Енергия от отпадъци

Потребителските навици на съвременния начин на живот причиняват огромни проблеми с отпадъците в световен мащаб.

 

Технологии за обработка на отпадъци

 

Органичните технологии „енергия от отпадъци” могат най-общо да се класифицират като биохимични, химични или термични процеси.

 

Биохимични промени

Разлагането е биохимичен процес, при който органичните отпадъци биват аеробно (с кислород) или анаеробно (без кислород) разграждани от действието на бактерии до прости молекули. Аеробното разлагане протича когато отпадъците са аерирани, както например при ранните стадии на разграждане на битови отпадъци и по време на компостирането. Анаеробното разлагане протича там, където достъпът на въздух до отпадъците е ограничен, както например при напредналите стадии на разлагане на твърдите битови отпадъци или при разлагането на утайки или отпадъчни води в затворени съдове за разлагане. В резултат от аеробното разлагане се получава въглероден диоксид и вода, докато при анаеробното разлагане се получават метан и вода, а също и малко въглероден диоксид и сероводород. Следователно газовете, които се получават при анаеробното разграждане, могат да бъдат изгаряни и използвани за производство на електроенергия или топлинна енергия, като по този начин метанът се превръща във въглероден диоксид (с нисък парников потенциал).

 

Сметищен газ

Сметищния газ е допълнително гориво, което е вторичен продукт от настоящите практики за управление на отпадъците и следователно се получава едва след като битови отпадъци бъдат изхвърлени по абсолютно неустойчив начин. Анаеробното разлагане на заровени твърди органични отпадъци води до естественото образуване на сметищен газ, тъй като бактериалното разлагане на органичните вещества продължава във времето. Това е изключително ниско-ефективен начин за получаване на енергия от битови отпадъци. В дългосрочен план, тъй като употребата на сметища е неизбежно намалява, сметищният газ ще изчезне като ресурс.

Метанът, който се получава на сметищата, обикновено се освобождава в атмосферата, освен ако сметищният газ не бъде уловен и извлечен чрез поставянето на перфорирани тръби в сметището.

В този процес, газът преминава през тръбите под въздействието на естественото налягане или на слаб вакуум, за да бъде събран и използван като енергиен ресурс вместо просто да бъде освободен в атмосферата.

Както за производството на електроенергия, сметищният газ може да бъде използван и за производство на топлинна енергия, като газът се изгаря за да осигури затоплянето на сгради и за промишлени цели. Докато това приложение може да бъде по-малко рентабилно отколкото производството на електроенергия, поради разходите за транспорт, свързани с транспортирането на газа до желаното място, използването на газа на терена (като например чрез изграждане на съоръжения на разработени сметища) повишава приложимостта.

 

Термо-химично преобразуване

Термичната обработка на органичните отпадъци може да произведе топлина или редица течни и газообразни горива. Има три основни възможности за оползотворяване на енергията от твърдите отпадъци:

·         чрез изгаряне (на горива или  директна инсинерация) на битови отпадъци без предварителна обработка.

·         чрез производство на повече или по-малко рафинирани горива от основния поток от отпадъци, частично или в по-висока степен обработени горива, произведени от отпадъци, като гранули за последващо изгаряне (например в ротационни пещи) или чрез нови методи за пиролиза или газификация, и

·         чрез разработването на нови подходи, включващи извличането на химикали като пластмасови мономери, комбинирани с газификация, пиролиза, хидрогениране и/или подобряване на произведените газове и масла.

 

Директно изгаряне

Описвано още и като масово изгаряне или директно изгаряне, това е изгаряне на отпадъци за производство на топлина за готвене, отопление на помещения, промишлени процеси за производство на електроенергия. Пепелта от горивния процес може също да бъде продавана за строителство на сгради и пътища с цел допълнително намаляване на количеството на крайния отпадък. За директно изгаряне се използват изсушени отпадъци но могат да се използват и изсушени утайки от водопречиствателни съоръжения.

 

В голям мащаб твърдите отпадъци (включително отпадъци от земеделието и лесовъдството) могат да се изгарят в пещи за производство на топлина за загряването на парни турбинни генератори. Размерът на електроцентралата често е ограничаван от наличието на местни суровини и в общия случай е по-малко от 25 – 40 MWe. Чрез използването на специално предназначени източници на суровини обаче, като например разполагането на инсинератори на терена на сметищата, обемът може да бъде увеличен до 50 – 75 MWe, като се отчетат значителни икономии.

 

Горива от отпадъци

Използването на сурови необработени битови отпадъци като гориво е проблемно поради хетерогенното естество на материала, който варира от квартал до квартал и от сезон до сезон. Те също така имат ниска термична стойност и високо съдържание на пепел и влага. Това затруднява проектантите и операторите на заводите винаги да осигуряват приемливи нива чистота на въздуха при изгаряне. Обработката на отпадъците до горива частично преодолява тези проблеми, а горивата след това могат да се използват успешно за изгаряне по други начини.

Отпадъци с високо органично (въглеродно) съдържание са подходящи за производство на брикети и гранули, като първо бъдат отделени негоримите и подходящите за рециклиране материали. Тези процеси включват уплътняване на отпадъците при високи температури и много високо налягане. Органичните материи биват пресовани на кубове за производство на брикети или гранули. Важно е да се отбележи, че използването на обработени отпадъци (след отстраняване на подходящите за рециклиране и негоримите компоненти) за производство на електроенергия значително ще увеличи ефективността на процеса енергия от отпадъци, но на завишена цена поради по-голямата обработка на продукта.

 

Газификация

Този процес на частично изгаряне с ограничено подаване на въздух за създаване на бедна на кислород среда може да се използва за превръщане на биомасата и пластмасовите отпадъци в синтетичен газ с отоплителна стойност 10-15% от тази на природния газ. Когато се съчетае с производство на електричество може да се окаже икономически и екологично атрактивен, въпреки че изглежда по-пригоден за чиста биомаса, като например дървесни отпадъци. Синтетичния газ (СО + Н) на свой ред може да бъде преобразуван в метанол, синтетичен бензин или използван директно като заместител на природния газ.

 

Ферментация

Органичните отпадъци могат да бъдат преобразувани в етанол, алкохол, съдържащ се в напитките, чрез бактериална ферментация, която преобразува въглехидратите в суровината в етанол (спирт). Понастоящем суровините включват земеделски отпадъци, като меласа или отпадъчна скорбяла, като последните разработки се фокусират върху битовите органични отпадъци, включително храна и канализационни утайки. Производството на етанол от компоненти, съдържащи целулоза, като царевични кочани и оризови стебла е в процес на разработка.

 

Цялостната химична реакция, която се предизвиква от микроорганизми, се представя със следното химическо уравнение: C6H12O6 2 CH3CH2OH + 2 CO2. Голяма част от етанола се произвежда чрез ферментация и се използва като гориво.

 

Естерификация

Биодизелът може да се произвежда от чисто растително олио, животински мазнини/мас, лой и отпадъчни масла. Почти цялото количество биодизел се произвежда чрез основна катализирана трансестерификация, тъй като това е най-икономичния процес. Той изисква само ниски температури и налягане и дава 98% краен продукт. Процесът трансестерификация е реакция на тгриглицеридите  (мазнина/масло) с алкохол до образуването на естер и глицерол. По-тежкият съпътстващ продукт, глицеролът, пада на дъното и може да бъде продаден в този вид или може да бъде пречистен и да се използва в други производства, напр. във фармацията и козметиката, и др. Биодизелът е по-малко токсично и по-биоразграимо гориво от петролния дизел и често се смесва с петролния дизел за осигуряване на възобновяем компонент в горивото.

 

Пиролиза

Пиролизата се определя като изгаряне при анаеробни условия и е друга възможност за енергия от отпадъци, която се проучва. Пилотни проекти, използващи пиролиза за пластмасови отпадъци и за смесени твърди битови отпадъци потенциално имат много висока енергийна ефективност. Комбинирани пиролитични и газификационни системи и комбинирани пиролиза и изгаряне също се разработват и прилагат.

 

Enersludge процес

Алтернатива на изгарянето или анаеробното разлагане на канализационните утайки (или изхвърлянето им в морето, което все още е често използван метод за изхвърляне) е иновативния Enersludge процес (енергия от утайки), който преобразува утайките в полезни био-масла. Концепцията беше предложена най-напред от проф. Байер в Германия в началото на 80-те, но едва наскоро екологичния натиск и икономиката на другите възможности за обработка го направиха конкурентен.

 

Комбустори 

Технологията за изгаряне на въглища беше адаптирана за изгаряне на биогорива и отпадъчни продукти. Изгарянето на биомаса е по-сложно от изгарянето на въглища поради нехомогенността, различното съдържание на влажност и различната композиция на суровината.  

 

 

 

Най-добрите и най-големите

 

Калифорния е „родното място” на най-голямата в света централа за енергия от отпадъци, преобразуваща сметищнен газ в използваем природен газ. Основния оператор на сметища, Уейст Мениджмънт, в партньорство с Линде Груп наскоро откриха своето съоръжение на стойност 13,5 млн. долара до гр. Ливермор, със заводи с капацитет за производство на 4 млн. галона (малко над 15 млн. литра) гориво годишно.

 

Специалистите по термична преработка от Южна Африка са водещи в световната индустрия за преобразуване на отпадъци в горива. През март 2008 г. те откриха най-големия в света завод за преобразуване на отпадъци.

Използвайки тези нови технологии, централата на Престиж Термал, намираща се в Уейдвил има капацитет за производство на 3 MW електрическа енергия от три тона твърди битови отпадъци. В същото време компанията получава значително внимание от Европа. Компанията е призната като един от световните промишлени лидери специално в областта на най-добрите практики за управление на отпадъци.

 

 

Отава, Онтарио – (Маркетуайър, 22.10.2009 г.) – Технология, която превръща твърдите битови отпадъци в електричество, беше придвижена към комерсиализиране днес. Sustainable Development Technology Canada (SDTC) обяви, че Проектът за плазмено газифициране на твърди битови отпадъци, разработван от Plasco Energy Group Inc. (Plasco), е завършен. Този проект е резултат на повече от 25 години целенасочени проучвания и развитие.

 

Проектът представи процес на плазмена газификация, който преобразува дневно 75 тона твърди битови отпадъци в синтетичен газ, твърди инертни материали и топлина. Газът се използва в електроцентрали за производство на енергия, която се продава в електропреносната мрежа. До сега град Отава има подписано писмо за намерение за доставка на съоръжение Plasco с капацитет 400 тона/ден, а Централната

Комисия за управление на отпадъците в Ред Диър, Албърта е подписала договор за съоръжение Plasco с капацитет 200 тона/ден.

 

Европа е най-големия пазар в света за електроцентрали за енергия от отпадъци, с много добре развита инфраструктура и над 429 инсталирани електроцентрали през 2008 г. Нов анализ на Фрост и Съливан (European Waste to Energy Plants Market) прави заключение, че този пазар е имал приходи от 3,10 милиарда долара за 2008 г.

Страни като Германия и Франция имат най-голям брой електроцентрали за енергия от отпадъци. Такива електроцентрали улесняват ефективната обработка на отпадъци, отклонени от сметищата, като дава възможност на тези страни да постигнат успешно целите си в тази насока.