Тысячи тонн мусора, выбрасываемые ежедневно, загрязняют нашу планету.
В некоторых странах образование бытовых отходов составляет от 0.6 до 1.0 тонны на человека в год.
Поэтому переработка мусора — важнейшая экологическая, санитарно-эпидемиологическая и социально-экономическая задача всех промышленно-развитых стран.
Для переработки твердых бытовых отходов (ТБО) и другого отработанного сырья, создаются различные технологии, включающие выработку энергии из отходов.
В этой статье мы расскажем, как из мусора можно получить различные виды энергии.
Содержание
Можно ли использовать отходы как источник энергии?
Под утилизацией отходов в энергию традиционно подразумевается сжигание мусора. Исходя из этого термина, произошло название «мусоросжигательные» заводы. В мире возникли современные технологии утилизации мусора, позволяющие получать энергию.
Понятие «мусор» стало шире и начало включать в себя отходы, располагающие потенциалом возобновляемого источника энергии, такие как:
- промышленные;
- сельскохозяйственные;
- твердые бытовые (коммунальные);
- побочные продукты производства.
Энергия из отходов — это не только снабжение городского хозяйства и предприятий теплом, электричеством, паром, горячей водой, но и решение экологических проблем, а именно:
- утилизация не подверженного переработке мусора;
- экономия ископаемых топливных ресурсов;
- сокращение площадей, отводимых под полигоны ТБО.
Международное энергетическое агентство считает получение энергии из мусора лучшей заменой полигонам ТБО. Энергетическая утилизация является составной частью системы обращения с отходами.
Согласно данным зарубежного опыта, реализация специализированными фирмами даже малоперспективных технологий сжигания 1 тонны ТБО позволяет получить тепловую энергию, равнозначную сжиганию 250 кг мазута.
В странах ЕС в 2018 году на сжигание с целью получения энергии было направлено 28% от всех отходов.
К лидерам в сфере добывания энергии из мусора относятся страны с высокой экологической ответственностью:
- Дания;
- Швеция;
- Финляндия.
Способы
Рециклинг и преобразование отходов в энергию предполагает применение нескольких способов. Так, тепло и электроэнергию вырабатывают с помощью термической деструкции.
Методы термической деструкции
К этой группе относятся способы утилизации отходов сжиганием, пиролизом и газификацией.
Сжигание
Применяется для утилизации твердых, жидких и пастообразных отходов.
Вот общая схема сжигания отходов для получения разных видов энергии:
Сжигание отходов происходит с помощью горючих материалов при достижении заданной температуры воспламенения в контакте с кислородом вследствие реакции окисления. Во время процесса сгорания выделяется тепловая энергия.
Отходящие дымовые газы, образующиеся в процессе сжигания отходов, очищаются и выпускаются в атмосферу по дымоходу или трубе.
Избыточное тепло, получаемое от сжигания отходов, используется для производства пара:
- с целью выработки электроэнергии;
- для подачи к близлежащим объектам перерабатывающей отрасли;
- для централизованного теплоснабжения/охлаждения.
Эффективность установок производства тепловой энергии способна достигать 80%, а выработки электроэнергии — порядка 20%.
Для сжигания отходов с целью получения тепла и электрической энергии применяются такие технологии сжигания:
- В слоевых топках. Наиболее пригодные виды отходов — горючие вещества промышленных, строительных, крупногабаритных, опасных и прочих отходов, а также древесные, лакокрасочные, смешанные коммунальные отходы, масла отработанные. Сжигание мусора происходит при температуре от 850 до 950° С. Выгорание дымовых газов в дожигательной камере — 850-1000° С. В паровом котле происходит охлаждение дымовых газов до температуры 200-400°С. При этом образуется перегретый пар, который используют для выработки электроэнергии, отопления или технологического пара.
- Во вращающихся барабанных печах. Установки применяют для сжигания бытовых, медицинских, биологических, промышленных (твердых и пастообразных) отходов, нефтяных шламов и обезвоженных осадков сточных вод. Поддерживаемая температура — 900-1200° С. Использование продуктов — обеспечение отоплением и горячим водоснабжением внутриплощадных и производственных нужд.
Пиролиз
Термодеструкции подлежат ТБО, обеззараженные медицинские отходы, резинотехнические изделия, автопокрышки, отработанные масла, отходы пластика. Для получения энергии применяют способ сухого пиролиза.
Метод заключается в термическом разложении отходов (с содержанием органических веществ) под воздействием высокой температуры с ограничением или без доступа кислорода.
При этом выделяются:
- пиролизный газ;
- твердый углесодержащий остаток;
- органические жидкие продукты.
Для получения пирогаза из отходов:
- В реакторе проводится термодеструкция предварительно подготовленных отходов (сортировка, сушка, дробление).
- Выполняется конденсация и сепарация газовой фракции.
- С целью повышения энергоемкости и экологических показателей пирогаз очищается от соединений серы, фтора, хлора и цианидов.
- Собранный очищенный пиролизный газ сжигается в топке котла-утилизатора. Цель — получение пара, горячей воды, электроэнергии или использование для производства продукции.
Порядка 10-15% полученного газа используется в системе нагрева воздуха при его подаче в зону сжигания реактора. Пиролизное масло, полученное при разложении резинотехнических или пластмассовых изделий, может при необходимости использоваться в качестве топлива.
Общая схема пиролиза отходов:
Газификация отходов
Метод заключается в термической обработке органических отходов окислителем с целью получения генераторного газа и минерального продукта (твердого или расплавленного).
Общая схема газификации отходов:
Полученный из отходов синтетический газ накапливается для использования в дальнейшем.
В России и за рубежом имеется опыт газификации отходов в фильтруемом плотном слое. Этот процесс подходит для термической утилизации как горючих отходов, так и твердых топлив, включая высокозольные, сыпучие, дробленые, пастообразные, разнодисперсные, газопроницаемые.
Вырабатываемая тепловая энергия, если это необходимо, может преобразовываться в энергию электрическую.
Комбинированные методы
Применяемые методы термической деструкции отходов редко сводятся к одному виду. Наиболее часто имеет место сочетание физико-химических превращений с преобладанием одного. Например, пиролиз-сжигание или пиролиз-газификация.
Общая схема термического комбинированного метода:
Комбинированный способ используется для сжигания избыточного активного ила и осадков водоочистных сооружений, а также нефтяных шламов.
Использование плазменных источников энергии
К перспективной современной технологии получения синтетического газа относится метод, основанный на использовании электродуговых генераторов (плазменных источников энергии) в агрегатах высокотемпературной переработки органических отходов (ТБО, промышленных и медицинских).
Установка работает при температуре свыше 5500° С, при этом гарантируется почти полное преобразование сырьевых отходов в синтетический газ.
Вторичный продукт является чистым, высококалорийным газом, который применяется для получения химической продукции, жидкого топлива, а также для генерации энергии.
Технологическая схема плазменной газификации:
Производство биогаза методом анаэробного сбраживания
В основе метода лежит разложение микроорганизмами органического вещества в среде с отсутствием свободного кислорода. В контролируемых условиях анаэробное сбраживание проводится с целью производства биогаза в газонепроницаемых реакторах (анаэробных дигестерах).
Получаемый биогаз — это смесь разных газов с возможностью преобразования в энергию тепла или электричества.
Основной энергоноситель биогаза — метан с содержанием 50-75%, в зависимости от состава исходного сырья.
В развивающихся странах технологию используют для утилизации энергетических остатков сельскохозяйственной отрасли, в частности — навоза животных. Метод также успешно применяется для утилизации смешанных отходов (органических с неорганическими — пластмассами, металлами).
В зависимости от типа реактора, для получения биогаза, кроме твердого исходного сырья, возможно применение следующих видов отходов:
- пищевого промышленного шлама;
- сточных вод;
- отходов заведений общественного питания.
Добытый биогаз можно использовать напрямую для производства тепла, либо преобразовывать в электрическую или тепловую энергию с помощью теплоэлектростанции.
Еще один из вариантов применения биогаза — обогащение газа до биометана с содержанием 98% и использования продукта в роли заменителя природного газа.
Схема процесса получения биогаза способом анаэробного сбраживания из навоза и органических отходов:
Способ улавливания свалочного газа
Метод относится к особому виду технологий получения энергии из отходов. В процессе анаэробного сбраживания органических веществ на мусорном полигоне образуется метан.
Для сокращения выбросов в атмосферу парниковых газов метан накапливают посредством улавливания свалочного газа, в котором содержание метана составляет от 45 до 55%. Добытый газ используют для выработки тепла, электроэнергии, топлива для транспорта.
Существует несколько технологий улавливания свалочного газа — на открытых и закрытых санитарно-технических полигонах.
Сбор газа происходит посредством введенных в толщу отходов перфорированных труб, которые могут устанавливаться как вертикально, так и горизонтально. Газ поступает в трубы, дальше на систему очистки, затем — для использования.
На рисунке ниже вы видите составляющие системы улавливания свалочного газа с функцией производства электричества.
Перспективы такого вида утилизации мусора
Степень получения энергии из отходов в той или иной стране зависит от разных факторов.
Например:
- уровня благосостояния населения;
- различия структуры потребления товаров;
- экологических целей;
- наличия собственных энергоресурсов;
- климатических условий.
Для поддержания и финансирования применения технологий выработки энергии из мусора в разных странах существуют свои механизмы, а также способы, стимулирующие к сжиганию отходов.
Например:
- введение «зеленых» тарифов на электрическую энергию, вырабатываемую из биомассы;
- льготное налогообложение;
- разница в тарифах для захоронения отходов;
- кредиты по низким ставкам.
Европейским союзом энергетическая утилизация мусорных отходов включена в перечень целей, предусмотренных Директивой о захоронении отходов.
В соответствии с документом, к 2025 году не более 25% ТБО должно подвергаться захоронению на полигонах, а захоронение годных для вторичного использования отходов, в том числе, биологических, полностью прекращено.
Энергетическая утилизация мусора в ряде стран может привести к снижению объемов импортирования природного газа.
Интересные видео
Предлагаем вашему вниманию видео сюжеты о способах переработки мусора в энергию, а также о пользе данного вида утилизации отходов:
Заключение
Энергетическая утилизация ТБО — перспективное направление, способствующее экономии органического топлива и предотвращению выбросов парниковых газов, выделяемых в виде метана мусорными полигонами.
