Кіріспе

Қалдықтарды энергияға айналдыру (WtE) немесе қалдықтардан энергия (EfW) – қалдықтардың бастапқы өңделуінен немесе қалдықтарды отын көзіне айналдыру процесінен электр энергиясы және/немесе жылу түрінде энергия өндіру процесі. WtE – энергияны қайтарудың бір түрі. WtE процестерінің көпшілігі тікелей жағу арқылы электр энергиясын және/немесе жылуды өндіреді, немесе метан, метанол, этанол немесе синтетикалық отын сияқты жануға жарамды отын түрлерін өндіреді, олар көбінесе синтетикалық газ өнімінен алынады. АҚШ-тағы алғашқы күйдіру қондырғысы 1885 жылы Нью-Йорк қаласындағы Губернатор аралында салынған. Даниядағы алғашқы қалдықтарды күйдіру қондырғысы 1903 жылы Фредериксберг қаласында салынған. Чехиядағы алғашқы нысан 1905 жылы Брно қаласында салынған. Газдандыру және пиролиз процестері ғасырлар бойы белгілі және қолданылып келеді, ал көмір үшін 18 ғасырдың басында-ақ қолданылған. Қалдықтардың [қалдықты қосылған қатты қалдықтарын] өңдеу технологияларын дамытуға назар аудару соңғы жылдары ғана күшейді, бұл энергияны тиімдірек қайтару іздестіруімен байланысты. (2004)

Жағылу

Күйдіру, энергияны қайтарумен бірге қалдықтар сияқты органикалық материалдарды жағу, ең көп таралған ЭҚЖ (Энергияны Қалдықтан Алу) жүзеге асыру болып табылады. ЭЫДҰ елдерінде қалдықтарды (ТМҚ, коммерциялық, өндірістік немесе ҚҚҚ) күйдіретін барлық жаңа ЭҚЖ зауыттары қатаң шығарындылар стандарттарына, соның ішінде азот оксидтері (NOx), күкірт диоксиді (SO2), ауыр металдар және диоксиндер бойынша талаптарға сәйкес келуі керек. Сондықтан, қазіргі заманғы күйдіру қондырғылары энергияны да, материалдарды да қайта өңдемейтін ескі типтерден мүлдем өзгеше. Қазіргі заманғы күйдіру қондырғылары түпкі қалдықтардың көлемін 95-96 пайызға дейін азайтады, бұл материалдардың құрамына және күлден металдар сияқты материалдарды қайта өңдеу дәрежесіне байланысты. Басқа да мәселелерге қалдықтарды дұрыс басқару кіреді: қауіпті қалдықтарды жою орналымдарында өңделуі тиіс улы ұшқыш күл, сондай-ақ дұрыс қайта пайдалануға болатын күйдірушілердің түпкі күлін (IBA) жою қажет. Сынаушылар күйдіру қондырғылары құнды ресурстарды жояды және олар қайта өңдеуге ынталандыруды азайтуы мүмкін деп мәлімдейді. Күйдіру қондырғыларының электр тиімділігі 14-28% құрайды. "Нью-Йорк Таймс" газетінің мәліметінше, қазіргі заманғы күйдіру қондырғылары соншалықты таза, "үй ошақтарынан және аулалардағы барбекюден күйдіруден гөрі әлдеқайда көп диоксин шығарылады". Германияның Қоршаған орта министрлігі хабарлағандай, "қатаң ережелердің болуына байланысты, қалдықтарды күйдіру зауыттары диоксиндер, шаң және ауыр металдар эмиссиясы тұрғысынан маңызды емес". Басқа қалдықтан энергия алу технологияларымен салыстырғанда, күйдіру жоғары қуат өндіру тиімділігі, төмен инвестициялық шығындар және төмен эмиссия деңгейіне байланысты ең тартымды болып көрінеді. Сонымен қатар, күйдіру тікелей жағу арқылы полигондардағы қалдықтардың көлемін азайтуға ең көп электр энергиясын береді.

Пластмассадан жасалған отын

Пластикті отынға айналдыру үшін қолданылатын бір процесс – пиролиз, яғни инерт атмосферада жоғары температурада материалдардың жылулық ыдырауы. Ол химиялық құрамының өзгеруін қамтиды және негізінен органикалық материалдарды өңдеу үшін қолданылады. Ірі көлемді өндірісте пластик қалдықтары ұнтақталып, балқытылып, содан кейін пиролизденеді. Катализаторлар осы процеске көмектеседі. Булар май немесе отынмен конденсацияланып, тұндыру ыдыстарына жиналады және сүзгіленеді. Отын гомогендеуден кейін алынып, автомобильдер мен техникаға пайдалануға болады. Оны көбінесе термоотын немесе пластиктен алынған энергия деп атайды. Жаңа процесте пластмассаны пропанға айналдыру үшін кобальт және цеолиттен тұратын екі компонентті катализатор қолданылады. Ол полиэтилен мен полипропилен үшін жұмыс істейді және пропанның шығымы шамамен 80% құрайды.

Биомасса фракциясын анықтау

ҚТҚ-ның көп бөлігі биологиялық (биогендік) текті, мысалы, қағаз, картон, ағаш, мата, тағам қалдықтары. Әдетте, ҚТҚ-ның энергия мазмұнының жартысы биогендік материалдан тұрады. Осыған байланысты, бұл энергия көбінесе қалдықтардың мөлшеріне сәйкес жаңартылатын энергия ретінде танылады. Еуропалық CEN 343 жұмыс тобы қалдық отындарының, мысалы, қайта өңделген отын/қалпына келтірілген отынның биомасса үлесін анықтау үшін бірнеше әдістерді әзірледі. Алғашқы екі әдіс (CEN/TS 15440) – қолмен сұрыптау әдісі және таңдамалы еріту әдісі. Бұл екі әдістің толыққанды жүйелі салыстыруы 2010 жылы жарияланды. Әрбір әдіс биомасса фракциясын дұрыс сипаттауда шектеулерге тап болғандықтан, екі баламалы әдіс әзірленді. Бірінші әдіс радиокөміртек даталау қағидаларын қолданады. 2007 жылы көміртек-14 әдісін сипаттайтын техникалық шолу (CEN/TR 15591:2007) жарияланды. 2008 жылы көміртек даталау әдісінің техникалық стандарты (CEN/TS 15747:2008) жарияланды. АҚШ-та ASTM D6866 стандарты бойынша эквивалентті көміртек-14 әдісі бар. Екінші әдіс (баланс әдісі деп аталады) материалдардың құрамы және WtE зауытының жұмыс жағдайлары туралы бар деректерді пайдаланып, математикалық-статистикалық модель негізінде ең мүмкін нәтижені есептейді. Қазіргі уақытта баланс әдісі үш австриялық және сегіз даниялық күйдіру қондырғыларында қолданылады. Швейцариядағы үш толық көлемді күйдіру зауытында жүргізілген екі әдістің салыстыруы, екі әдіс те бірдей нәтижелерге келгенін көрсетті. Көміртек-14 даталауы қалдықтардың биомасса үлесін дәл анықтауға, сондай-ақ биомассаның калориялық құнын анықтауға мүмкіндік береді. Калориялық құнды анықтау, мысалы, Ұлыбританиядағы Жаңартылатын Энергия Міндеттемесі сертификаты бағдарламасы сияқты жасыл сертификаттар бағдарламалары үшін маңызды. Бұл бағдарламалар биомассадан өндірілген энергияға негізделген сертификаттарды тағайындайды. Көміртек-14 нәтижесін биомассаның калориялық құнын есептеу үшін қалай қолдануға болатынын көрсететін бірнеше зерттеу жұмыстары, соның ішінде Ұлыбританиядағы Жаңартылатын Энергия қауымдастығы тапсырыс берген зерттеулер жарияланды. Ұлыбританияның газ және электр нарығын реттейтін органы Ofgem 2011 жылы мәлімдеме жасап, олардың Жаңартылатын Энергия Міндеттемесін басқару шеңберінде қалдық шикізаттың биомассалық энергия мазмұнын анықтау үшін Көміртек-14 пайдалануын қабылдады. Олардың Отын өлшеу және сынама алу (FMS) сауалнамасы осындай ұсыныстарды қарастырғанда іздейтін ақпаратты сипаттайды.

Физикалық орналасқан жері

2019 жылы Global Alliance for Incinerator Alternatives (GAIA) тапсырысымен, The New School-дегі Tishman Environment and Design Center жасаған есепте, АҚШ-тағы жұмыс істеп тұрған 73 энергияны қалдықтан өндіру нысанының 79%-ы төмен кірісті азаматтар тұратын және/немесе "ұлттық аздықтар" өкілдері шоғырланған аймақтарда орналасқандығы анықталды. Бұл, "тарихи тұрғын үйлерді бөлу, нәсілдік сегрегация және аумақтық шектеулердің ықпалымен бай, әулетті қауымдастықтар өнеркәсіптік нысандарды және ұлттық аздықтарды өз аумақтарынан шығаруға мүмкіндік алғандықтан" болды. Пенсильвания штатының Честер қаласында жергілікті тұрғындардан құралған топ өздерінің энергияны қалдықтан өндіру нысанына қарсы белсенді түрде наразылық білдіріп жатыр. Калифорниядағы Гумбольдт мемлекеттік университетінің қоршаған орта ресурстарын басқару кафедрасының доценті Синтана Вергара, қауымның қарсылығының себебі ластану ғана емес, сонымен қатар осы нысандардың көпшілігі қауымдық пікірді ескермей және қауымға ешқандай пайда келтірмей орналасқандығында екенін айтты.

Белгілі мысалдар

2019 жылғы Біріккен Ұлттар Ұйымының қоршаған ортаны қорғау бағдарламасының есебінде Еуропада 589, ал АҚШ-та 82 энергияны қалдықтан алу қондырғысы бар екені көрсетілген. Келесілер – энергияны қалдықтан алу қондырғыларының мысалдары.

Австралия

Renergi компаниясы Батыс Австралиядағы Колли қаласында жылулық өңдеу процесі арқылы қалдық органикалық материалдарды сұйық отынға айналдыру жүйесін кеңейтеді. Жүйе сағатына 1,5 тонна органикалық затты өңдейді. Жыл сайын бұл нысан 4000 тонна қалалық қалдықтарды полигондарға тасымалдаудан аулақ қылып, сонымен қатар ауыл шаруашылығы және орман шаруашылығы салаларынан қосымша 8000 тонна органикалық қалдықтарды пайдаланады. Renergi компаниясының патенттелген "ұнтақтау пиролизі" процесі органикалық материалдарды шектеулі оттегі бар ортада жылу қолдану арқылы биокөмірге, биогаздарға және биомайға айналдыруға бағытталған. Перттен оңтүстікке шамамен 45 километр қашықтықта орналасқан Рокингем индустриалды аймағындағы тағы бір жобада жылына 300 000 тонна қалалық, өнеркәсіптік және коммерциялық қоқыстан алынатын отынмен 40 000 үйді қуатпен қамтамасыз ететін 29 МВт электр станциясы салынады. Оңтүстік-Батыс біріктірілген жүйеге электр энергиясын жеткізумен қатар, электр энергиясын сатып алу шарты бойынша станцияның 25 МВт қуаты келісімшартталған.