Переработка мусора в энергию принцип работы

Энергия из отходов. Как работает мусоросжигающий завод в Ганновере

13 декабря 2017 г. 11:50
Автор: Павел Храмов

Переработка мусора в энергию принцип работы

«Вслух.ру» удалось побывать на «мусорной электростанции» столицы Нижней Саксонии.

Тюмень постепенно переходит на новую систему обращения с твердыми коммунальными отходами (ТКО) – в регионе строятся мусоросортировочные заводы и мусороперегрузочные станции, которые позволят отделять пластик, бумагу и стекло от остальных отходов и захоранивать меньше мусора. Но существуют и другие системы обращения с ТКО, опыт использования которых России еще только предстоит освоить – например, сжигание и выработка из мусора энергии. Как работает такая «мусорная электростанция» в немецком Ганновере, увидел корреспондент «Вслух.ру».

Делегация Тюменской области из представителей «Тюменского экологического объединения» (именно эта компания по концессионному соглашению с правительством Тюменской области строит мусороперерабатывающие заводы в регионе), законодательной и исполнительной власти, экоактивистов и журналистов отправилась в Германию в минувший уик-энд , чтобы оценить немецкий опыт обращения с отходами. Поездка была организована Торгово-промышленной палатой региона совместно с Представительством федеральной земли Нижняя Саксония и Немецкой академией менеджмента Нижней Саксонии в рамках реализации Года экологии в России.

Сортировка мусора

Процесс сортировки мусора в Германии начинается еще на уровне домохозяйств – законопослушные немцы и дома выбрасывают отдельно стекло, бумагу, пластик и остальные отходы. К такому подходу стимулирует не только стремление беречь экологию и соблюдать предписания власти, но и финансовая выгода – за вывоз несортированного мусора приходится платить, и чем его больше, тем выше плата. А вот сдав пластиковую бутылку из-под воды в специальный автомат в супермаркете, можно вернуть обратно ее стоимость, заплатив, таким образом, только за воду.

Раздельно осуществляется и вывоз мусора. Остаточный мусор (то, что осталось после отделения бумаги, пластика и стекла) коммунальные службы 21 города так называемого «ганноверского региона» Нижней Саксонии привозят на завод EEW Energy from Waste («Энергия из мусора»). Мусор с региона радиусом в 70 км привозят напрямую на завод – без промежуточных мусороперегрузочных станций. Всего в Германии действует 62 завода, подобных ганноверскому.

Сжигание и переработка

Еще до попадания на завод отходы сортируются на мусор с высокой удельной теплотой сгорания (теплотворностью) и низкой. Отходы с низкой теплотворностью подвергаются биологической переработке методом брожения – таким образом из отходов можно получить компост.

Мусор с высокой теплотворностью перемешивается краном в специальном бункере, после чего отправляется в печь и сжигается при температуре 850°C. Захоранивать отходы в Германии законодательно запрещено.

Производительность

Ганноверский завод работает без перерывов и выходных. За год «мусорная электростанция» сжигает 280 тысяч тонн отходов(еще 100 тысяч тонн подвергаются биологической переработке) и вырабатывает 196 тысяч мегаватт электроэнергии. 10% этой энергии завод потребляет сам, а остального достаточно, чтобы на год обеспечить электричеством 57 тысяч домохозяйств.

Кроме того, при сжигании мусора помимо золы и дыма образуются шлаки, которые в дальнейшем используют вторично – например, в дорожном строительстве.

Экология

Сократить вред экологии до нуля при работе с отходами практически невозможно, однако EEW Energy from Waste к этому стремятся. Прежде чем отправиться в атмосферу, выделяющийся при сжигании мусора дым проходит через 3 этапа фильтрации, в результате чего вредные выбросы в воздух не превышают 10% от установленной федеральным законом нормы – а за уровнем выбросов в Германии следят круглосуточно.

Зола, оставшаяся после сжигания мусора, захоранивается. Заводу повезло – на его территории находятся уже не использующиеся угольные шахты, куда и отправляются зола. После заполнения шахты, территория консервируется, что помогает избежать попадания вредных веществ в почву или сточные воды.

Дальнейшие перспективы

EEW Energy from Waste в дальнейшем планирует стать комбинированным заводом, то есть, в Ганновере начнут вырабатывать из отходов не только электричество, но и тепловую энергию. Такие заводы в Германии существуют уже сейчас.

Опыт для России

По данным «Российской газеты», по приоритетному федеральному проекту «Чистая страна», до 2025 года в России планируют построить 5 мусоросжигающих заводов – 4 в Московской области и 1 в Татарстане. В Тюменской области о сжигании мусора пока речи не идет – для начала региону необходимо разобраться с проблемой сортировки мусора. Однако в будущем, возможно, передовой немецкий опыт окажется полезным и для нашей региона. Тем более, что Нижняя Саксония и Тюменская область – регионы-партнеры уже давно.

Электроэнергия из мусора

В подмосковном Воскресенске испытали новую установку по переработке отходов, которая позволяет превращать горы мусора в электроэнергию. Как утверждают разработчики, при ее работе вред экологии наносится минимальный.

Переработка мусора в энергию принцип работы
В подмосковном Воскресенске испытали новую установку по переработке отходов, которая позволяет превращать горы мусора в электроэнергию

Шесть лет в 16 американских лабораториях работали над уникальной технологией по переработке мусора. В результате установка, которая преобразует отходы в энергию, появилась в Подмосковье. Это стало принципиально новым словом в борьбе со свалками.

Перед переработкой мусор измельчается, после чего попадает в камеру, к которой полностью закрыт доступ кислорода. Благодаря этому при температуре 850 градусов по Цельсию отходы распадаются и преобразуются в газ. В следующей камере этот газ сжигается в окислителе, охлаждается и попадает в паровую турбину для выработки “зеленой” энергии.

“Более того, она [установка] в разных модификациях может устанавливаться для переработки промышленных отходов прямо на месте производства этих отходов. Например, большой деревообрабатывающий комбинат может поставить такую установку для переработки собственных отходов и получать энергию для своих же нужд”, – пояснил специалист.

Переработка мусора в энергию принцип работы
В подмосковном Воскресенске испытали новую установку по переработке отходов, которая позволяет превращать горы мусора в электроэнергию

В год можно получить 45 тысяч мегаватт чистой энергии, и этого достаточно для обеспечения электричеством 10 тысяч квартир. При этом вредные выбросы в атмосферу минимальны. “Здесь все происходит автоматически. Мы это делали для того, чтобы упростить работу человека. Для того, чтобы управлять этим заводом, достаточно двух-трех человек”, – отметил представитель разработчиков.

Важно, что новая технология не требует раздельного в привычном понимании сбора мусора. Установка одновременно перерабатывает бумагу и пластик, недоступны для преобразования в энергию только стекло, металл и камень. Их установка автоматически отсортировывает еще на начальном этапе переработки.

Разработчики говорят, что эта установка может быть мобильной, но изначально они не ставили перед собой такой цели. Главное – это то количество мусора, которая она может переработать. Сегодня это 320 тонн в сутки.

Переработка мусора в энергию принцип работы
В подмосковном Воскресенске испытали новую установку по переработке отходов, которая позволяет превращать горы мусора в электроэнергию

Новую технологию презентовали в России на базе машиностроительного завода в Воскресенске, там же собрали первую установку. В Воскресенске произвели и часть оборудования.

Первые “показательные выступления” уникальной машины прошли не на мусоре, а на опилках, так что окончательные выводы делать рано. Директор московского мусоросжигательного завода Александр Ланцев поделился впечатлениями от увиденного: “Прекрасно работает на опилках, которые имеют совершенно другой состав. Теперь посмотрим, как она будет работать на бытовых отходах, и определимся. Мы получим реальные результаты по выбросам дымовых газов и по результатам анализов сухого остатка, и тогда уже будем определяться, насколько она актуальна”.

В любом случае, после испытаний первая установка начнет работать в Московской области – в Чеховском районе.

Живая энергия: российский биореактор добывает электричество из мусора

Получение энергии от живых существ у многих вызывает примитивные ассоциации – с лошадью, везущей груз, или хомячком, крутящим через свое колесо небольшую динамо-машину. Кто-то еще вспомнит школьный опыт с воткнутыми в апельсин электродами, образующими эдакую «живую батарейку»… Однако гораздо эффективнее в этом плане труд куда более меньших наших «братьев» – бактерий!

Переработка мусора в энергию принцип работы

«Мусорная проблема» в масштабах планеты гораздо существеннее, чем может показаться обывателю, несмотря на то, что она не столь явная, как иные экологические ужасы, о которых любят рассказывать в разного рода «скандалах-сенсациях-расследованиях». 26 миллионов тонн в год – это только Москва и только бытовой мусор! И даже если мы будем все прилежно сортировать и затем перерабатывать, количество органических отходов от этого не уменьшится, поскольку они составляют около 70% всей производимой человечеством дряни. И чем более развита экономика страны – тем больше органических бытовых отходов. Никакой переработкой эту ужасающую массу не победить. А ведь помимо бытовых отходов, существуют огромные объемы отходов промышленных – сточные воды, отходы пищевых производств. В них тоже заметное количество органики.

Перспективное направление борьбы с органическими отходами, заваливающими планету – это микробиология. То, что не доедают люди – доедят микробы Сам принцип известен давным-давно. Однако сегодня проблема состоит в его эффективном использовании, над чем и продолжают работать ученые. «Скормить» микробам в банке недоеденный гамбургер – легко! Но этого мало. Нужна технология, которая позволит бактериям быстро и продуктивно перерабатывать тысячи и миллионы тонн мусора без лишних затрат, без дорогостоящих конструкций и катализаторов, своей стоимостью сводящих на нет итоговый коэффициент полезного действия этого процесса. Увы, большинство технологий, использующих бактерии для перерработки мусора сегодня, либо невыгодны, либо малопродуктивны, либо плохо поддаются масштабированию.

К примеру, одна из достаточно известных и хорошо отработанных технологий переработки отходов с помощью бактерий – это знакомый многим зарубежным фермерам метод выработки биогаза. Навоз скота перегнивает с использованием микробов, выделяющих при этом метан, который собирается в огромном мешке-пузыре. Система работает и производит газ, пригодный для отопления той же фермы через электроэнергию, порождаемую газотурбинным генератором, либо непосредственно при сжигании. Но такой комплекс чисто технологически нельзя масштабировать. Для фермы или поселка годится, для большого города – уже нет. Плюс в городских отходах, в отличие от навоза, много токсичных компонентов. Эти токсичные вещества точно так же оказываются в газовой фазе, как и полезный метан, и итоговый «микс» получается сильно загрязненным.

Впрочем, наука не стоит на месте – одна из перспективнейших технологий, которые сейчас интересуют ученых всего мира (включая, вероятно, и пресловутых британских) – это использование так называемых «электрообразующих бактерий», которые являются одними из лучших пожирателей отходов, попутно производя во время этого малоприятного с человеческой точки зрения процесса электричество. На поверхности мембраны клетки такой бактерии находится белок цитохром, на котором образуется электрический заряд. В процессе метаболизма бактерия «сбрасывает» электрон на поверхность своей клетки и порождает следующий – и так раз за разом. Микроорганизмы с такими свойствами (например, геобактер) известны достаточно давно, но практического применения их электрические способности не находили.

Переработка мусора в энергию принцип работы

Что же делают микробиологи? Об этом «Компьютерре» рассказал Андрей Шестаков, научный сотрудник кафедры микробиологии биологического факультета МГУ и руководитель лаборатории микробной биотехнологии:

“Мы берем электрод-анод, покрываем его поверхность клетками электрообразующих микроорганизмов, помещаем вместо водорода в питательную среду, которую нам нужно переработать (мусор, «раствор мусора» – для простоты обойдёмся без деталей), и во время метаболизма этих клеток мы от каждой из них будем получать электроны и протоны.

Далее же все, как в обычном топливном элементе – клетка отдает электрон и протон, протоны отправляются через протонообменную мембрану в катодную камеру ко второму электроду этой батареи, добавляя кислород из воздуха «на выхлопе» мы получаем воду, а электричество снимаем на внешнюю цепь. Это называется «Микробный Топливный Элемент», МТЭ, Microbial Fuel Cell.”

Переработка мусора в энергию принцип работыНе лишним будет вспомнить, как устроен и функционирует классический водородно-кислородный топливный элемент. Два электрода, анод и катод (допустим, угольные и покрытые катализатором – платиной), находятся в некой ёмкости, разделенной на две части протонообменной мембраной. На анод мы подаем водород из внешнего источника, который диссоциирует на платине и отдает электроны и протоны. Мембрана не пропускает электроны, но способна пропускать протоны, которые движутся к другому электроду – катоду. К катоду мы подаем также из внешнего источника кислород (или просто воздух), и на нем получаются отходы реакции – чистая вода. Электричество же снимается с катода и анода и используется по назначению. С различными вариациями такая конструкция используется и в электромобилях, и даже в портативных гаджетах для зарядки смартфонов вдали от розетки (такие, например, производит шведская фирма Powertrekk).

Переработка мусора в энергию принцип работыВ небольшой емкости в питательной среде находится анод с микробами. От катода его отделяет протонообменная мембрана, сделанная из нафиона – под таким фирменным названием этот материал производит компания BASF, не так давно известная всем своими аудиокассетами. Переработка мусора в энергию принцип работыВот оно – электричество, реально созданное живыми микробами! В лабораторном прототипе от него горит один-единственный светодиод через импульсный преобразователь, ибо светодиоду требуются для зажигания 2-3 вольта – меньше, чем выдает МТЭ. Переработка мусора в энергию принцип работыХотя к лаборатории микробной биотехнологии МГУ в глубоком подвале приходится довольно долго добираться пыльными и дикими коридорами, она вовсе не является вместилищем допотопного советского научного оборудования, как это происходит с подавляющей частью отечественной науки сегодня, а неплохо оснащена современной импортной техникой. Переработка мусора в энергию принцип работыПрототип биореакторной ячейки

Как и любой топливный или гальванический элемент, МТЭ выдает небольшое напряжение – около одного вольта. Ток же напрямую зависит от его габаритов – чем крупнее, тем выше. Поэтому в промышленных масштабах предполагаются достаточно крупногабаритные установки, соединенные последовательно в батареи.

По словам Шестакова, разработки в этой области начались около полувека назад:

«Микробные генераторы» начали всерьез изучать в НАСА в шестидесятые годы, не сколько как технологию получения энергии, сколько как эффективный принцип переработки отходов жизнедеятельности в замкнутом пространстве космического корабля (уже тогда, насколько это возможно, пытались оградить космос от мусора, беззастенчиво продолжая загаживать Землю…!) Но технология родилась и после этого фактически много лет пребывала в коматозном состоянии, мало кому нужная в реальности. Однако 4-5 лет назад она получила второе дыхание – поскольку в ней возникла существенная нужда в свете миллионов тонн мусора, заваливающих нашу планету, а также в свете развития разнообразных сопутствующих технологий, предположительно позволяющих сделать микробные топливные элементы не лабораторной экзотикой «настольного формата», а реальными индустриальными системами, позволяющими перерабатывать существенные объемы органических отходов.

Сегодня российские разработки в области МТЭ являются плодом совместных усилий биологического факультета МГУ и компании «М-Пауэр Ворлд» – резидента Сколково, получившей грант на такие исследования и отдавшей микробиологические разработки на аутсорс профильным специалистам, то есть – нам. Наша система уже функционирует и дает реальный ток – задача текущих исследований подобрать максимально эффективное сочетание бактерий и условия, в которых бы МТК можно было бы успешно масштабировать в промышленных условиях и начать применять в индустрии переработки и рециклинга мусора.”

О том, чтобы станции на МТЭ встали в один ряд с уже зарекомендовавшими себя традиционными источниками энергии, пока речи нет. Сейчас у ученых на первом месте стоит задача эффективно переработать биоотходы, а не получить энергию. Просто «так уж вышло», что именно электрообразующие бактерии и являются наиболее «прожорливыми», а значит – эффективными. И электричество, производимое ими в процессе работы – фактически побочный продукт. Его нужно забирать у бактерий и «сжигать», производя какую-то полезную работу для того, чтобы максимально интенсивно шел биопроцесс. По расчетам выходит, что его будет достаточно для того, чтобы мусороперерабатывающие заводы на основе микробных топливных элементов обходились без внешних источников энергии.

Впрочем, в лаборатории Шестакова ведут не только «мусорное» направление, но и другое – чисто энергетическое. Биогенератор несколько иного типа называется «биореакторная топливная ячейка» – он построен на других принципах, нежели МТЭ, но общая идеология получения тока от живых организмов, разумеется, сохраняется. И вот он уже направлен в первую очередь на производство энергии, как таковой.

Что интересно, если микробными топливными элементами, как средствами уничтожения мусора, сейчас в мире занимаются многие ученые, то топливными ячейками – только в России. Так что не удивляйтесь, если когда-нибудь провода от вашей домашней розетки будут вести не к привычным турбинам ГЭС, а к мусорному биореактору.

Альтернативная энергия из мусора

Переработка мусора в энергию принцип работы

Доклад А. А. Никулина в ходе семинара «Утилизация энергии из отходов – инновационные технологии» на XXIII Международном Экономическом Форуме в городе Крыница Здруй (Республика Польша).

В настоящее время в городах проживает более половины населения планеты. Для большинства стран Европейского Союза этот показатель составляет около 70%, и, по оценкам, к 2030 г. может достичь 80%. В России численность городского населения превышает 72%, а на Северо-западе страны, и в Центральном Федеральном округе достигает 90%.

Переработка мусора в энергию принцип работы

При этом современный город с его мощной социально-экономической и инженерно-технической инфраструктурой, как ведущий потребитель всех видов ресурсов для обеспечения своей жизнедеятельности и продуцент экологических проблем, становится главным виновником деградации окружающей среды.

Города дают 80% всех выбросов в атмосферу и 3/4 общего объёма загрязнений. Все города мира ежегодно производят до 3 млрд. т твёрдых отходов, (для сравнения – ежегодно в мире выплавляется около 1,5 млрд т стали, производится примерно 2 млрд т зерна). При этом загрязняющее воздействие больших городов и агломераций прослеживается на расстоянии 50-ти километров от них. Соответственно, они изменяют естественную среду, формируя антропогенный ландшафт обширных территорий.

Переработка мусора в энергию принцип работы

В этом смысле наше будущее зависит от того, сможем ли мы преобразовать города так, чтобы они стали центрами устойчивого развития и естественной частью экосистемы, а не ее антиподом. Этим определяется необходимость перехода на новые стандарты обеспечения развития городов, основанные на знаниях, инновационных экологически дружественных технологиях.

Методы решения

С середины прошлого века начались поиски мер по борьбе с антропогенным загрязнением среды, и поиску новых подходов к решению проблемы утилизации твёрдых бытовых отходов (ТБО).

Традиционный подход к проблеме ТБО ориентируется на уменьшение опасного влияния на окружающую среду путем изоляции свалок от грунтовых вод, очистки выбросов мусоросжигательного завода, перекрытия полигонов для извлечения свалочных газов и т. д. Однако не все из технологий, применяемых в рамках этого подхода – экологически дружелюбны.

Нетрадиционный взгляд на проблему, состоит в том, что гораздо проще контролировать то, что попадает на свалку, чем то, что попадает со свалки в окружающую среду. Основа подхода состоит в том, что бытовые отходы должны утилизироваться наиболее экономически и экологически приемлемыми способами. Фактически речь идёт об управлении отходами.

Система управления отходами выстраивается в развитых странах уже более 40 лет. В России этот процесс, можно сказать, только начинается. Актуальность проблемы и угрозы, которые она может вызвать, предопределяют необходимость выработки мер её решения, поиска и применения перспективных подходов для построения системы комплексного использования этого ресурса.

Комплексное управление отходами (Integrated Waste Management) начинается именно с изменения взгляда на то, чем являются бытовые отходы. При этом отходы уже рассматриваются фактически как составная часть ресурсной базы экономики. Особенно важно, что в рамках комплексного управления отходами предполагается, что населённый пункт, район или область выбирают подходы к решению проблемы использования ТБО в зависимости от своих специфических условий, финансовых и других ресурсов.

Однако при определении целей программы по утилизации твёрдых бытовых отходов и планировании стратегии целесообразно иметь представление об определённой иерархии комплексного управления отходами. Такая иерархия заложена в рамочную Директиву ЕС № 1993/13, в соответствии с которой:

  • во-первых, должно предотвращаться образование отходов;
  • во-вторых, они, по возможности, должны использоваться вторично;
  • в-третьих, если повторное использование невозможно, необходим их рециклинг;
  • далее отходы должны использоваться для рекуперации энергии;
  • и только в-пятых, если все указанные действия невозможны, отходы отправляются на захоронение.

Следует отметить, что этот подход позволил ЕС достаточно быстро реструктурировать систему управления отходами.

Переработка мусора в энергию принцип работыПризнанный лидер обращения с ними – Швеция. В стране сейчас 98,6% отходов поступают в переработку и на производство электроэнергии. В настоящее время в Швеции функционирует 31 завод по переработке отходов в тепловую и электроэнергию и 57 предприятий по рециклингу ТБО. За счёт комплексного управления отходами, поступление мусора на полигоны за 15 лет снизилось до 1,4%. Объем энергии, полученной из отходов, вырос до 48,4%. Попавшие на полигоны отходы – это, зола, полученная после пережигания мусора, переработанного в тепло и электричество.

Аналогичная система управления отходами могла бы быть запущена и в России. Российский потенциал ТБО, по расчетам специалистов, это около 60 млн т в год. Только в московском регионе захоранивается около 6 млн т. Однако подобная схема пока слишком сложна в реализации. Во-первых, в стране недостаточно проработана законодательная база и недостаточна мотивация, во-вторых, недостаточно финансирование (хотя ситуация и выправляется в том числе и за счет привлечения частного капитала), в-третьих – для создания системы раздельного сбора мусора необходимо желание граждан сортировать его.

Кстати, психологическая составляющая в этом вопросе весьма важна. Даже в «благополучной» Европе этот процесс шел долго и не безболезненно. В ЕС существует несколько схем раздельного сбора мусора: от сложных, до упрощённых. Причем не все и не везде работают эффективно. Как бы то ни было сортировка мусора крайне неудобна для граждан. Грубо говоря, если существует около 50 видов отходов, в идеальном случае нам необходимо будет 50 контейнеров, в которые горожанам придется раскладывать мусор. То есть им придется посвятить этому не совсем приятному занятию значительную часть своего времени, причём свободного времени. Согласитесь, не каждый готов пойти на такие жертвы. Переработка мусора в энергию принцип работы

Конечно, в нынешних условиях лучше хоть как-то сортировать ТБО, чем сбрасывать их в одну кучу. Но многие эксперты в области экологии и управления отходами всё чаще отдают приоритет новым технологиям, позволяющим использовать всю массу мусора. Именно не утилизировать, а использовать этот ресурс, в том числе и в энергетических целях.

При этом процесс реализации этого направления идет в рамках современных тенденций развития мировой экономики, предопределяемых переходом постиндустриальных государств в новый технологический уклад. По сути именно уровень технологического развития будет предопределять состояние и конкурентоспособность экономики отдельных стран в будущем.

Следует отметить, что, несмотря на явное отставание в области построения системы комплексного управления отходами, Россия имеет положительные наработки в сфере создания инновационных технологий их использования в энергетических целях. Здесь хотелось бы привести буквально два примера.

Это новая и перспективная технология плазменной переработки ТБО. Процесс преобразования твердых бытовых отходов (ТБО) в энергию и полезные побочные продукты, может быть разбит на четыре подсистемы: погрузочно-разгрузочные, тепловой трансформации или плазменной газификации, очистки газов и пара и производства электроэнергии и продуктов переработки. Этот процесс выгодно отличается от высокотемпературного сжигания отходов, поскольку в плазматроне органические материалы не горят, т. к. не хватает кислорода, а превращаются в газ, состоящий главным образом из окиси углерода, водорода и азота. Этот газ участвует в реакции, и может быть использован в самых различных процессах, в том числе и при производстве электороэнергии.

Переработка мусора в энергию принцип работы

Высокая температура превращает неорганическое сырье (почва, металлы, стекло, и т. д. ) в остеклованный шлак из которого отделяется металлическая фракция. Таким образом, отходы полностью превращаются в газ, расплав металлов и остеклованный шлак. Последний (менее 1% от первоначального объема мусора) является единственным потенциальным материалом, который требует захоронения.

Другая российская установка переработки несортированного мусора в энергетических целях основана на технологии гидросепарации и получения различных компонентов: металл, пластик, неорганические остатки и органика. Из органических остатков получают биогаз, используемый для выработки электроэнергии, которая не только обеспечивает собственные энергопотребности установки, но около 50% её может продаваться. Важно, что по данной технологии перерабатывается 80–85% мусора. Конструкция установки модульная, начиная от 300 т мусора в день, можно наращивать производительность до 2000 т в сутки и более.

Переработка мусора в энергию принцип работы

К сожалению, эти и другие технологии в большинстве своем носят экспериментальный характер. Коммерциализация подобных проектов идет с большим трудом, причем не только в России. Практически все системы переработки ТБО в энергетических целях требуют значительных капитальных затрат и дотаций. Что касается российских реалий, то следует отметить и такой фактор, как ресурсная самообеспеченность страны.

Вместе с тем, в заключение хотелось бы отметить, что по мере развития технологий, возможности использования мусора как альтернативного источника энергии, в практическом плане вполне реальны, а в экономическом – рано или поздно станут конкурентоспособными. Главное, что ресурсная база – неисчерпаема – появление отходов обусловлено процессами урбанизации и будущим развитием человечества. Таким образом, можно сказать, что наличие и доступность этого ресурса не зависит от географии, климата, конъюнктуры мировых энергетических рынков или колебаний курса доллара, в отличие от нефти и газа.

Энергию можно добывать из мусора

Новости науки и техники

Проблема мусора в городах Украины по-прежнему остра. Мы пока не умеем в полной мере использовать огромную энергию, которую содержат продукты жизнедеятельности человека, — ТБО и пищевые отходы. Но некоторые страны успешно решили эту проблему.

Переработка мусора в энергию принцип работыНапример, Швеция не только употребляет в дело 99% своих отходов, но ещё и ввозит ТБО из других стран — Бельгии, Германии, Болгарии, Румынии. Она ежегодно импортирует 800 тыс. тонн мусора, который поступает на перерабатывающие предприятия страны, причём 225 тыс. тонн забирает для своих нужд Стокгольм. Шведы считают весьма целесообразным переработку мусора.

В этой скандинавской стране создали специальные программы, которые позволяют добывать энергию из мусора, экономя нефть, газ и электричество.

Чем порадует Украина?

Что касается Украины, то 95% мусорных отбросов прямиком идёт на свалки. По объёму промышленных и бытовых отходов на душу населения Украина первая в Европе. Ежегодно один только Киев производит более 1200 тонн такого «добра». Сколько денег можно было бы использовать на благоустройство города, будь у него государственные программы, подобные шведским.

Например, издание «Великая Эпоха» разработало карту, на которой отмечены мусорные свалки в Киеве и Киевской области:

Эти свалки растут из года в год.

Но есть надежда: намечено строительство завода по переработке мусора под Киевом. Он освободит от всяких отходов и город, и окрестности. Это самый современный и самый крупный проект в Украине. На него пойдёт 40 миллионов евро. Продуктом на выходе будет альтернативное топливо, которое предназначено для использования в твёрдотопливных котлах. Кроме того, как сообщила пресс-служба Киевской обладминистрации, в октябре открылся биогазовый завод мощностью 2,25 МВт на территории ОАО «Рокитнянского сахарного завода», который перерабатывает органические отходы в биогаз.

Киев постепенно стал очищаться от хлама и, не ожидая, пока завод по его переработке вступит в строй. Большое количество пунктов приёма разного рода отходов размещено на территории города (см. карту ниже). Но этого недостаточно, чтобы город стал образцово чистым.

Что нужно сделать, чтобы Украина и каждый город в ней сверкали чистотой?

  • Для начала нужна просветительская работа. Многие люди не задумываются над тем, куда идёт мусор из их баков во дворе.
  • Поощрять жителей многоэтажных домов и частного сектора собирать мусор по раздельным контейнерам (коробкам, вёдрам), чтобы потом он целенаправленно шёл по назначению.
  • Создать или купить технологию по переработке мусора.
  • Объединить усилия экологов, правительства и активистов из населения, чтобы глобально решить задачу по переработке мусора.
  • Поощрять любые идеи и проекты, направленные на уменьшение мусора в городе.
  • Производить меньше отходов. Качественный товар дольше служит, значит, реже оказывается на свалке.

Как в Швеции относятся к мусорным отходам

Переработка мусора в энергию принцип работы

1. Домохозяйства в Швеции разделяют бытовые отходы — стекло, металл, бумагу, лампочки, аэрозольные баллончики, батарейки, пластик, электрические приборы. Всё это хранят дома в специальных контейнерах, а когда соберётся достаточное количество, вывозят на пункты утилизации. Как правило, станции по переработке мусора находятся не далее трёхсот метров от жилого массива. Шведы стараются поощрять именно переработку, а не захоронение.

Помимо того, специальные автомашины собирают по городу электронику, опасные отходы и химические вещества. Фармацевты принимают оставшиеся дома неиспользованные лекарства. Мебельщики собирают старые шкафы, диваны и прочее и отвозят на переработку в пункты приёма на окраине города.

2. Пищевые отходы по мере накопления в семьях также вывозятся в специальные места для переработки или компостирования. Местные муниципалитеты поощряют потребителей так поступать, они считают: повторное использование материалов означает, что энергии на создание нового продукта из полученного сырья пойдёт меньше. К тому же, из отходов пищи получают биогаз, на котором ездят автомобили для сбора мусора.

Переработка мусора в энергию принцип работы3. Шведы разработали эффективную и прибыльную технологию, по которой из отходов получается электроэнергия. Именно поэтому скандинавы импортируют 700—800 тысяч тонн мусора из соседних европейских стран. После окончательной переработки остаётся лишь 1% непригодных веществ, которые отправляют на свалку, всё остальное идёт в дело на разных этапах технологического процесса.

4. Мусоросжигательные заводы имеют высокую степень очистки: 99,9% дыма состоит из двуокиси углерода и воды — совершенно безвредных для человека. Но даже этот дым пропускают через сухой фильтр и воду для большей безопасности. Кстати, сточные воды в Швеции очищаются настолько, что их можно пить.

5. Правительство Швеции готовит программы по стимуляции производителей, чтобы те создавали качественные товары, которые долго служили бы человеку. Тогда отработанные вещи не так часто будут отправлять на свалку.

Переработка мусора в энергию принцип работыСоответствующие службы рассматривают предложения о снижении налогов тем фирмам, которые будут обеспечивать текущий ремонт своих товаров.

Они также прорабатывают задачу по уменьшению использования токсичных веществ на разных производствах с тем, чтобы после употребления человеку не понадобилось бы потом долгосрочное и дорогое лечение.

6. Шведы также используют систему штрафов: если человек выбрасывает вместе с пищевыми отходами металлический лом, пластиковые бутылки и проч., то есть, мусор не разделяет, то его штрафуют.

Швеция: переработка 99% отходов

Швеция достигла высокого уровня в переработке мусорных отходов потому, что успешно сотрудничают между собой:

  • парламент, издающий соответствующие законы;
  • наука, разрабатывающая эффективные технологии по переработке мусора;
  • предприятия, производящие качественные товары, а также производства, старающиеся использовать меньше токсичных веществ, которые потом оборачиваются для людей долгосрочным лечением;
  • жители, для которых забота о своей стране является первейшим делом и которые прикладывают усилия для реализации программ энергосбережения.

Переработка мусора в энергию принцип работыШвеция — единственная страна, которая полностью смогла избавиться от мусора. Многие государства Европы, а также США перенимают шведский опыт по использованию твёрдых бытовых отходов, ТБО, но ещё не достигли такой высокой степени переработки.

В Украине тоже предпринимаются шаги в том направлении, но недостаточное сознание народа и нежелание чиновников госслужб вникать в эти «второстепенные» проблемы не приводят пока к эффективным результатам.

Однако есть много волонтёров в сфере экологии, которые взялись решать эту проблему, и у них получается. Как говориться, лиха беда начало.

Издание «Великая Эпоха» также написало серию статей о том, как можно решить проблему утилизации мусора: «Как прожить 104 дня без полиэтиленовой упаковки», «Есть ли альтернатива пластиковым пакетам для мусора?», «Зачем сортировать мусор: путь трёх пластиковых бутылок» и др. Разработаны специальная карта, куда сдать разные виды отходов, и карта мусорных свалок.

Поделитесь этой статьёй, чтобы вдохновить раздельный сбор мусора среди ваших друзей.

Использование тепловой и электрической энергии мусоросжигающих заводов в энергобалансе региона

Рубрика:

Возобновляемые источники энергии Электрической энергии, Возобновляемые источники энергии Тепловой энергии, Экономия топлива При производстве тепловой энергии, Экономия топлива При производстве электрической энергии.

Классификация технологии:

Организационный.

Статус рассмотрения проекта Координационным Советом:

Не рассматривался.

Объекты внедрения:

Прочее.

Эффект от внедрения:

– для объекта снижение зависимости от традиционных видов топлива, уменьшение затрат на топливо (при сжигании одной тонны отходов можно получить 1300‑1700 кВтч тепловой энергии или 300‑550 кВтч электроэнергии);
– для муниципального образования снижение зависимости от традиционных видов топлива, уменьшение тарифов для потребителей.

Общие положения. Предпосылки использования ТБО в качестве топлива

В настоящее время в мире накопилось и продолжает накапливаться огромное количество отходов жизнедеятельности человека. Эти отходы, а их насчитывается миллиарды тонн, отравляют воздух, землю и воды. Постепенно к людям приходит понимание того, что необходимо принимать активные меры по утилизации этих отходов. В развитых странах стремятся решать экологические проблемы в комплексе, как путем усовершенствования производственных технологий, сбора и переработки вторичных ресурсов, так и путем разработки новых технологий утилизации отходов.

Что касается Москвы, то здесь ежегодно образуется порядка 3,6 млн.тонн отходов (из расчета 300 кг/г отходов на 1 человека и 12 млн. человек, проживающих в Москве), согласно Постановлению Правительства Москвы № 219–ПП от 28.03.06 эта цифра составляет 22 млн. тонн отходов. По данным того же документа средний прирост объемов образования городских отходов на протяжении 10 -15 лет устойчиво составляет 3-4% в год. При таких темпах общий объем отходов производства и потребления к 2010 году превысит 25 млн. тонн, по сведениям того же Постановления (или 4 млн.тонн по расчетам автора). Правительством Москвы проводится планомерное создание системы промышленной переработки отходов производства и потребления. В городе ежегодно вводится в эксплуатацию в среднем по 2 объекта санитарной очистки. Динамика развития инфраструктуры санитарной очистки города за период 2000 – 2005 годов представлена в таблице 2.

Таблица 1. Динамика развития инфраструктуры санитарной очистки города за период 2000-2005 гг.

  • Мусоросжигающий завод (МСЗ) N 2, СВАО;
  • Организована централизованная система сбора и переработки люминесцентных (ртутных) ламп
  • цех переработки шлака МСЗ N 2;
  • вновь открыт полигон “Икша”
  • отделение сортировки в “Котляково”;
  • цех переработки изношенных автопокрышек

В настоящее время для обеспечения санитарной очистки территории города от отходов производства и потребления из-за дефицита мощностей по их промышленной переработке требуется вывоз значительной части отходов для захоронения на полигонах, расположенных в Московской области. При этом, по данным природоохранных органов Московской области, эксплуатационный ресурс существующих полигонов ограничен 5 -7 годами (в Южном секторе Московской области – 2-3 годами).

В сложившейся ситуации надежность системы санитарной очистки города Москвы на долгосрочную перспективу может быть обеспечена в основном за счет увеличения доли промышленной переработки отходов и снижения объема отходов, подлежащих вывозу и захоронению.

Несколько факторов в пользу строительства мусоросжигающих заводов (МСЗ) по сравнению с другими способами утилизации мусора:

1. Экономия на ГСМ из-за уменьшения допустимого радиуса строительства объекта (строится в черте города в радиусе 10 км). В то время, как для полигонов захоронения отходов радиус транспортировки от городского комплекса составляет ок.30 км. Согласно положениям Концепции обращения с ТБО в РФ 22 декабря 1999 г. N 17, «в связи с ростом городского населения все большее значение приобретает проблема вывоза отходов на дальнее расстояние». Среднее по России расстояние вывоза ТБО составляет 20 км, в крупных городах с населением более 500 тыс. жителей оно возрастает до 45 км и более. По данным обследования 100 городов РФ (без Москвы и Санкт-Петербурга), около 45% всех ТБО транспортируются на расстояние 10 – 15 км, 40% – на 15 – 20 км, а 15% всех отходов – на более чем 20 км. Как показывают статистические данные, дальность вывоза ТБО ежегодно возрастает в среднем на 1,5 км, а себестоимость их транспортировки соответственно на 15 – 20%.»

2. При сжигании одной тонны отходов можно получить 1300‑1700 кВт.ч тепловой энергии или 300‑550 кВт.ч электроэнергии.

3. Существует возможность реализации получаемого в процессе сжигания ТБО шлака и золы и получения дополнительного дохода.

4. На всех мусоросжигательных заводах обеспечивается утилизация тепла и извлечение черного металлолома.

Однако существуют и несколько факторов против мусоросжигания как одного из способов утилизации ТБО.

1. Главный недостаток мусоросжигательных заводов – трудность очистки выходящих в атмосферу газов от вредных примесей, особенно от диоксинов и оксидов азота. На мусоросжигательных заводах используется одноступенчатая схема очистки газов, что не позволяет реализовать их полную очистку и может вызвать загрязнение воздушного бассейна. В настоящее время разрабатываются технологии более глубокой очистки газов.

В процессе сгорания ТБО на мусоросжигательном заводе наряду с дымовыми газами образуются еще два вида отходов: шлак и зола. Важной задачей при эксплуатации мусоросжигательных заводов является утилизация или захоронение токсичных золы и шлака, масса которых составляет до 30% сухой массы ТБО. Проблема утилизации золы и шлака в настоящее время решена и находится в стадии внедрения. Применяя даже 99-процентную фильтрацию газообразных продуктов сжигания, в воздух все равно попадает часть выбросов, которая при длительной работе будет приводить к накоплению канцерогенов. Кроме того, при сжигании различных видов мусора образуются вещества, которые, вступая друг с другом в реакцию, могут образовать опасные химические соединения.

2. Высокие капиталовложения. Строительство завода может обойтись в 140 — 150 млн евро (1000 долл/ тонну), а тариф принятия ТБО или, другими словами, стоимость услуги по сжиганию мусора составляет 100 евро за кубометр, согласно оценкам зарубежных производителей. Для сравнения: сейчас на мусоропереработку кубометра тратится 2 евро. Отсюда значительное увеличение бюджетных потоков города на утилизацию ТБО. Дотации из бюджета г.Москвы в год составляют около 300 млн. руб. по г. Москве и 319,2 млн руб по Санкт-Петербургу, что не сопоставимо мало в сравнении с общей суммой капиталовложений.

3. Обеспечение гарантированной поставки сырья. По мнению специалистов, объемы сжигания мусора на таком заводе большие, и, чтобы не допускать убыточности подобного проекта, руководству города необходимо поддерживать определенный установленный ввоз мусора на завод.

4. Для наилучшей работы мусоросжигающего завода необходимо соблюдать определенную морфологию, т.е. состав сжигаемых отходов.

Одним из путей решения множества трудностей, связанных со строительством МЗС является комбинирование такого завода с энергетическим оборудованием для получения различных энергоносителей на ТЭЦ.

Использование комбинирования МСЗ и ТЭЦ.

На сегодняшний день термической переработке подвергается около 15% ТБО жилого сектора г. Москвы. Около 1 млн. тонн ТБО (27%) поступает на городские мусороперегрузочные и мусоросортировочные станции, где ТБО подвергаются переработке: прессованию, брикетированию и сортировке (“Котляково”). Прямой вывоз на полигоны Московской области составляет 40%, общий вывоз – порядка 62%. Информация об утилизации ТБО представлена на рис. 1.

Переработка мусора в энергию принцип работы

За счет ввода в эксплуатацию строящихся заводов N1 и N3 мощность по термической переработке ТБО к 2008 году должна возрасти до 50% от суммарного объема мусора.

По мнению мэра Москвы Юрия Лужкова, в каждом административном округе столицы необходимо построить мусороперерабатывающие предприятия. «Проблема вывоза мусора на полигоны резко усложнилась. Во всех префектурах должны быть созданы площадки для переработки мусора, в первую очередь для его сжигания», – заявил Ю.М. Лужков на заседании правительства Москвы 12.06.07. По его словам, ближайшее Подмосковье уже не может принимать вывозимый из столицы мусор. С июня 2007 года московский мусор будет утилизовывать завод по промышленной переработке на юге столицы. «Мы модернизируем и вводим в эксплуатацию мусоросжигающие и мусороперерабатывающие заводы. Так, в июне этого года в Южном административном округе введем современный завод по промышленной переработке мусора», – сказал первый заместитель мэра Москвы, руководитель комплекса городского хозяйства Петр Аксенов. «Мы будем делать все, чтобы в Москве была налажена нормальная цивилизованная промышленная переработка мусора».

Во всех развитых странах мира уже давно практикуется использование ТБО и промышленных по типу бытовых в качестве достаточно калорийного топлива при низшей рабочей теплоте сгорания (Q р н) от 5,2 до 16,5 МДж/кг. В результате экологически чистого сжигания такого топлива обязательно используется вырабатываемая энергия. В России ежегодно используется в качестве топлива менее 1% ТБО (из 40 млн.тонн бытовых отходов), что ничтожно мало по сравнению со Швейцарией (80 %), Данией (80%), Японией (85%), Францией (65%), Германией (60%) и некоторыми другими странами.

Опыт освоения отечественных теплоэлектростанций, работающих на ТБО (т.е. с выработкой электроэнергии), ограничивается пока двумя предприятиями ГУП «Экотехпром» г.Москвы: ТЭС, использующая альтернативный вид топлива в Алтуфьеве (МСЗ № 2) и МСЗ № 4, входящий в комплекс по обезвреживанию и переработки твердых бытовых и биологических отходов в Руднево.

С жигание мусора не решает проблему электро- и теплоснабжения – теплота сгорания городского мусора в несколько раз ниже, чем угля, общее количество тепла, которое можно получить, в разы меньше потребности города – источника этого мусора, а стоимость тепла, с учетом затрат на транспорт и охрану окружающей среды, выше чем местного угля или газа.

Табл.2 Теплота сгорания различного вида топлива

В качестве доказательства вышесказанному, приведем расчет возможного эффекта в виде количества сэкономленного органического топлива от сжигания ТБО.

Учитывая, что количество отходов производства и потребления, приходящееся в год на одного жителя Москвы, составляет примерно 300 кг/чел.год, рассмотрим несколько вариантов расчета: с низшей теплотой сгорания ТБО Q р н ТБО = 7,5МДж/кг и Q р н ТБО = 8,4 МДж/кг, в зависимости от способа утилизации отходов. Полученные результаты приведем в таблице:

Таблица. 3. Экономия органического топлива при сжигании ТБО, приходящаяся на одного жителя города Москвы.

Кол-во жителей г.Москвы, млн. чел.

Кол-во отходов на 1 человека в г. Москве, кг/чел.год

Расход топлива на 1 человека на отопление, вентиляцию, ГВС, (Москва) кг у.т./год

Низшая теплота сгорания ТБО, (Ккал/кг)

Теплота сгорания условного топлива, Ккал/кг у.т.

Низшая теплотворная способность природного газа, ккал/нм3

Тепло от сжигания ТБО, приходящееся на одного жителя, ГДж/чел.год

Экономия условного топлива в год на 1 человека, кг у.т./чел.год:

Процент тепла от ТБО в потребном количестве на отопление, вентиляцию, ГВС на 1 чел.

Кол-во тепла в год от сжигания ТБО, т.у.т./г

Кол-во энергии, кот. м.б. использовано внешними потребителями, ту.т./г

Экономия природного газа, млн.нм3/г

Из таблицы видно, что в относительном выражении около 5 % объема условного топлива, необходимого для жизнеобеспечения жителя г.Москвы, можно сэкономить при термической переработки ТБО. Если перевести относительные показатели в абсолютные значения, то, принимая в расчетах, что Q р н ГАЗА = 8200 ккал/нм 3 , получатся следующие результаты:

Можно предположить, что примерно 50 -70 % энергии, вырабатываемой на московских МСЗ, может быть использовано внешними потребителями, главным образом, в системах теплофикации и централизованного теплоснабжения города, а также для электроснабжения отдельных предприятий.

Однако, для обеспечения заметной роли ТБО в топливно-энергетическом балансе регионов России, необходимо включение технологии переработки ТБО в общую схему теплоснабжения района. Российские особенности утилизации мусора – это так называемый нераздельный сбор мусора, когда весь мусор сваливается в один контейнер, т.к. коммунальным службам пока не удается организовать сортировку ТБО на стадии сбора. Сортировочные и мусоросжигающие предприятия могут быть хоть как-то рентабельны только при крупных объемах переработки мусора, потому-то они работают в г. Москве, Питере и Екатеринбурге.

Зарубежный опыт термической переработки отходов.

Информация об утилизации ТБО в странах Западной Европы, США и Японии, а также данные о количестве отходов, используемых в качестве топлива по ряду стран в 2001г. представлена в таблице 3.

Таблица 4 Утилизация отходов в странах Западной Европы

Кол–во сжигаем. отходов, тыс.т/год

Переработка мусора в энергию принцип работы

Рис. 2 Доля термической переработки отходов от размера общей суммы утилизации ТБО

Из таблицы и графика видно, что доля промышленной переработки в среднем составляет 40-50% (!). Наибольших успехов в термическом обезвреживании отходов с использованием их для выработки электрической и тепловой энергии добились наименьшие по территории развитые страны, так как здесь резко ограничены возможности для размещения полигонов по захоронению отходов. Это такие страны, как Дания, Бельгия, Нидерланды, Швейцария.

Технологические процессы комбинирования МСЗ и энергетического оборудования.

Возможно несколько вариантов схем комбинирования МСЗ и энергетического оборудования для получения различных энергоносителей. Мусоросжигательные заводы сооружаются как утилизационные котельные (УК), так и ТЭЦ (УТЭЦ):

1. Котельная и МСЗ; конечным продуктом является тепловая энергия.

2. ТЭЦ со сжиганием ТБО; конечным продуктом является тепловая и электрическая энергия (или только электроэнергия)

2.1. ТЭЦ, сжигающие ТБО на базе ПГУ;

2.2. ТЭЦ, сжигающие ТБО на базе ГТУ;

2.2. ТЭЦ на базе ПГУ, сжигающие совместно с ископаемым топливом ТБО (или топливо из ТБО);

УК оснащаются паровыми котлами-утилизаторами с параметрами пара, как правило, давлением 1,4-2,4 МПа температурой до 250 – 300 0 С, при слоевом сжигании топлива на специальных решетках различных систем (в том числе «кипящего» слоя), но с глубокой шнуровкой слоя горящих отходов. Иногда котлы-утилизаторы применяются водогрейные.

УТЭЦ оснащены турбогенераторами с турбинами различного назначения:

– теплофикационными для выработки электроэнергии с отбором пара низкого давления и тепла как для собственных нужд МСЗ, так и отдачи внешним потребителям через электрические и тепловые сети городов;

– производственными с отборами пара повышенного давления, обеспечивающие технологические и коммунальные нужды предприятий,

– а также чисто конденсационными, вырабатывающими только э/энергию.

Для наибольшей наглядности особенности реализации каждой из схем комбинирования, приведем российский и зарубежный опыт применения описанных технологий, а также перспективные разработки в данной области.

1. Котельная и МСЗ, конечным продуктом является тепловая энергия.

Санкт- Петербург. В Санкт-Петербурге предполагается строительство пилотной установки для сжигания твердых горючих отходов производительностью 75 -100 тыс. м 3 в год. Технология разработана Институтом химической физики РАН. Процесс сжигания предполагается осуществлять в две стадии. На первой стадии твердые отходы превращаются в газообразный горючий продукт-газ, а на второй – полученный газ сжигается в паровом или водогрейном котле. Суммарный коэффициент тепловой мощности составляет примерно 95%. Таким образом, при работе мини-ТЭЦ на отходах можно обеспечить горячей водой и отоплением несколько больших домов. Исходя из этого, располагать установку наиболее рационально следует в том районе города, где есть проблемы с транспортировкой отходов, и имеется потребность в дополнительной тепловой энергии. Один из вариантов – использование установки в порядке модернизации старых угольных ТЭЦ. Перед тем как отходы будут подвергаться сжиганию, они пройдут первичную сортировку и измельчение до требуемых линейных размеров кусков – в пределах 20 на 20 см.

Предлагаемая технология обеспечивает допустимый уровень образования диоксинов. Максимальная температура (1000-1200 градусов) и время горения в зоне газификации гарантируют уничтожение диоксинов. После первой стадии сжигания нет выбросов в атмосферу, так как весь продукт-газ идет в горелку на выработку тепла. Низкие линейные скорости газового потока в реакторе и его фильтрация через слой исходного перерабатываемого материала обеспечивают крайне низкий вынос пылевых частиц с продукт-газом. В результате появляется возможность значительно сократить капитальные затраты на газоочистное и энергетическое оборудование. Таким образом, сжигание в две стадии позволяют резко уменьшить образование диоксинов и обеспечить допустимые нормы.

Что касается образующейся золы, то предлагается технология, позволяющую перерабатывать золу в химически нейтральный, механически достаточно стойкий продукт, который можно использовать даже при строительстве без всяких опасений. Из золы получаются керамические шарики, в которых имеется тройная физико-химическая защита поступления тяжелых металлов в окружающую среду. Степень вымываемости тяжелых металлов из таких шариков в тысячи раз меньше, чем из самой золы. Это переводит золу в безопасное состояние, т.к. простое замешивание в цемент означает просто отсрочку негативных последствий, поскольку цементные блоки недолговечны.

Заводы по термическому обезвреживанию ТБО еще с 1970-х г. Работали и в других городах России (Владивосток, Мурманск, Сочи, Пятигорск и в странах СНГ и др.). Это были предприятия первого поколения, в настоящее время они подлежать реконструкции. Представляется, что реконструкция существующих МСЗ и их превращение в УТЭЦ при эксплуатации предприятий квалифицированными энергетиками позволит и эти заводы довести до уровня зарубежных.

2. ТЭЦ на базе ПГУ, сжигающие совместно с ископаемым топливом ТБО (или топливо из ТБО).

США. По данным доклада JSWA, в США функционируют 102 предприятия, вырабатывающих энергию на базе термического обезвреживания ТБО. Более 30 млн.т. в год используется для генерирования энергии. Этой энергии достаточно, чтобы обеспечить ею 2,4 млн. жилых домов.

Известно, что топливо из отходов в США (т.н. Refusederived fuel – сокращенно RDF) применяется с 1974 г. Предварительная подготовка RDF заключается в отборе из ТБО металла и стекла, после чего отходы подвергаются измельчению, аэросепарации, где легкие фракции (

85% от массы ТБО) потоком воздуха относятся в специальный бункер, в котором скапливается топливо из отходов. RDF обладает теплотой сгорания в среднем 16,5 МДж/кг на сухую массу при средней зольности

28 %. В качестве примера рассмотрим электростанцию в Сент-Луисе, где сжигается смесь из 85% углей с теплотой сгорания на рабочую массу 23 МДж/кг и 15 % RDF с теплотой сгорания на рабочую массу 13,9 МДж/кг. RDF содержит меньше серы, чем уголь. Из 170 тыс.т/г ТБО в Сент-Луисе извлекают 135 тыс.т/г топлива, которое поступает в шахтную мельницу энергетического котла электростанции, подсушивается, превращается в пыль и вдувается горячим воздухом в топку котла.

Таким образом, решаются четыре задачи:

  • обезвреживается ТБО,
  • на переработку поступает металл и стекло,
  • экономится ископаемое топливо и
  • снижается выбросы в атмосферу сернистого ангидрида.

Интересен опыт переработки ТБО в парижском агломерате Иль-де-ЭФранс с общей численностью населения 5,5 млн.человек. Здесь собирается 2,9 млн.т/г бытовых отходов и тех, которые к ним относятся (528 кг/(чел.*г). При условии, что 80 % жителей проживают в многоэтажных домах, к 2001 г. ставится задача добиться утилизации 75 % различной бытовой упаковки.

В 2001г. Три крупных МСЗ обезвредили 1,96 млн.т так называемых смешанных отходов и выработали 288 млн. кВт*ч электроэнергии, 4,7 млн.т пара. Принципиальная схема крупной мусоросжигательной УТЭЦ Исси-Ле-Мулино в Париже представлена четырьмя котлами, сжигающими в год 600 000 т ТБО и двумя турбинами – одной с противодавлением мощностью 9 МВт и второй конденсационной мощностью 16 МВт. УТЭЦ в год вырабатывает электроэнергию в количестве 82 500 МВт*ч и пар 1,25 млн.т, отдавая во внешние сети около 80 % этой продукции. Кроме того, 128,7 тыс.т/г шлака перерабатывается в готовую продукцию, 11,1 тыс.т/г металла, 418 т/г шламов газоочистки и 12,6 тыс.т/г золы также продаются потребителям.

3. ТЭЦ на базе ПГУ, сжигающие совместно с ископаемым топливом ТБО (или топливо из ТБО)

На ТЭЦ электростанции (ПГУ) Германии Volklingen в топке-сателлите сжигаются отработанные ТБО – так называемый коломат-топливо из отходов, а газы из этой топки поступают в топку энергетического котла. На ТЭЦ установлен прямоточный паровой котел, паропроизводительностью 530 т/ч пара с расходом высокозольного каменного угля 90 т/ч. Уголь в виде пыли через специальные горелки вдувается горячим воздухом в топку котла. Две топки-сателлиты, т.е. предвключенные к энергетическому котлу сжигают топливо из ТБО (коломат), в «кипящем» слое, в котором расположены змеевики для подогрева воздуха, направленного в газовую турбину.

Топки-сателлиты рассчитаны на сжигание 20 т/ч коломата каждая (

40 % от количества сжигаемого угля), их теплота сгорания 10 МДж/кг. На ТЭЦ установлены две турбины: паровая мощностью 195 МВт и газовая мощностью 42,5 МВт. Примечательно, что атмосферный воздух, втягиваемый и компремируемый компрессором газовой турбины, нагревается за счет сжигания коломата в топке-сателлите до 700 0 С, а затем догревается газом, поступающим в камеру сгорания газовой турбины до 800 0 С. Первичный воздух подается под слой топок-сателлитов в смеси с отработанными газами котла. Такая же смесь поступает и в пылеугольные горелки котла. Особенностью этой ТЭЦ, сжигающей топливо из ТБО в топках-сателлитах, является то, что дымовые газы газовой турбины в смеси с газами котла и предвключенных топок проходят пылеуловитель, направляются на обессеривание в специальную установку, а затем очищенные дымовые газы, смешиваясь с градирными средами, через градирню удаляются в атмосферу.

Россия. (Топливо – газ, ТБО)

Москва. Топки с вихревым «кипящим» слоем установлены на МЗС № 4 по термическому обезвреживанию ТБО с предварительной частичной сепарацией отходов. В энергетической практике во всем мире сжигание твердых низкокалорийных топлив в слое, когда само топливо набрасывается на толщу инертного материала, разогретого до достаточной высокой температуры и «бурлящего» под напором подаваемого из подрешеточного пространства воздуха через множество отверстий в решетке, практикуется достаточно давно. В Японии, Германии, Франции, Австрии, Испании и др. и продолжают сооружаться МСЗ, сжигающие отходы в топках «кипящего» слоя.

На МЗС № 4 будут функционировать три технологические линии, топки которых будут сжигать по 13,5 т/ч топлива из ТБО. Предприятие уже выходит на расчетную мощность. Топки, выполненные по лицензии японской фирмы «Эбара», поставлены фирмой «Хельтер АБТ» (Германия).

Над топками установлены горизонтальные паровые котлы Подольского котельного завода производительностью 26-30 т/ч пара при давлении 1,6 МПа и темературе 310 0 С. Каждая технологическая линия оснащена четырехступенчатой очисткой уходящих газов. На заводе производительностью по сжигаемым отходам

260 000 т/г установлены две паровые турбины с производственными отборами пара электрической мощностью по 6 МВт каждая. Предприятие должно работать при коэффициенте использования основного оборудования технологической линии

0,84 при работе на полную мощность.

2 000 ккал/кг) выработка теплоты составляет 283 000 Гкал/г, электроэнергии – 105 000 МВт*ч/г, что полностью покроет потребности в энергии на собственные нужды, в том числе на переработку шлака и золы в полезные продукты, включая потребности в энергии завода «Эколог», расположенном вблизи МСЗ, а также обеспечит выдачу во внешние сети значительного количества энергии. На МСЗ установлены два паровых котла Б – 2,5-1,6 – 310 (2*25 т/ч), работающих на природном газе, что позволит при остановке одной из линий на профилактику и ремонт не снижать выработку электроэнергии в течение года.

Кемеровская область. Администрация Кемеровской области и ЗАО «Московская областная энергетическая инвестиционная корпорация» подписали протокол о намерениях «О строительстве ТЭЦ, работающей на отходах в Междуреченске». Подписали протокол о намерениях губернатор Кузбасса Аман Тулеев и генеральный директор ЗАО «Московская областная энергетическая инвестиционная корпорация» Юрий Трефилов. По данным пресс-службы обладминистрации, протокол предусматривает строительство предприятия по утилизации твердых бытовых и промышленных отходов с выработкой тепловой и электрической энергии, и производством из несгораемых остатков строительной плитки. Мощность предприятия составит до 200 тысяч т отходов ежегодно по переработке, электрическая мощность – около 100 мВт. Ориентировочный объем инвестиций при реализации проекта оценивается в сумме более 3 млрд. рублей. Протоколом предусмотрено, что ЗАО «Московская областная энергетическая инвестиционная корпорация» выступит в роли инвестора-застройщика, генерального проектировщика, генподрядчика и эксплуатирующей организации. В ближайшее время предусмотрен выбор земельного участка под строительство и разработка проекта. Ввод предприятия в эксплуатацию намечен протоколом на 2009 год.

Из изложенного следует, что по уровню техники и технологии экологически чистого термического обезвреживания ТБО Москва не отстает от стран дальнего зарубежья. Можно полагать, что к 2008 г. МСЗ Москвы будут перерабатывать

720 тыс. т/г ТБО, что составит к уровню накопления в 2006 г. 31,7 % бытовых отходов жилого сектора, или 19 % от собираемых в 2003 г. в городе таких отходов и по нежилому сектору.

Финансирование различных программ по реализации строительства МСЗ в г. Москве.

“Вывозить мусор на полигоны не выгодно ни по экономическим, ни по экологическим причинам. Поэтому в Москве принята программа по утилизации мусора, которая предусматривает: строительство мусоросжигающих заводов, мусоросортировочных и перерабатывающих производств”, – отметил руководитель комплекса городского хозяйства Петр Аксенов. Некоторые запланированные программой мероприятия в части термической переработки ТБО приведены в нижеследующей таблице:

Табл. 5 Мероприятия целевой среднесрочной экологической программы города Москвы на 2006-2008 г.

Переработка мусора в энергию принцип работы

Крупнейший мусоросжигательный завод в Финляндии, про изводящий тепло и электроэнергию в результате сжигания проблемного смешанного мусора, начал с апреля пробные работы по уничтожению в котельной первых отходов в финском городе Вантаа.

Открытие завода должно существенно повлиять на уменьшение объемов национальных свалок и решить задачу по эффективной утилизации мусора, непригодного для вторичного применения. В процессе сжигания полученное тепло и произведенная электроэнергия смогут обеспечить потребности половины населения Вантаа в центральном теплоснабжении и третьей части в электричестве. Новый завод также смягчит последствия изменения климата путем сокращения наносимого ущерба окружающей среде.

Пробный запуск.
Ввод в эксплуатацию новой электростанции будет продолжаться всю весну и лето. Стабильными поставками топлива занимаются две крупные финские компании по вывозу мусора: из Хельсинки HSY и из столичного региона Rosk’n Roll Oy. За день в приемные бункеры выгружают отходы из 150-200 мусороуборочных машин. Мусор хранится в герметичных отсеках, не позволяя распространится неприятному запаху наружу. Мощность завода позволяет переработать смешанный мусор до 320.000 тонн в год. «В недостатке отходов проблемы не возникнет», утверждает руководитель проекта Калле Патомери. Объем поставок был рассчитан согласно поступающим отходам из домохозяйств и предприятий столичного региона и близлежащих городов. Новый завод заменит электростанцию в Маартинлааксо к 2015 году. Кроме того, органический рост города Вантаа в Финляндии нуждается в большем количестве тепловой энергии.

Общая стоимость строительства мусороперерабатывающей электростанции составляет приблизительно 300 миллионов евро. Положительное решение компания Vantaan Energia получила в конце 2009 года. Осуществление проекта, по заявлению заказчика Vantaan Energia, проходит в рамках запланированного графика и бюджета. Строительство завода началось в 2011 году, а первый камень в фундамент был заложен уже в мае 2012 года. Проект крупнейшей электростанции в Финляндии предоставил возможность для расширения бизнеса. При строительстве были использованы большие инвестиции в сотни миллионов, что доказывает его финансовую жизнеспособность.

На данный момент электростанция в Вантаа запустила первое пробное тепло в сеть централизованного теплоснабжения города Вантаа и электроэнергию для нужд страны. Ожидают, что за год мусоросжигающий завод произведет 920 ГВт централизованного тепла и 600 ГВт электроэнергии. Производимого объема достаточно будет для обеспечения централизованным теплоснабжением примерно 100.000 двухкомнатных квартир многоэтажных домов в Вантаа и до 200.000 таких же двухкомнатных квартир годовой электроэнергией. С началом функционирования завода по уничтожению смешанного мусора, не подлежащего дальнейшей переработке, смогут реализоваться множество положительных эффектов на окружающую среду. Теперь использование компанией Vantaan Energia ископаемого топлива (уголь, природный газ) для производства энергии будет сокращено примерно на 30%, а выбросы углекислого газа уменьшатся примерно на 20% по сравнению с нынешним уровнем.

Почему зеленые против?
Несмотря на явное наличие преимуществ в получении электроэнергии и одновременном избавлении от огромного числа свалок в Финляндии, всё же существуют противники подобного способа борьбы с мусором.
В Ассоциации по охране природы Финляндии, к примеру, обеспокоены выделяемым в результате сжигания ядовитым газам, в частности диоксины, фураны и другие особо опасные для экосистемы вещества. Эти вещества относятся к чрезвычайно стойким химическим соединениям. Диоксин, например, является одним из наиболее токсичных техногенных веществ. Диоксины практически не разлагаются в окружающей среде, оставаясь сотни лет неизменными под влиянием физических, химических и биологических факторов среды.
Конечно же, страшные токсины не поступают в открытое пространство через выхлопную трубу, до которой все образованные дымовые газы проходят трёхступенчатую фильтрацию, и всё же…

Кроме выделяемых ядов защитников окружающей среды беспокоит процесс сжигания мусора как налаженная бесперебойная система в производстве электроэнергии, требующая строго определенных поставок топлива. А ведь в Финляндии давно стараются уменьшить объемы смешанного мусора, пополняющего свалки, внедряя повсеместно разносортный сбор отходов, отделяя на помойках стекло, металл, газеты и картон для переработки и их вторичного применения.
По мнению ученого Эрйи Хейно из Ассоциации по охране природы, 70% из поступающих на свалки выбросов можно было бы вторично использовать. Она установила, что обычный смешанный мусор состоит на 40% из органических отходов, на 20% из бумаги и картона и на 10% из стекла и металла. Только оставшиеся 15%, по её словам, можно с чистым сердцем отправить на свалку.

Надежная технология.
В основе функционирования мусороперерабатывающего завода в Вантаа лежит новейший метод газификации, который дает максимальную эффективность и наилучшие экологические показатели. Сверхвысокая температура в нижней точке реактора позволяет превратить в минеральный расплав практически любые сгорающие отходы, а после слива расплава получить гранулированный шлак.

Принцип работы нового завода Vantaan Energia можно разделить на несколько этапов. Во-первых, груз взвешивают и опускают в приёмный вакуумный бункер, в котором его смешивают с другими отходами в однородную массу. Спустя несколько дней, когда бункер наполнится, начинается непосредственное сжигание сырья в котле-утилизаторе. Сжигание мусора происходит в двух оснащенных решетками паровых котлах, температура в которых поднимается выше тысячи градусов. Поступающие из бункера отходы дозируемыми порциями специальными толкателями выкладывают на решетчатую поверхность. В камере сгорания мусор подсыхает, зажигается и практически полностью сгорает, перемешиваясь на подвижной решетке. Далее в ход вступает паровая турбина, производящая рекуперацию тепла. Завершают процедуру очисткой дымовых газов электрофильтрами, отделяющими около 90% частиц, например, кислотные газы и диоксид серы от извести. Активированный уголь поглощает тяжелые металлы.

Решетчатая технология сжигания отходов в Европе приобрела наиболее широкое применение и считается самой надежной. В качестве топлива в Vantaan Energia используют также природный газ, чтобы увеличить энергоэффективность электростанции.
Кстати, добыча электроэнергии из мусора в Финляндии уже имеет свою небольшую историю. Еще в 1960-1970-х годах в Хельсинки было заведено среди столичных домоуправлений сжигать на местах мусорные пакеты, которые накапливались с помощью мусоропроводов. Раз в неделю отходы сжигались, одновременно отапливая близ стоящие многоэтажные дома.

По сравнению с соседними северными странами Финляндия по-прежнему отстаёт в выработке собственной электроэнергии из мусора. Так, в Финляндии отходы используются для производства энергии всего на 10%, в то время как в Дании энергия, произведенная при сжигании отходов составляет около 60% от общего объема и около 45% в Швеции.

Тем не менее, сжигание мусора становится все более распространенным способом получения электроэнергии и тепла в Финляндии, поэтому не исключена возможность столкнуться с подобной ситуацией, как в Швеции. Проблема отсутствия отходов превратила шведские мусоросжигательные заводы в конкуренты. Например, мусоросжигательный завод Упсала вынужден импортировать сырьё из Норвегии и с Аландских островов для поставки бесперебойного централизованного теплоснабжения.

Утилизация отходов в энергию. Твердые бытовые отходы

Переработка мусора в энергию принцип работы

Ежегодный рост промышленного производства и пропорциональный ему рост объемов твердых коммунальных (бытовых) отходов, образующихся ежегодно на душу населения, в разных странах различен и составляет: в США – 50 т; в РФ – 18 т; в Молдавии – 0,5 т. Именно увеличение объемов отходов является главным фактором снижения качества окружающей среды и разрушения природных ландшафтов.

Утилизация отходов путем их захоронения требует отчуждения огромных площадей земель, пригодных для сельскохозяйственного производства, поэтому целесообразно использование более эффективных способов утилизации отходов, одним из которых является их утилизация в энергию.
В России исторически сложилось, что под фразой «утилизация отходов в энергию» традиционно понимается практика сжигания мусора, что нашло отражение в названии заводов, которые утилизируют отходы методом прямого сжигания, – «мусоросжигательные». Но в настоящее время появились технологии нового поколения для утилизации отходов, которые позволяют получать энергию, и поэтому смысловое содержание понятия «мусор» значительно расширилось и стало включать в себя различные отходы, которые обладают значительным потенциалом как возобновляемый источник энергии: промышленные отходы, сельскохозяйственные отходы, отходы и побочные продукты производства, муниципальные твердые отходы – твердые коммунальные (бытовые) отходы (ТКБО).
В последние годы значительно возросло содержание цветных металлов в составе ТКБО за счет появления в обороте алюминиевых банок и пластмассовых упаковочных материалов – бутылок из полиэтилентерефталата (ПЭТ-бутылок). С одновременным снижением содержания пищевых отходов к общей массе ТКБО. Произошедшие и прогнозируемые изменения состава отходов подтверждают необходимость их раздельного сбора и сортировки перед утилизацией.
В мировой практике нашли применение промышленные методы переработки отходов в энергию, объединенные в три группы: термохимические, физико-химические, биохимические, а также метод прямого сжигания, представленные на рис. 1
Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, свои оптимальные области применения, зависящие главным образом от состава отходов и региональных условий.
Гори оно огнем
Прямое сжигание отходов (ТКБО) осуществляется в мусоросжигательных котлоагрегатах мусоросжигательных заводов с получением тепловой и электрической энергии. По сути, ТКБО используются как низкосортное топливо, которое из-за разнородности состава отходов дает при сжигании около 1100 Гкал тепла. При данном способе обезвреживания сжигаются все поступающие на завод отходы без какой-либо предварительной подготовки или обработки. При сжигании выделяется большое количество вредных веществ, что требует оснащения этих заводов высокоэффективным оборудованием для очистки отходящих газов (скрубберов) с целью снижения предельно допустимой концентрации загрязняющих веществ. Стоимость скрубберов может достигать до 30% от капитальных затрат на строительство всего завода. Данный способ утилизации отходов в энергию был реализован в промзоне «Руднево» (г. Москва) при строительстве Завода по обезвреживанию твердых бытовых отходов № 4. Производственные мощности этого завода позволяют перерабатывать 275 тыс. тонн отходов в год. В настоящее время завод утилизирует (тыс. тонн в год): бумаги, картона – 10; пластмассы – 4; стекла – 3; черного металлолома – 7; цветного металлолома – 1.
Горячая химия
В отличие от прямого сжигания термохимические методы переработки отходов имеют значительно больше преимуществ, заключающихся в большей эффективности с точки зрения предотвращения загрязнения окружающей среды, так как после применения термохимических методов утилизации отходов не остается биологически активных веществ, что не наносит вреда окружающей среде. Отходы, образующиеся непосредственно при утилизации отходов, имеют более высокую плотность, что существенно уменьшает объем отходов, который необходимо отправить для захоронения на специализированные полигоны. Кроме того, нельзя не назвать как преимущество термохимического метода возможность целенаправленно перерабатывать гораздо большую номенклатуру отходов: ТКБО и отходы производства – автопокрышки, пластмассы (полимеры) и отработанные масла с возможностью получения из углеводородсодержащих отходов смазочных материалов и моторных (судовых) топлив, что является существенным преимуществом, так как производимые нефтепродукты высоколиквидны и имеют высокую маржинальную стоимость. Это преимущество позволяет обеспечить гарантированный возврат инвестиций и рентабельность производства.
К недостаткам, сдерживающим развитие этого направления, относятся затраты на приобретение дорогостоящего основного технологического оборудования и высокие требования к качеству отходов, что вынуждает нести значительные затраты на организацию селективного сбора отходов.
Физика и химия
Другой группой способов утилизации отходов в энергию являются физико-химические способы, которые позволяют получать биодизельное топливо из биологической составляющей (биомассы) отходов потребления, доля которых составляет 27,5%. В качестве сырья могут использоваться отработанные растительные масла, отходы различных жиров (масел) растительного или животного происхождения. В основе технологии получения биодизельного топлива лежит реакция переэтерификации биомассы, в присутствии катализатора, в метиловые эфиры жирных кислот.
Все преимущества этого способа портят его же недостатки: высокая себестоимость получаемого биодизельного топлива по сравнению с аналогичными нефтепродуктами и реализуемость этих проектов исключительно в регионах с теплым климатом, где выращиваются масличные культуры.
Биохимия
Третьей группой способов утилизации отходов в энергию являются биохимические способы, которые позволяют превращать биологические (органические) отходы в энергию используя бактерии. Получение и утилизация биогаза, образующегося при разложении органических компонентов твердых коммунальных (бытовых) отходов, чаще всего используется непосредственно на полигонах захоронения. Например, в США имеется около 80 установок по сжиганию газа, получаемого за счет разложения (гниения) отходов, размещенных на полигонах. Органическая фракция ТКБО, полученная в результате сортировки, а также отходы очистных сооружений могут быть подвергнуты анаэробной переработке с получением этанола или биогаза. Переработка органики происходит в реакторах, где специальные бактерии перерабатывают органическую субстанцию в этанол или биогаз. Существенным недостатком является образование значительного количества остатка (35–45%) от первоначального объема отходов, что требует дополнительно проводить пост­аэрацию и просеивание для улучшения показателей хранения и получения эстетического вида.
Несомненно, что будущее за повсеместным распространением технологий по утилизации отходов в энергию. Как показывает опыт Европейского союза (ЕС), получение энергии из отходов стало предпочтительным методом утилизации отходов в Старом Свете, где в настоящее время функционирует 420 предприятий, обеспечивающих теплом и электроэнергией более 20 млн. человек.

Теперь энергию можно добывать из пищевых отходов!

Переработка мусора в энергию принцип работы

Новая технология превращения пищевых отходов в источник энергии использует двухэтапный процесс, который позволяет извлекать всю энергию из отходов и делать это очень эффективно и быстро. Это новая уникальная технология, которая была разработана учеными из Университета Корнелла. Исследователи выяснили, что новый процесс переработки пищевых отходов в энергию, намного эффективнее чем другие методы. Когда мы обычно говорим о переработке пищевых отходов и использовании их в качестве источника энергии, такие процессы включают анаэробное переваривание, когда бактерии медленно разрушают органическое вещество, и полученный метан собирается и используется в качестве топлива.

Техника, разработанная учеными из Университета Корнелла работает по-другому. Сначала используется гидротермальное сжижение – то есть, под внешним воздействием отходы собираются и перерабатываются в некую общую по консистенции биомассу, которая затем может быть переработана в биотопливо. Этот процесс происходит следующим образом: биомасса подается в анаэробный варочный котел, где пищевые отходы достаточно быстро перерабатываются, выделяя метан, который и можно использовать в качестве энергии! Такой двухступенчатый подход позволяет быстро и очень эффективно получать электричество или тепло, не тратя силы, ресурсы и время и используя в качестве сырья наш пищевой мусор.

«Если бы мы использовали только анаэробное переваривание, чтобы получить метан, нам надо было бы ждать несколько недель, чтобы превратить пищевые отходы в энергию», — рассказывает Рой Посманик, научный сотрудник Университета Корнелла. «Водянистая биомасса, которая образуется после гидротермической обработки мусора, намного лучше подходит для дальнейшей переработки, и поэтому сочетание технологий гидротермической обработки и анаэробного сбраживания является наиболее эффективным и быстрым способом переработки биологических отходов в энергию».

Ученые говорят, что на гидротермальное сжижение тратится несколько минут, зато такую биомассу можно переработать в анаэробном варочном котле за пару дней.

В настоящее время продовольственные отходы составляют самую большую долю во всем мусоре, который производит человечество. Именно такие отходы чаще всего попадают на свалки и нужно отметить, что именно таким образом на мусорные полигоны попадает треть продовольствия во всем мире (мы говорим о пищевых отходах, просроченных продуктах или испорченных товарах). В то время как очень важно стремиться максимально сократить пищевые отходы, важно и научиться перерабатывать те отходы, которые сегодня попылают на свалку. Технологии, аналогичные описанной выше могут позволить нам с минимальными расходами превращать продукты в энергию.

Обзор технологий отходы-в-энергию

Обзор технологий отходы-в-энергию

Waste to Energy International (WTEI) предлагает много надёжных решений для термической утилизации отходов. Это существенно уменьшает размещение отходов на полигонах, таких как твёрдые бытовые отходы, промышленные и осадок сточных вод, а также медицинские и опасные промышленные отходы. Выработанная энергия является дополнительным источником дохода, коотрый приносит экономические выгоды для общества и экологические выгоды в виде более чистого воздуха, воды и почвы.

В настоящее время в мире насчитывается более 2500 заводов отходы-в-энергию, включая более чем 450 в Европе.

Переработка мусора в энергию принцип работы

Ниже приведён перечень основных технологий, используемых для получения энергии из отходов.

Термическая переработка на решётке

Наиболее широко распространённая по миру, превалентная технология. Очень надёжна вследствие огромного накопленного опыта строительства и эксплуатации таких заводов. Ряд производителей предлагают сложное оборудование для переработки отходов на решётке с производством электроэнергии и тепла. После кардинальных улучшений в технологии очистки дымовых газов, инсинерация считаются чистой технологией, что было подтверждено в 2005 году заявлением федерального министра охраны окружающей среды, сохранения природы и ядерной безопасности Германии, членом партии зелёных.

Общая концептуальная схема современной системы термической переработки отходов на решётке.
Переработка мусора в энергию принцип работы

Технология кипящего слоя

Это тоже одна из основных технологий отходы-в-энергию. Кипящий слой может быть статичным или циркулирующим. В основном используется для переработки осадка сточных вод или твёрдых бытовых отходов. Имеет высокую эффективность переработки и низкий выход шлаков. Технология включает использование энергии и очистку дымовых газов. Выбросы намного ниже требований законодательства.

Общая концептуальная схема системы кипящего слоя.
Переработка мусора в энергию принцип работы

Вращающаяся печь

Используется для переработки опасных медицинских, биологических и индустриальных отходов. Высокие температуры позволяют полностью контролировать разрушение вирусов и микробов, низкий уровень кислорода на входе гарантирует низкий уровень выбросов.

Общая концептуальная схема системы с вращающейся печью.
Переработка мусора в энергию принцип работы

Газификация

Тоже хорошо известная технология, с давним присутствием на рынке. Но не так широко применяемая, как переработка на решётке, вследствие ряда проблем, включая окисление углеводородов, производство высокого уровня CO2, выброс загрязнений во время газификации и низкую теплотворную способность вырабатываемого синтетического газа.

Общая концептуальная схема системы высокотемпературной газификации.
Переработка мусора в энергию принцип работы

Газификация в плазменной дуге

Используется для переработки специфических групп отходов: очень опасных и радиоактивных. Очень затратная технология, потребляет много энергии на переработку и имеет ряд проблем. Низкий уровень энергии на выходе не позволяет говорить об энергетической эффективности. Высокие температуры в районе 9600°C хороши для переработки опасных отходов, но очень трудны в управлении.

Общая концептуальная схема системы газификации в плазменной дуге.
Переработка мусора в энергию принцип работы

Пиролиз

Был изобретен несколько десятилетий тому назад и широко используется в химической промышленности. Но приложения для отходов возникли сравнительно недавно. Технология имеет много преимуществ: минимальное окисление отходов, отсутствие вредных выбросов, высокий уровень производства синтетического газа, высокая теплотворная способность этого газа, производство читого газа для прямого использования в генераторах. По-видимому, является наиболее экологически чистой, простой и модульной технологией утилизации отходов. Единственная проблема — не очень хорошо известна на рынке.

WTEI обращает особое внимание на эту технологию и пытается применить её в каждом новом проекте. WTEI имеет соглашение с владельцем на маркетинг и продажу патентованной пиродизной технологии в различных регионах мира, включая Европу.

Общая концептуальная схема процесса пиролиза.
Переработка мусора в энергию принцип работы

Мы рады сотрудничать с нашими клиентами для выбора и применения технологии, наиболее подходящей для вашего проекта.

Поделиться ссылкой:

Добавить комментарий