to  avoid  any  kind  of  problem  in  the  industrial  process  or  for  the  product  quality, requirements  are  recommended  by  the  European  Panel  Federation  (EPF,  2010).  These requirements  are  implemented  in  accordance with  the  various  European  standards on particle board. They include: 

    ‐ Mainly  untreated  wood  wastes  (essentially  from  pallets)  must  be  introduced  in  the process. However, a small amount of mixed slightly treated wood waste can be accepted. 

    ‐ The  fraction  of  wood  waste  must  be  crushed  and  exempt  of  any  metal,  plastic  or cardboard, material  that  could damage  the machines or  lower  the quality of  the board produced. (The size of the crushed pieces depends on the manufacturing process) 

    ‐ The moisture content must be the lower possible 

    Particle board manufacturers can then provide with these products by purchasing the mixed and crushed  material  to  wastes  sorting  and  treatment  facilities  or  directly  from  wood  wastes producers.  

    Recycling  of wood wastes  as  particle  boards  seems  nowadays  to  be  unstable  because  of  the fluctuation  of  wood  price.  In  addition,  the  current  development  of  biomass  threatens  the recycling of wood waste by particle board production.  

       

    3.4. Wood wastes combustion  

    One other  interesting  treatment method  for wood waste  is  to  recover  the energy contained  in this material  by  producing  heat  and  thus  energy.  Combustion  of  wood  waste  for  district  or 

  • Wood wastes derived fuel  

    32    

    industrial  heating  is  then more  and more  spread.  This  part  presents  the  principles  of  wood combustion and its interest.  

     

    3.4.1.  Combustion principles   

    Thanks to its  important carbon content, wood turns out to be a qualified fuel. When mixed with the oxygen of the air, and activated by a flame, the carbon and hydrogen of wood decomposes to produce carbon dioxide and heat. This is an exothermic reaction: 

     

    During the combustion, the following steps succeed: 

    ‐ At 100°C, moisture contained in the wood evaporates ‐ From 200°C to 600°C, organic matter decomposes. This step is called pyrolysis ‐ From 300°C to 500°C, combustion gases are pyrolised  

    In order to obtain a perfect combustion, that  is to say, an optimal degradation of all the matter, the following conditions must be respected: 

    ‐ A large oven area to enable a long flame ‐ An average temperature of 800°C ‐ A configuration enabling the optimal mixing of air and gases ‐ An excess of air compared with the fuel introduced 

      

    3.4.2. Advantages  

    One advantage of waste treatment by combustion is the high potential for volume reduction that avoids to spread sanitary risks linked with wastes management. 

    Then, one very important advantage of wood combustion is that it does not contribute to carbon dioxide  emissions.  Indeed,  if  the  wood  is  grown  in  a  sustainable  way,  and  if  combustion  is complete,  the amount of CO2  released during  the  combustion  is actually almost  the  same  that have been captured during the wood growth. Wood wastes combustion (that  is to say biomass) can therefore be considered as a sustainable energy source:  it  is not depleted by continued use and  does  not  generate  significant  environmental  problems  (Boyle,  2004).    Wood  can  be considered as a regenerative fuel (Bowyer, 1995). 

     

    3.4.3.  Limitations  

    Nevertheless, combustion of wood wastes implies the emissions of gaseous pollutants, which must be treated after the combustion process. According to Tatano et al. (2009), the most important flue gases emitted from wood combustion are CO, HCl, SOx and NOx and particulate matters. The quantity of these pollutants varies depending on the type of burn wood waste. This 

  • Wood wastes derived fuel  

    33    

    experiment proves as well that combustions of medium