ORIGINAL PAPER
Cost-effectiveness analysis and cost-benefit analysis for X-type zeolite production from fly ash
 
More details
Hide details
1
GIG Research Institute, Poland, Katowice, Plac Gwarków 1
2
Silesian University of Technology, Poland, Gliwice, ul. Akademicka 2
CORRESPONDING AUTHOR
Magdalena Cempa   

GIG Research Institute, Poland, Katowice, Plac Gwarków 1
Submission date: 2022-07-13
Final revision date: 2022-08-29
Acceptance date: 2022-09-08
Publication date: 2022-09-30
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2022;38(3):83–103
 
KEYWORDS
TOPICS
ABSTRACT
This paper presents the results of a cost-effectiveness analysis and a cost-benefit analysis for the production of X-type zeolites from fly ash. Positive results of the laboratory tests on the quality of zeolites derived from fly ash initiated a cost analysis on the production of this materials on an industrial scale. The cost-effectiveness analysis was conducted using the dynamic generation cost indicator (DGC). The calculated DGC expresses the technical manufacturing cost of 1 Mg of synthetic zeolites. Whereas the cost-benefit analysis (CBA) was completed using the economic net present value (ENPV) and the economic internal rate of return (EIRR) indicators. The calculated unit technical cost of producing 1 Mg of zeolites using an installation consisting of five reactors with a capacity of 25 m3 each is 211 EUR and is lower than the current market price of this product, including transportation costs. This proves the financial viability of the investment. The calculations of the economic efficiency of the installation (CBA method) show that it is fully economically viable to operate and use the products from a social point of view.
ACKNOWLEDGEMENTS
The presented work was performed within the COALBYPRO project (Innovative management of COAL BY-PROducts leading also to CO2 emissions reduction), supported by RFCS Programme (Contract No. 754060) and by the Polish Ministry of Science and Higher Education (Contract No. 3935/FBWiS/2018/2)
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Analiza efektywności kosztowej i ekonomicznej produkcji zeolitów typu X z popiołów lotnych
analiza kosztów i korzyści (CBA), ocena efektywności kosztowej, dynamiczny koszt jednostkowy (DGC), zeolit, popiół lotny
W artykule zostały przedstawione wyniki oceny efektywności kosztowej i ekonomicznej produkcji zeolitów typu X z popiołów lotnych. Pozytywne wyniki badań laboratoryjnych dotyczące jakości materiału zeolitowego otrzymanego z popiołów lotnych były podstawą do przeprowadzenia oceny kosztów ich produkcji w skali przemysłowej. Ocenę efektywności kosztowej przeprowadzono przy wykorzystaniu dynamicznego kosztu jednostkowego (DGC). Obliczony wskaźnik DGC wyraża techniczny koszt produkcji 1 Mg zeolitów syntetycznych. Natomiast analiza kosztów i korzyści (CBA) polegała na obliczeniu ekonomicznej bieżącej wartości netto (ENPV) i ekonomicznej wewnętrznej stopy zwrotu (EIRR ). Obliczony jednostkowy techniczny koszt wyprodukowania 1 Mg zeolitów na instalacji składającej się z 5 reaktorów o pojemności 25 m3 każdy wynosi 211 EUR i jest niższy od ceny rynkowej tego produktu, wliczając koszty transportu. Świadczy to o opłacalności finansowej inwestycji. Przeprowadzone obliczenia efektywności ekonomicznej instalacji (metodą CBA) potwierdzają w pełni opłacalność jej eksploatacji i wykorzystania produktów z punktu widzenia społecznego.
 
REFERENCES (37)
1.
Adamczyk et al. 2020 – Adamczyk, Z., Białecka, B. and Cempa, M. 2020. Synthesis of Na-LSX type zeolite from Polish fly ash. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 35(3), pp. 5–22, DOI: 10.24425/gsm.2020.133933.
 
2.
Ahmaruzzaman, M. 2010. A review on the utilization of fly ash. Progress in Energy and Combustion Science 36, pp. 327–363, DOI: 10.1016/j.pecs.2009.11.003.
 
3.
Belviso, C. 2018. State-of-the-art applications of fly ash from coal and biomass: A focus on zeolite synthesis processes and issues. Progress in Energy and Combustion Science 65, pp. 109–135, DOI: 10.1016/j.pecs.2017.10.004.
 
4.
COALBYPRO 2020 – Innovative management of COAL BY-PROducts leading also to CO2 emissions reduction. Final technical report, part B.
 
5.
Decisions EU 2017 – Commission implementing decision 2017/1442 of 31 July 2017 establishing best available techniques (BAT) conclusions, under Directive 2010/75/EU of the European Parliament and of the Council, for large combustion plants (OJ L 212/1, 17.08.2017).
 
6.
Daems et al. 2006 – Daems, I., Leflaive, P., Methivier, A., Baron, G. V. and Denayer, J. F.M. 2006. Influence of Si:Al-ratio of faujasites on the adsorption of alkanes, alkenes and aromatics. Microporous and Mesoporous Materials 96, pp. 149–156, DOI: 10.1016/j.micromeso.2006.06.029.
 
7.
European Commission 2008 – Directorate General Regional Policy. Guide to cost-benefit analysis of investment projects. Structural Funds, Cohesion Fund and Instrument for Pre-Accession. Final Report Submitted by TRT Trasporti e Territorio and CSIL Centre for Industrial Studies. [Online:] https://ec.europa.eu/regional_... [Accessed: 2022-01-17].
 
8.
European Commission 2014 – Directorate General for Regional and Urban policy. Guide to Cost-Benefit Analysis of Investment Projects. Economic appraisal tool for Cohesion Policy 2014–2020. [Online:] https://ec.europa.eu/regional_... [Accessed: 2022-01-17].
 
9.
Exportv. Synthetic zeolite price in 2021–2022. [Online:] https://exportv.ru/price-index... [Accessed: 2022-04-08].
 
10.
Fiedor, B. 2002. Fundamentals of environmental and natural resource economics (Podstawy ekonomii środowiska i zasobów naturalnych). Warszawa: C.H. Beck, 488 pp. (in Polish).
 
11.
Franus, W. and Wdowin M. 2011. Application of F Class Fly Ash to Production of Zeolitic Material at Semi-Technical Scale (Wykorzystanie popiołów lotnych klasy F do produkcji materiału zeolitowego na skalę półtechniczną). Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 14(2), pp. 79–91 (in Polish).
 
12.
Franus et al. 2014 – Franus, W., Wdowin, M. and Franus, M. 2014. Synthesis and characterization of zeolites prepared from industrial fly ash. Environmental Monitoring and Assessment 186, pp. 5721–5729, DOI: 10.1007/s10661-014-3815-5.
 
13.
Galos, K. and Uliasz-Bocheńczyk, A. 2005. Sources and utilization of fly ashes from coal combustion in Poland (Źródła i użytkowanie popiołów lotnych ze spalania węgli w Polsce). Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 21(1), pp. 23–42 (in Polish).
 
14.
Heba, A.A. 2021. A Summary on the Use of Fly Ash as a Partial Replacement Material for Cement in Concrete. UKH Journal of Science & Engineering 5(2), pp 72–80, DOI: 10.25079/ukhjse.v5n2y2021.pp72-80.
 
15.
Hefni et al. 2018 – Hefni, Y., Zaher, Y. A. and Wahab, M. A. 2018. Influence of activation of fly ash on the mechanical properties of concrete. Construction and Building Materials 172, pp. 728–734, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.04.021.
 
16.
Hycnar et al. 2014 – Hycnar, J.J., Szczygielski, T. and Tora, B. 2014. Current state and prospects of increased product-oriented utilization of CCPs. Inżynieria Mineralna, 15(1), pp. 131–142.
 
17.
Kapuściński, T. and Probierz, M. 2000. Hydrothermal zeolite synthesis of basaltic tuff from Gracze basalt deposit (Hydrotermalna synteza zeolitowych tufów bazaltowych ze złoża bazaltu w Graczach). Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 16(3), pp.147–160 (in Polish).
 
18.
KOBiZE 2022. The National Center for Emission Management (Krajowy Ośrodek Bilansowania i Zarządzania Emisjami). CO2 market report (Raport z rynku CO2), May 2022 (No 122). [Online:] https://www.kobize.pl/uploads/... [Accessed: 2022-06-23] (in Polish).
 
19.
KOBiZE 2021. The National Center for Emission Management (Krajowy Ośrodek Bilansowania i Zarządzania Emisjami) Electricity benchmarks for 2020 (Wskaźniki emisyjności dla energii elektrycznej za rok 2020), December 2021 [Online:] https://www.kobize.pl/pl/file/... [Accessed: 2022-05-16] (in Polish).
 
20.
Mačala et al. 2017 – Mačala, J., Pandová, I. and Panda, A. 2017. Zeolite as a prospective material for the purification of automobile exhaust gases. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 33(1), pp. 125–137, DOI: 10.1515/gospo-2017-0005.
 
21.
MAG Morska Agencja Gdynia sp. z o.o. Transport calculator. [Online] https://drobnicamorska.pl/ [Accessed: 2022-06-23] (in Polish).
 
22.
Made-in-China – Clinoptilolite Natural Zeolite Granules Zeolite Chipping Zeolite Rocks Zeolite Price. [Online] https://www.made-in-china.com/... [Accessed: 2022-06-23].
 
23.
MIiR 2019 – Minister of Investment and Economic Development (Minister Inwestycji i Rozwoju). Guidelines to the preparation of investment projects, including income-generating and hybrid projects for 2014–2020 (Wytyczne w zakresie zagadnień związanych z przygotowaniem projektów inwestycyjnych, w tym projektów generujących dochód i projektów hybrydowych na lata 2014–2020), [Online] https://www.funduszeeuropejski... [Accessed: 2022-01-17] (in Polish).
 
24.
MFiPR 2020 – Ministry of Funds and Regional Policy (Ministerstwo Funduszy i Polityki Regionalnej). Updated variants of Poland’s economic development (Zaktualizowane warianty rozwoju gospodarczego Polski). [Online] https://www.funduszeeuropejski... [Accessed: 2022-01-17] (in Polish).
 
25.
NEEDS 2009 – New Energy Externalities Developments for Sustainability. External costs from emerging electricity generation Technologies, Deliverable n 6.1-RS1a.
 
26.
NBP. Narodowy Bank Polski. Interest rates. [Online:] https://www.nbp.pl/homen.aspx?... [Accessed: 2022-06-23].
 
27.
Ochociński, Ł. 2016. Development of combustion by-products in Poland and in the world - products, markets, prospects (Zagospodarowanie UPS w Polsce i na świecie – produkty, rynki zbytu, perspektywy). [In]: Kledyński, Z., Szarek, Ł. eds. Management of combustion by-products (Zagospodarowanie ubocznych produktów spalania). Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, pp. 11–28, (in Polish).
 
28.
Pathan et al. 2022 – Pathan, Q.A.A., Qureshi, A.S. and Mangi, S.A. 2022. Ageing factor for fly ash cement concrete (FACC). Environmental science and pollution research 29(21), pp. 32238–32245, DOI: 10.1007/s11356-021-17807-6.
 
29.
Radovic, U. 2009. Porównanie wpływu na zdrowie człowieka i środowisko naturalne różnych źródeł energii - wyniki badań w programie ExternE (Comparing the impacts on human health and the environment of different energy sources - research results in the ExternE program). [In:] Conference Proceedings of II School of Nuclear Power (II Szkoła Energetyki Jądrowej). Warszawa: Instytut Energii Atomowej POLATOM, Stowarzyszenie Elektryków Polskich oraz Polskie Towarzystwo Nukleoniczne (in Polish).
 
30.
Rączka, J. 2002. Cost-effectiveness analysis based on the dynamic generation cost index (Analiza efektywności kosztowej w oparciu o wskaźnik dynamicznego kosztu jednostkowego), Warszawa: Course materials developed under Transform Advice Programme – Investment in Environmental Infrastructure in Poland (in Polish).
 
31.
Renjith et al. 2021 – Renjith, R., Robert, D., Setunge, S., Costa, S. and Mohajerani, A. 2021. Optimization of fly ash based soil stabilization using secondary admixtures for sustainable road construction. Journal of Cleaner Production 294, DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.126264.
 
32.
Stępień et al. 2017 – Stępień, M., Białecka, B. and Jąderko, K. 2017. Optimisation of waste combustion processes management – perspectives and threats. [In:] Ecology and Environmental Protection Book 52: Conference Proceedings of the 17th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM. Albena, 29 June–5 July, 2017. Bulgaria: STEF92 Technology Ltd., pp. 673–680.
 
33.
Strzałkowska, E. 2011. Characteristics of the physicochemical and mineralogical properties of selected coal combustion by-products (Charakterystyka właściwości fizykochemicznych i mineralogicznych wybranych ubocznych produktów spalania węgla), Gliwice: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 101 pp. (in Polish).
 
34.
Strzałkowska, E. 2021. Fly ash – a valuable material for the circular economy. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 37(2), pp. 49–62, DOI: 10.24425/gsm.2021.137563.
 
35.
Querol et al. 2002 – Querol, X., Moreno, N. and Umana, J.C. 2002. Synthesis of zeolites from coal fly ash: an overview. International Journal of Coal Geology 50, pp. 413–423, DOI: 10.1016/S0166-5162(02)00124-6.
 
36.
Querol et al. 2001 – Querol, X., Umana, J.C. and Plana, F. 2001. Synthesis of zeolites from fly ash at pilot plant scale. Examples of potential applications. Fuel 80, pp. 857–865, DOI: 10.1016/S0016-2361(00)00156-3.
 
37.
Zgureva, D. and Boycheva, S. 2015. Novel technical and economical superior approach for synthesis of zeolites from coal fly ash. Ecological Engineering and Environment Protection 2, pp. 12–18.
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953