Riskope International SA www.riskope.com

Case postale No 28 +39-347-7007 420’

1055 Froideville, Suisse +41-79-621 8795’

How to get the most out of (Vegetable) Waste Oil for your Small or Medium Business: CDA-ESM can help you to select the best option

By C. Oboni and F. Oboni, Oboni Riskope Associates Inc. www.riskope.com

Introduction

Reportedly, some fast food chains started (2007) to use their waste cooking oil to make biodiesel. In one example encompassing 1200 restaurants, the entire corporate truck fleet of 155 vehicles was converted to biodiesel, which means 6.1 million liters of waste oil put to use on the roads. Other sources reveal that McDonald's trucks in Austria have been using biodiesel "for a few years." http://green.autoblog.com/2007/07/02/mcdonalds­will­make­biodiesel­from­its­own­waste­grease­for­tru/

Biofuels summary:

The most known form of biofuels is called Biodiesel (BD in Europe, B in the USA). Pure vegetal BD bear the index 100 (BD100), whereas mixes with oil derived diesel bear an index related to the ratio of vegetal product: thus BD20 means a diesel cut at 20% with vegetal oils.

These products have international specs (ISO 14214, ASTM D 6751, DIN in Germany).

Biodiesel is ten times less toxic, than kitchen salt. It is a better solvent than normal diesel and as a result it can damage some joints and pipes in older (before '92) standard diesel engines, but can also “clean­up” residues, scaling etc. in engines.

Biodiesel is not explosive, biodegradable and normally has lower emissions than standard diesel. 

Biodiesel reduces net emissions of Carbon Oxyde (CO) by 50% and Carbon Dyoxyde (CO2) by 78.45%, because the emitted carbon is the one resent in the vegetal, and not one “trapped” underground and brought to the surface.

Biodiesel is practically exempt of aromatic hydrocarbons, thus emissions of benzopyrens are reduced to a maximum of 71%; it does not emit Sulfur, as it does not contain any: it reduces fine dusts to a maximum of 65%. However, biodiesel produces more Nitrogen Oxydes (NOx) than oil derived diesel, a problem that can be solved by inserting, for example, catalyzers in the exhausts of diesel engines.

Waste vegetal oils can be valued as fuel, whereas they do represent a cost if disposed of. Thus they overcome difficulties linked to taking away normal agricultural land use to supply the fuel industry, which can generate spikes in food prices, as we have seen in the last years. Therefore Waste vegetal oils constitute a sustainable resource.

In order to show how Comparative Decision Analysis­Economic Safety Margin (CDA­ESM) can help in the selection of the best Vegetal Waste Oil management alternative, we will consider as an 

example a restaurant, i.e. a commercial kitchen (for example an ”average sized” fast food restaurant, of roughly 150m2, or less than 500m3 construction volume) or any equivalent Medium Sized Business (MSB). 

The MSB's Management wants to find a better way to deal with their waste frying oils, but also wants to avoid the implementation of the filtering station necessary for an automotive use of its waste oils1. Furthermore, the MSB does not have enough vehicles to make the fleet conversion economically feasible/reasonable.

Management is also fully aware that, reportedly, some large chains like Burger King and McDonald’s would like to utilize frying oil to heat water, but has heard they don’t have the space for a redundant system and fast­food restaurant personnel may not have the time nor the ability to operate a more complex burner system. However, Management has recently learned that there are off­the­shelf solution with burners capable of burning waste oils that are simple to use, can even accommodate several fuels, and, with some restrictions, can be inserted in existing furnaces, thus avoiding expensive replacements.

Management has therefore to decide whether they want to maintain the status quo, i.e. the presently active waste frying­oil management/disposal or to switch to a new installation which would include a burner capable of using those waste oils to generate useful heat. The new installation should not be redundant (no need for extra room) with the present one, and should either use the existing furnace with a new burner, or replace the old system with a brand new one.

This paper shows how to set up the data necessary for the alternative selection using an innovative alternative evaluation methodology called CDA/ESM (Comparative Decision Analysis/Economic Safety Margin) (C.+F. Oboni, 2009). CDA/ESM brings to MSBs the opportunity to apply Risk Based Decision Making to the alternative selection process and to explore how two code compliant and perfectly legitimate alternatives may differ on the long term, not only in their costs, but also in their risk profile (upside and downside risks, i.e. opportunities and failures).

CDA/ESM eliminates the pitfalls of NPV (see below) and has been used at preliminary design level (Oboni and Oboni 2007, 2008; Oboni 1999­2000, 2005) to support decisions in many industries/situations by comparing alternatives in financial terms, including:a) life’s cycle economic balance encompassing internal and external risks and b) project implementation and demobilization costs and risks.

CDA/ESM has been successfully applied to date to industrial alternatives such as: rope v.s. road transportation, surface v.s. underground solutions, environmental rehabilitation projects, water treatments alternatives, transportation networks and go/no­go decisions.

CDA/ESM   is   particularly   useful   when   comparing   long   term   projects,   as   its   “risks   included” cumulative cost evaluation eliminates the “zeroing effect” and the “rosy scenario syndrome” linked to NPV (See Web Pages in References). It has already been shown in many instances that attempts to tweak the NPV to include risks are generally misleading (C.+F. Oboni, 2009).

1Vegetable oils have to be treated, reducing their viscosity, in order to be used in modern diesel engines without damage. Old diesel engines worked with more viscous fuels and thus would still run undamaged with untreated vegetal oils. 

Description of the Case Study

The Medium Sized Business (MSB) under consideration has to dispose of appx. 5,000 liters of waste vegetal (frying) oil per year. The MSB could be a commercial kitchen (for example an ”average sized” fast food restaurant, of roughly 150m2, or less than 500m3 construction volume).The MSB's Management is examining various alternatives to its waste oil management, such as:

1) Maintaining the status quo (disposal and using mineral oils/gas to provide heat and hot water).2) Replacing the furnace/boiler with a new model allowing to burn the vegetal waste oil.3) Replacing only the burner with a new one capable of burning vegetal oils.

Of course in case of the last two alternatives' selection the new burner will have to be compliant with environmental protection regulations, using vegetal waste oils. Alternatives 2,3 would allow the MSB to stop the long term contract they have with a waste oil disposal company and reduce/eliminate their use of mineral oil/gas. The selected time horizon for the analysis is twenty years.

The Status Quo alternative (1) encompasses a contractual arrangement with a company that picks up and legally disposes the waste for the MSB for a given lump sum annual fee. The contract 

foresees penalties if the volume is larger/smaller than ±5% than the contractual value. There is also an exit fee if the contract is stopped by the MSB before its term.

Burning waste oil on site (2,3) will generate heat that can be used for sanitary/process water and heat. In this case MSB will have to pay the early stop penalty.

Of course, each one of the paths, including Status Quo, has its own risks that should be considered in the decision making process/ alternatives' evaluation.

Classic decision making

In a case like the one under consideration, the MSB's Management would likely make the decision based on “guts feelings”, or, at best, use the Net Present Value (NPV) to compare alternatives.NPV is a very widely used evaluation technique which uses a number of assumptions, including a major one on the financial discount rate, to define a number, the NPV, which represents the amount of money one would have to put in the bank to obtain the same final result (gain or loss) than one's project, at the end of its life. NPV, by its own nature, underestimates anything that happens far away in the future ­to cover a large expense twenty years from now, one could invest a small amount and let it grow, so the NPV of that future expense is minuscule compared to expenses that will happen at the beginning of the project's life (Answers Corporation. 2009. http://www.answers.com/topic/net­present­value#Common_pitfalls) .

There is one additional major problem with NPV: in its classic implementation people insert yearly expenses, yearly income, and NO risks! Thus the alternative displaying the best NPV may turn out to be a ruinous one on real life!

Risk Based Decision Making: preparing the data for CDA/ESM

Before being able to evaluate alternatives with CDA/ESM, thus avoiding the NPV pitfalls (see above), we need to perform a hazard identification on the three alternatives, and evaluate the probability (likelihood) of occurrence of each hazard, together with the cost of consequence of an occurrence of that hazard, thus leading to a summarized risk evaluation.

The tables below summarize the data for each alternative. 

The column “Cost of consequence” defines, when needed, several magnitude scenarios. For example the first line of Alternative 1 displays the maintenance/replacement of the traditional burner: Scenario (1) depicts the “normal wear and tear” covered by the “normal maintenance” costs (which will be inserted in the analysis not as a single value, but as a average, min­max cost range), whereas scenario (2) depicts the possible need for full replacement (which will again be inserted as a min­max range and an average cost).In the “Likelihood” column, each scenario and cost of consequence will be paired with a probability/likelihood which will be determined quantitatively using for example the technique described in http://foboni.wordpress.com/2009/11/04/easy­way­to­defining­probability­of­a­fire­in­a­residential­area­of­vancouver/ 

Alternative 1: Status Quo

Element/Hazard Cost of consequence Likelihood

Burner to maintain/replace with standard one if need be

1)Yearly maintenance costs range2) Replacement cost

1) almost certain, yearly

2) depends on the present state

Furnace replacement Replacement costs Depends on the present state

Fuel costs variations Could go up:1) 50% (average, min­max)2) 100% (average, min­max)3) 300% (average, min­max)

Decreasing likelihoods:1) 2)3)

Penalties if variaton of volume to dispose

Based on contract Based on business volumes forecast

Escalation of price to dispose Use various scenarios Based on scenarios

Etc.

Running costs to be inserted in the analysis of Alternative 1 will of course be the “usual” cost of fuel, and “usual” cost of disposal.

In Alternatives 2,3, there will be no “usual” cost of fuel unless future legislation would forbid the use of waste oils completely (there are scenarios for legislative changes that would enforce the implementation of catalytic converters or pre­treatment of the waste oil).

Also, in alternative 2,3 the possible need to install an additional tank to allow feeding the system with an “emergency” fuel, in case the business would not be self­sufficient have been taken into consideration.

Alternative 2: Furnace and Burner Replacement

Element/Hazard Cost of consequence Likelihood

Furnace and Burner Implementation

Average, min­max estimates Certainty: it will be done if alternative is selected!

Penalty for stopping the disposal contract

See contract Certainty: it will be done if alternative is selected!

New burner maintenance 1)Yearly maintenance costs range2) Replacement cost

1) almost certain, yearly

2) extremely unlikely

Implementation of special fixture (additional outside tank) to cope with possible deficit of waste oil

Average, min­max estimatesincluding possible cost of the “emergency” fuel

Based on business volumes forecast

Overcosts in case future laws prohibit waste oil burning as foreseen today

Scenario:1) preliminary treatment2) need a catalytic converter3) requires switching to other fuel (NB: this is a catastrophic scenario, as it means reverting to a waste oil disposal through a company, buying fuel etc.)

Likelihood:will require discussion with local authorities to allow determination of likelihood

Furnace replacement Replacement costs Extremely low (new furnace)

Alternative 3: Burner Replacement (implemented in old furnace)

Element/Hazard Cost of consequence Likelihood

New burner implementation Average, min­max estimates Certainty: it will be done if alternative is selected!

Penalty for stopping the disposal contract

See contract Certainty: it will be done if alternative is selected!

New burner maintenance 1)Yearly maintenance costs range2) Replacement cost

1) almost certain, yearly

2) extremely unlikely

Implementation of special fixture (additional outside tank) to cope with possible deficit of waste oil

Average, min­max estimatesincluding possible cost of the “emergency” fuel

Based on business volumes forecast

Overcosts in case future laws prohibit waste oil burning as foreseen today

Scenario:1) preliminary treatment2) need a catalityc converter3) requires switching to other fuel (NB: this is a catastrophic scenario, as it means reverting to a 

Likelihood:will require discussion with local authorities to allow determination of likelihood

waste oil disposal through a company, buying fuel etc.)

Furnace replacement Replacement costs Depends on the present state

Etc.

CDA/ESM Analysis

Once all the data for the three alternatives are ready, the CDA­ESM application can be launched.The result will be a detailed year by year evaluation of the performances of each alternative, including their specific risks, leading to a sensible comparison thus enabling a rational and a sustainable Risk Based Decision Making.

Conclusions

The aim of this paper is to show how innovative evaluations techniques can be used by small and medium sized business to select among alternatives.Thanks to CDA­ESM the power of Risk Based Decision Making is now available to small and medium sized businesses. 

References

F. Oboni. 1999­2000. Risk/Crisis Management Systems Design, University of British ColumbiaF. Oboni. 2005. Do Risk Assessments Really Add Value To Projects?. CIM, OttawaF.   Oboni   and   C.   Oboni.   2007.   “Improving   Sustainability   through   Reasonable   Risk   and   Crisis Management”. ISBN 978­0­9784462­0­8F. Oboni and C. Oboni. 2008. Oboni, Risk and Decision Making. www.edumine.comC.  Oboni,  F.  Oboni,   2009,  Stop   Procrastinating!   NPV   is   Dead:  Use   Risk   as   a  Key  Decision Parameter, CLRA Meeting, Quebec City.

APPENDIXThis Appendix is based on recent research from one of the leading technical universities of Italy (Zecchinato, L., Utilizzo di olii vegetali a scopo energetico, Politecnico di Torino, Facoltà di Ingegneria Chimica, 3­2008). 

The research report states that “for the tests we have used a burner AR­CO BR5, a low pressure burner built to burn Naphta, Fuel, Vegetal Oils, or Wasted Oils (mineral or vegetal), pure or in mixes, as needed (www.arcobruciatori.it ). The burner works under the principle of low pressure and emulsioning, i.e. by mixing a part of the primary combustion air with the fuel. Thanks to this principle, with a good air­fuel mixing already in the compressor and with the spraying through a specially made nozzle, the burner produces very low emissions with any of the tested fuels, in compliance with the Italian and most emission codes.”

The figure below summarizes the reasearch results for combustion tests of Refined ­R­ or Unrefined 

Canola oil in a AR­CO BR5 burner, with various levels of pre­heating (55 0C, or 90 0C). In addition, the same plot depicts the results of tests performed on a modified AR­CO BR5, to cope with countepressures ranging from 0mb to 3.35mb, burning waste frying oil ­F­. Le prove sono state effettuate da noi e la contropressioni di 3.5 viene vinta anche dal non modificato BR5

It can be seen from the plots (CO, NOx expressed in ppm as a function of the excess air applied to each text) that the burner is perfectly capable of burning waste frying oils, with low emissions even with fairly high counter pressures common to modern furnaces.

0 0.5 1 1.5 2 2.520

53 5359

42 4035343629

64 6562 5652

36 3328

302 286

420332391

492

2117

1000810793781

966

678600 658713861912

1158

Canola OIl Combustion Tests (R=refined, F=Fried), AR­CO Burner BR5

For F tests, burner is modified to be used with counterpressures at marked values

CO55CO90CO90RF CO counterpressure=0F CO counterpressure=0.85­1.3F CO counterpressure=2.5­3.35NO x 55NO x 90NO x 90RNO x counterpressure=0NO x counterpressure=0.85­1.3NO x counterpressure=2.5­3.35

Excess Air Index

PP

M (

CO

, NO

x)