Введение
Газообразное ископаемое топливо
Свалкочный газ – это смесь различных газов, образующаяся в результате деятельности микроорганизмов внутри полигона твердых бытовых отходов при разложении органических отходов, таких как, например, пищевые и бумажные отходы. Свалкочный газ состоит примерно из сорока–шестидесяти процентов метана, а остальное – в основном углекислый газ. Остаток составляют незначительные количества других летучих органических соединений (ЛОС) (<1%). Эти следовые газы включают в себя широкий спектр соединений, преимущественно простых углеводородов. Свалкочные газы оказывают влияние на изменение климата. Основными компонентами являются CO2 и метан, оба из которых являются парниковыми газами. Метан в атмосфере является гораздо более сильным парниковым газом, при этом каждая молекула оказывает эффект в двадцать пять раз превышающий эффект молекулы углекислого газа. Однако доля самого метана в составе атмосферы меньше, чем доля углекислого газа. Полигоны твердых бытовых отходов являются третьим по величине источником метана в США. В связи со значительным негативным воздействием этих газов, были разработаны нормативные акты для мониторинга свалкочного газа, сокращения количества биоразлагаемых компонентов в коммунальных отходах и создания стратегий использования свалкочного газа, включающих сжигание или улавливание газа для производства электроэнергии.
Производство
Газы, образующиеся на полигонах захоронения отходов, являются результатом трех процессов. Несмотря на неоднородность отходов, выделение газов подчиняется четко определенной кинетической закономерности. Формирование метана и CO2 начинается примерно через шесть месяцев после размещения отходов на полигоне. Выделение газа достигает максимума примерно через 20 лет, а затем снижается в течение десятилетий. Также важны движения и пути фильтрата. Условия в различных точках полигона, такие как температура, уровень влажности и доля биоразлагаемых материалов, могут быть определены, и эта информация может быть использована для оптимизации производства газа путем выбора оптимального расположения скважин над зонами активного газообразования и применения таких мероприятий, как орошение отвалов. При прохождении газа с полигона через почвенный слой часть метана в газе микробиологически окисляется до CO2.
Мониторинг
Поскольку газы, образующиеся на полигонах, одновременно ценны и иногда опасны, были разработаны методы мониторинга. Для измерения уровня метана и общего содержания летучих органических соединений (ЛОС) можно использовать детекторы ионизации пламени. Осуществляется мониторинг поверхности, подповерхностный мониторинг, а также мониторинг атмосферного воздуха. В США, в соответствии с Законом о чистом воздухе 1990 года, многие крупные полигоны обязаны устанавливать системы сбора и контроля газа, что подразумевает, как минимум, сбор и сжигание газа. Федеральные нормы США, установленные подзаголовком D RCRA в октябре 1979 года, регулируют выбор участка, проектирование, строительство, эксплуатацию, мониторинг и закрытие полигонов твердых бытовых отходов (ТБО). В настоящее время подзаголовок D требует контроля за миграцией метана в полигонном газе. Требования к мониторингу должны выполняться на полигонах в период их эксплуатации и в течение последующих 30 лет. Полигоны, на которые распространяется действие подзаголовка D RCRA, обязаны контролировать газовыделения путем организации периодической проверки на наличие выбросов метана и, таким образом, предотвращать его миграцию за пределы участка. Владельцы и операторы полигонов должны обеспечивать, чтобы концентрация метана не превышала 25% нижнего предела взрываемости (НПВ) для метана в сооружениях полигона и НПВ для метана на границе полигона.
Использование
Газы, образующиеся на полигоне твердых бытовых отходов, могут собираться и использоваться различными способами. Полигонный газ может быть использован непосредственно на месте в котле или любой системе сжигания для производства тепла. Электроэнергия также может быть произведена на месте с использованием микротурбин, паровых турбин или топливных элементов. Полигонный газ также может быть продан за пределами полигона и направлен в газопроводную сеть. Для этого требуется его переработка до качества, соответствующего требованиям газопроводов, например, путем удаления различных примесей и компонентов. Полигонный газ также может использоваться для испарения фильтрата – еще одного побочного продукта процесса захоронения отходов. Это позволяет заменить другое топливо, которое ранее использовалось для этой же цели. Эффективность сбора газа на полигонах напрямую влияет на количество энергии, которое можно получить. Закрытые полигоны (те, которые больше не принимают отходы) собирают газ более эффективно, чем действующие полигоны (те, которые продолжают принимать отходы). Сравнение эффективности сбора газа на закрытых и действующих полигонах показало разницу примерно в 17 процентных пунктов.
Оппозиция
Захват и использование свалочного газа может быть дорогостоящим. Некоторые экологические группы утверждают, что эти проекты не производят "возобновляемую энергию", поскольку отходы (их источник) не являются возобновляемым ресурсом. Клуб Сьерра выступает против государственных субсидий для таких проектов. Совет по защите природных ресурсов (NRDC) считает, что государственные стимулы следует направлять в большей степени на развитие солнечной и ветровой энергетики, а также на повышение энергоэффективности. Произошло несколько аварий, например, в Лоско (Англия) в 1986 году, где скопившийся мигрирующий свалочный газ частично разрушил здание. В 1991 году в результате взрыва в доме, расположенном рядом со свалкой в Скеллингстеде (Дания), погибли два человека. В связи с риском, связанным со свалочным газом, существует явная необходимость в мониторинге газа, образующегося на свалках. Помимо риска пожара и взрыва, миграция газа в подземных слоях может привести к контакту свалочного газа с грунтовыми водами. Это, в свою очередь, может привести к загрязнению грунтовых вод органическими соединениями, присутствующими практически во всем свалочном газе. Хотя обычно они выделяются лишь в незначительных количествах, на свалках все же выделяются некоторые ароматические углеводороды и хлорорганические соединения. Миграция свалочного газа, обусловленная перепадами давления и диффузией, может происходить. Это может создать взрывоопасную ситуацию, если газ достигнет достаточно высокой концентрации в соседних зданиях.