The Catawba County EcoComplex:  A Study in Waste Management, Renewable Energy, 

and Synergetic Relationships   

 

                                     

 A White Paper on Innovative waste solutions for ISWA/APESB World Congress 2009 

     

         Author:  Barry B. Edwards, PE Director of Utilities and Engineering 

County of Catawba;  100­A Southwest Boulevard, Newton, NC 28658;  

Phone: (828) 465­8261;  Fax: (828) 464­5216;  

E­mail: barrye@catawbacountync.gov   

   

Catawba County and Solidwaste Management Facts  Catawba  County  is  located  in  the  North  Carolina  foothills  45 miles  northwest  of  Charlotte.  Catawba  County  has  eight  (8)  incorporated  municipalities  and  its  total  population  is approximately  155,000.  The  County's  residents  equally  reside  in  rural  and  urban  areas; however, the region is continuing to transform to a more urban county through industrial and commercial growth.   Catawba County is heavily industrialized and swells by more than 100% in population  during  the  workday  producing  over  475  tons  of  industrial  waste  daily,  which represents 75% of the County’s total average daily waste rate.     In 1990,  faced with waste  reduction mandates and goals  set by  the State of North Carolina, Catawba County developed a strategy to reduce  its then annual disposal rate of 1.51 tons per capita by 10% by 2000 (1.36 tons per capita), 15% by 2005 (1.28 tons per capita), 20% by 2010 (1.21 tons per capita), 25% by 2015 (1.13 tons per capita), and 34% by 2020 (1 ton per capita).  The  principal  strategy  employed  by  County  to  reduce  its waste  generation  rate  is  Industrial Ecology.  The Industrial Ecology strategy is working.  The most recently recorded year  (FY 2007‐08) shows Catawba County has reduced  its annual per  capita  disposal  rate  to  1.22  tons,  a  reduction  of  approximately  19.2%  from  the  1990 baseline year rate.     By comparison, the statewide per capita disposal rate  for North Carolina was 1.24 tons  for FY 2007‐08 and Catawba County ranks second out of 100 counties  is waste reduction  rate  per  capita  and  first  among  counties with more  than  25%  in  industrial waste stream total.  Industrial Ecology Applied to Waste Management  Scientifically stated,  industrial ecology  is a dynamic ecological organism  that incorporates living systems with natural systems.   When applied fittingly,  industrial ecology produces equilibrium between  environmental  and  economic  performances  and  outcomes  within  environmental limitations. The  “new”  buzz  word  used  around  the  globe  to  express  industrial  ecology  is “Sustainability".  

Catawba County has chosen industrial ecology as a tool and format to manage its solidwaste as this design  supports waste  reduction  through harmonization of  the life cycle of products and industrial processes. Applying industrial ecology enables Catawba County and its municipalities to develop and  sustain a  sound  industrial base without  sacrificing  the quality of  their shared environment, and helps  its private partners  to become more  competitive by  improving  their financial and environmental product.  All parties of an industrial ecological system improve their productivity: government agencies improve environmental protection and waste management cost  through waste  reduction,  improved  policies  and  regulations,  and  partnering  businesses simultaneously  improve  their  industry  competitiveness  through  minimizing  energy  and materials usage and lowering feedstock cost. 

Catawba County industrial ecology application is an industrial park, the EcoComplex, which is an application  that  utilizes  sustainability  to  facilitate  economic  growth  through  combining environmental, economical and technological components in a combined, soundly engineered, symbiotic  system.    Catawba  County’s  industrial  ecology  application  to  waste  management preserves  the County’s  ecology  by  supporting  the  interactions  between  organisms  and  their environment,  promoting  the wise management  of  resources  for  the  benefit  of  current  and future  generations.    The  County’s  EcoComplex, ecological  system,  bolsters  sustainable communities, natural resources, environmental stewardship, education, and community spirit.   

EcoComplex = Economics and Industrial Ecology  Catawba County’s EcoComplex design and development currently includes the orchestration of seven  professional  engineering  firms,  three  universities,  and  over  15  professional  engineers directly  involved  in  the  process.    The  County’s  EcoComplex  is  a  system  that  reallocates industrial  and waste management  processes  from  an  open  loop  to  a  closed  loop  system  in which wastes become the inputs for new processes. The EcoComplex business model promotes economic  development  through  byproduct  and  resource  management  and  by  employing predominantly green and renewable energy. The partnerships and synergies  formed between EcoComplex entities use each other’s waste products either as a source of energy (electricity, steam, or heat) or as a raw material for the production of their own product (pallets,  lumber, compost, brick shapes/art).  These shared relationships bring the old saying of “one man’s trash is  another man’s  treasure”  into  real  life.    In  addition  to  these  synergetic  relationships,  the EcoComplex  is  also  focused  on  making  and  using  “green”  energy  and  on  the  economic development of Catawba County.  The closed  loop system design  in Catawba County’s EcoComplex successfully combines energy production,  businesses  and  waste  management  systems  consisting  of  a Municipal  Landfill, Electrical Generating  Plant,  Bio‐energy  Plant,  Sludge Management  Facility,  Lumber, Wooden Pallet,  Brick  and  Pottery  Manufacturing  Facilities,  Greenhouse  Operations,  and  University Research  Facilities/Partnerships  and  incorporates  synergetic  and  symbiotic  relationships between  industry  byproducts  and  required  manufacturing  resources.    The  EcoComplex’s fundamental  goal  is  to  promote  and  employ  Catawba  County’s MSW  and  C&D  landfills  as resource recovery  facilities by converting waste streams  into commodities and creating green energy  through a virtually  closed  system.   The  system  is designed  to  recover and employ all usable energy  from EcoComplex entities’ byproducts and waste  streams.    In  the  future,  food waste, livestock and agricultural waste digester gases will be employed to increase the County’s production of electrical and heat energy.   A Bioenergy Plant, which  is currently  in  the design phase,  will  employ  the  green  and  renewable  energy  resources,  such  as  woody  waste  and biomass waste, from EcoComplex entities to generate electricity, steam, heat, and CO2.   

The key Partners or components in the synergetic relationships of the EcoComplex are: 

• The Blackburn Resource Recovery Facility (Landfill and Recycling/Waste Diversion) 

• The Blackburn ‐ Landfill Gas to Energy Electricity Generating Facility 

• Gregory Wood Products (Lumber Manufacturing) 

• PalletOne, Inc. (Pallet Manufacturing) 

• Profile Products (Erosion and Sedimentation Control Products from Woody Biomass) 

• The  Bioenergy  Facility  (Wood  burning/gasification;  electricity,  steam,  and  heat production) 

• The Biosolids Processing Facility (Wastewater sludge management for Catawba County) 

• Agricultural, Food and Livestock Waste Gasification and Energy Production  

• University Research  (Bio‐diesel  and Algae production,  testing,  crop  testing,  and  algae testing) 

• Composting/Soils Amendment 

• Brick Specialties Company 

• Greenhouse 

The  Blackburn  Resource  Recovery Facility  is  the  largest  component  of  the EcoComplex.    The  Blackburn  Resource Recovery  Facility  currently  accepts approximately 650 tons of municipal and construction/demolition  waste  per  day.  Landfill  engineering  designed  by  McGill Associates  and Geotechnical  engineering by Bunnell‐Lammons Engineering.  

 

 

The  Landfill Gas  to  Energy  Facility  is made up  of  three  GE‐Jenbacher  landfill  gas (methane)  burning  engine/generator  sets that  have  the  capacity  to  generate approximately 3 Megawatts of electricity per hour;  this  is  enough  electricity  to  power approximately  900  to  1,000  average  sized homes.  Mechanical  and  Electrical Engineering  Engineering  by  I  C  Thomasson Associates  and  Civil‐site  Engineering  by McGill Associates.  

 

 

 

Gregory Wood Products, the EcoComplex’s first  private  industry  partner,  began operations  in  2006  and  is  a  65,000 Board Feet per Hour (BFH) high‐tech dimensional lumber facility.   Gregory Wood Products  is the EcoComplex’s  largest producer of  fuel (sawdust,  shavings,  bark,  etc…)  and employs around 125 employees.   

 

 

Pallet  One,  Inc.  is  the  largest  new  pallet manufacturer  in  the  United  States.  PalletOne,  the  second  private  industry partner  in  the  EcoComplex,  is  a manufacturer of new pallets and will begin recycling  used  pallets  in  the  near  future.  PalletOne  currently  has  29  employees  at their EcoComplex facility. 

 

Profile Products, an offsite partner, manufactures and distributes a broad line of erosion and sediment control products made from woody biomass, which accelerates seed germination and biodegrades in place.  Profile manufactures the industry’s best‐selling inorganic soil amendments for sports fields, golf courses and landscaping.  Profile Products uses about 70,000 tons of waste wood from EcoComplex partners and local industries every year to manufacture hydraulic mulch, and as much as 10,000 tons of discarded paper.  

The County’s planned Bioenergy Facility will consist of a newly constructed wood Gasifier  with  electrical  and  steam production  capability.    Preliminary Engineering  is  being  performed  by Nexterra,  General  Electric  Corporation, Petra Engineering, Energy System Group, Concord Engineering, Camp Dresser and McKee (CDM) and McGill Associates.  

 

The Sewage, Animal and Food Waste Anaerobic Digester Facility (SAFWAD) will consist of two newly  constructed  anaerobic  digesters.    One  digester  will  be  used  to  process  sewage (wastewater  sludge)  from wastewater plants  and  the other digester will process  animal  and food wastes.   Biogas from both digesters will be used to produce electricity and heat through the operation of GE‐Jenbacher Generator sets.  The SAFWAD design and development is being performed  jointly with  the  Bio‐Solids  Processing  Facility.      Preliminary  Engineering  is  being performed by Petra Engineering, CDM and Civil Design Concepts (CDC).  

food waste

Agricultural, Food and Livestock Waste Gasification and Electrical and Heat Energy

Production Facility

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The  proposed  Bio‐Solids  Processing  (Sludge  Drying)  Facility  is  the  finishing  plant  for  the SAFWAD.  The  proposed  facility  will  have  the  capacity  to  serve  the  wastewater  sludge management (SAFWAD) needs of Catawba County and the Unifour region for approximately 20 years.    There  are  currently  several  sites  within  Catawba  County  that  are  being  used  by municipalities, both inside and outside the County, for the land application of their wastewater sludge.    It  is  anticipated  that  several  of  these municipalities  will  use  the  proposed  facility instead of continuing to  land apply their sludge within Catawba County.   The Catawba County Board  of  Commissioners  approved  a  contract with  CDM  for  design  engineering  of  the  new facility in December 2007.  

The  proposed  Agricultural,  Food  and  Livestock Waste  Gasification  and  Electrical  and  Heat Energy  Production  Facility will  provide  farmers with  an  alternative  bio‐waste management option.    The  proposed  system  barters  livestock  feed  and/or  environmentally  safe  soil amendment from the County’s EcoComplex to farmers in exchange for their manure and other bio‐wastes.    Food waste  from  the County  schools  and hospital(s)  along with  yard waste will 

supplement  the digestive gasification process. Preliminary Engineering  is being performed by Petra Engineering, CDM and CDC. 

The University Research Facilities  include multiple UNC System Universities.   The County and Appalachian State University are developing a Biodiesel Research and Production Facility within the  EcoComplex.    The University’s  research will  include  the  testing  of  biodiesel  that will  be produced on‐site  as well  as by  several  companies  in  the  region  and  research, which  include 

North  Carolina  Cooperative Extension, on  the growing of test crops around the  landfill to  assess  which  crops  grow best in our climate and which crops  produce  the  best  oils for  the  manufacture  of biodiesel.    The  on‐site production  of  biodiesel  will be  used  by  Catawba  County to  operate  its  fleet.    The Facility  design  is  underway and is being designed to LEED Platinum  standards  and  will 

be used by the County as an educational resource for sustainable construction.   The Biodiesel Research and Production Facility is a CDM design and are scheduled to begin fuel production in 2011.     Civil‐site  engineering  is performed by CDC  and  geotechnical  engineering by Bunnell‐Lammons Engineering.  The County and the University of North Carolina Charlotte (UNCC) are partnering  in Algae and Wood  Ethanol  Research, which will  begin  in  2010.    The  County,  General  Electric,  Nexterra Energy and UNCC are developing a wood gasification and Syngas research project.   

The  County  continues  to  have  conversations  with  several  composting/soil  amendment companies  who  have  the  potential  to  become  EcoComplex  partners  including  preliminary discussions with a nearby  leading retailer  regarding  the bagging and selling of a compost/soil amendment  product  and  possibly  bagged  mulch  as  well.    This  EcoComplex  component  is waiting on the needed synergies of the EcoComplex before it can be realized. 

A Brick  Specialties Company has  verbally agreed  to  locate within  the EcoComplex  at  a  later date.   This company will produce specialty brick shapes and brick art and has also tentatively agreed to the co‐location of kiln space for local potters to use and to the locating of a classroom type space for a community education component.  This EcoComplex component is also waiting on the needed synergies of the EcoComplex before it can be realized. 

A 10 acre greenhouse will be employed in Algae Research; however, discussions have been held with a company who is considering the EcoComplex as a location for approximately 100 acres of greenhouse  space  for  the  growing  of  vegetables  and/or  flowering  plants.    However,  this 

EcoComplex  component  is  currently on hold waiting on  the  synergies  to evolve  that are  the incentives required for it to become a part of the EcoComplex.   

 

Useful  Byproducts,  Green  Energy  and  Environmental  Stewardship  are  harmonically  derived from applying Industrial ecology to a waste management system as shown in Catawba County’s EcoComplex system and practice:   

 

 

 

 

 

In conclusion, the Eco in EcoComplex = Economics and Industrial Ecology.  The Catawba County EcoComplex  is a system that  is based on the fact that an  individual component  in a system  is best utilized  in the context of  its relationship with other components and with other systems, rather  than  in  isolation.   Thus,  any  government,  jurisdiction,  or  private  group  can  build  and benefit from an Industrial Ecological System such as Catawba County’s EcoComplex.